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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von nicht-ebenen,
insbesondere gewölbten
selbsttragenden Bauteilen, wie Radhausschalen, für Kraftfahrzeuge bei dem plattenartige
ein- oder mehrschichtige Halbzeuge, insbesondere in Verformungswerkzeugen
verformt und in die Form des gewölbten
Bauteils gebracht werden.
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Derartige
Verfahren sind bereits bekannt. So werden in der Fabrikationsstätte beispielsweise
im Spritzguß-
oder Spritzpressverfahren die gewünschten insb. gewölbten Konfigurationen
der selbsttragenden Bauteile hergestellt, um dann in dieser endgültigen fertig
gestellten Form zum Installationsort gebracht und dort beispielsweise
am Kraftfahrzeug installiert zu werden. Diese Herstellungsverfahren eignen
sich jedoch hauptsächlich
nur für
relativ gut verformbare, bedingt ausziehbare Materialien bzw. Materialaufbauten.
Insbesondere sind die herkömmlichen
Fertigungsverfahren nicht dazu geeignet, sehr steife -dafür aber kostengünstigere-
Materialien bzw. Materialaufbauten zu verwenden und diese komplex zu
verformen.
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Des
weiteren stoßen
herkömmliche
Verfahren hinsichtlich der Konstruktion sehr komplexer dreidimensionaler
Verformungen an ihre Grenzen, insbesondere wenn Geometrien erforderlich
sind, die Verformungsschrägen
oder Hinterschneidungen verlangen. Solche Geometrien sind nur über eine
komplizierte und kostenintensive Werkzeuggestaltung realisierbar.
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Bei
der Herstellung von Verkleidungsteilen für Kraftfahrzeuge sind nicht
nur optische und ästhetische
Verkleidungseigenschaften, sondern auch technische Schutzfunktionen
und beispielsweise auch akustische Aufgaben wie Schallabsorption
bei der Halbzeugfertigung zu berücksichtigen.
Deshalb ist der herstellungstechnische Aufwand insbesondere dann
sehr kompliziert, wenn die Bauteile sehr starke Wölbungen,
wie beispielsweise Radhausverkleidungen aufweisen, die in zwei Ebenen
aus der eigentlichen Halbzeugebene stark herausgewölbt und heraus
gebogen werden müssen.
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Um
die oben genannten vielfältigen
Anforderungen von Verkleidungen zu erfüllen, werden nach bisher bekannten,
herkömmlichen
Verfahren ebene, aus mehreren Schichten bestehende Halbzeuge in Verformungswerkzeuge
so verformt und ausgestanzt, dass sie die endgültige Bauform annehmen. Diese
Schichten sind wegen der hohen funktionellen Anforderungen oftmals
nicht sortenrein, sondern bestehen aus unterschiedlichen Materialien.
Deshalb ist auch der durch die herkömmlichen Verfahren entstehende
(zum Teil mengenmäßig sehr
große)
Abfall in der Regel nicht sortenrein, sondern muss aufwändig getrennt
werden, um eine Wiederverwertung zu gewährleisten.
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Aus
der
DE 199 59 293 ist
ein Verkleidungsbauteil für
eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Radhausinnenverkleidung
für einen
Personenkraftwagen, sowie ein Verfahren zur Anbringung eines derartigen
Verkleidungsbauteiles bekannt geworden. Ein derartiges Verkleidungsbauteil
besteht aus wenigstens zwei Abschnitten, die über Rastelemente zusammengefügt werden.
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Aus
der
DE 22 03 721 ist
ein Futter aus flexiblem Material, z. B. Kunststoff oder Gummi,
für die Kotflügel eines
Kraftfahrzeuges bekannt geworden. Ein derartiges Futter weist eine
Außenform
auf, welche der von der Unterseite der Kotflügel des Kraftfahrzeugs gebildeten
Hohlform entspricht. Das Futter ist unter Einstecken in den Falz
des Kotflügels
zum Schmutzabweisen in die Radkästen
einsetzbar und besteht aus zwei sich überlappenden und gegeneinander
verschiebbaren Teilen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Bauteilkonzept
bereit zustellen, nach dem selbsttragende und steife Halbzeuge verwendet werden
können,
ohne dass die o. g. Nachteile auftreten, d. h. dass sie funktionell
hinsichtlich der Herstellungskosten und hinsichtlich der eventuellen
Entsorgung den modernen Anforderungen genügen.
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Die
Erfindung hinsichtlich des Herstellungsverfahrens ist im Patentanspruch
1 gekennzeichnet. Weitere Ausbildungen sind in Unteransprüchen beansprucht
und werden anhand der Zeichnungen im Folgenden erläutert.
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Durch
die zeitliche und räumliche
Trennung zwischen einer Art „Vorfertigung" von Einzelelementen
aus den ein- oder bevorzugt mehrschichtigen Halbzeugen und der endgültigen Formgebung
erst am Installationsort kann mit verhältnismäßig preisgünstigen Formgebungswerkzeugen
gearbeitet werden, da verhältnismäßig geringe
Wölbungen
bzw. Bombierungen ausreichen. Die insbesondere zusammenhängenden
Einzelteile mit vergleichsweise geringer Wölbung können dann auch wegen ihrer
geringeren Sperrigkeit mit geringerem Raumbedarf als bereits in
fertiger Endform hergestellte herkömmliche Bauteile nach dem Stand
der Technik besser zum Installationsort transportiert werden. Die
ansonsten ungünstige
Packungsdichte während
des Transports wird signifikant erhöht und es wird auch die Gefahr von
Transportschäden
verringert.
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Die
Vorfertigung und Vorformung erfolgt beispielsweise durch eine gewisse
Ausbeulung („Bombierung") sowie durch besondere
Zuschnitte, insbesondere der Randbereiche der Einzelelemente.
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Dabei
ist es beispielsweise möglich,
aus planen Rohmaterialien mittels eines zweidimensional arbeitenden
Stanzwerkzeuges die gewünschte Schnittform
auszustanzen und danach die zugeschnittenen Schnittformen in ein
Formwerkzeug zu bringen, welches die gewünschten Verformungen (z. B.
Bombierungen) einbringt und gegebenenfalls gleichzeitig z. B. durch
Erwärmen
die Schichten miteinander verbindet. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass
durch Stanzen der Rohmaterialien vor Verbindung der Materialien
untereinander die Stanzabfälle sortenrein
auf einfache Art und Weise sortierbar und damit wieder verwertbar
sind.
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Es
ist aber ebenso gut möglich,
die unterschiedlichen Schichten zuerst in einem Verformungswerkzeug
zu verformen und gegebenenfalls zu verbinden und erst danach das
Schnittmuster auszustanzen.
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Es
ist möglich,
das Halbzeug ein- oder auch mehrlagig zu gestalten. Die Schichten
können
alle die gleiche Dicke besitzen oder bevorzugt unterschiedlich dick
sein. Eine oder mehrere Schichten können Einprägungen, wie beispielsweise
Noppierungen besitzen. Dabei sind bevorzugt innenliegende Schichten
mit diesen Einprägungen
versehen. Das Halbzeug kann beispielsweise als „Pentalaminat" nach der
EP 1 283 789 B1 ausgestaltet
sein.
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Bevorzugt
ist das Halbzeug mehrlagig bzw. mehrschichtig ausgestaltet und kann
insbesondere als äußerste Schicht
auf einer oder beiden äußeren Deckschichten
zusätzlich
mit einem Abdeckvlies ausgestattet sein.
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In
einer oder mehreren Schichten des Halbzeugs kann eine Mikrolochung
nach Art von Mikroporabsorbern vorhanden sein. Nach der vorliegenden Erfindung
ist es möglich,
nur einzelne Schichten mit einer Mikrolochung zu versehen oder unterschiedliche
Schichten mit unterschiedlichen Mikrolochungen hinsichtlich Lochdurchmesser,
Lochabstand und/oder Lochflächenverhältnis auszustatten.
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Es
ist ebenfalls möglich,
auf das Halbzeug lokal andere Materialien aufzubringen. So kann
es beispielsweise vorteilhaft sein, an besonders heiße Stellen
wie z. B. im Abgasstrangbereich, als Hitzeschutz eine Aluminiumschicht
aufzubringen.
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Die
Biegesteifigkeit nach ISO 175 (E-Moduli) der „steifen" Halbzeuge sollte außer in den Schwächungsbereichen
bzw. Verbindungsbereichen zwischen benachbarten Einzelelementen
zwischen 5 und 1000 MPa, insbesondere zwischen 15 und 700 MPa und
bevorzugt zwischen 100 und 250 MPa betragen.
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An
denjenigen Stellen, an denen benachbarte Einzelelemente zusammenstoßen, sind
die Halbzeuge knick- bzw. umfalzbar längs Verbindungslinien gestaltet,
insbesondere geschwächt,
durch Schwächung
der Materialsteifigkeit in diesem schmalen Bereich. Diese Verbindungslinien
oder Verbindungsstellen sind dann am Installationsort ohne Probleme
abzubiegen bzw. so zu knicken, dass die Einzelelemente und beispielsweise
deren Randbereiche am Installationsort, beispielsweise der Kfz-Montagelinie,
in die gewünschte
Form gebracht werden können.
Dabei treten dann auch keine Spannungen auf, da die geschwächten Verbindungslinien
gewissermaßen
als „Gelenke" für die daran
anschließenden
Einzelelemente dienen.
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Die
Gestaltung der Verbindungslinien oder Verbindungsstellen ist mittels
unterschiedlichster Varianten denkbar. So könnte beispielsweise die Verbindungslinie
oder Verbindungsstelle durch eine Verpressung aller Schichten hergestellt
werden, ebenso wäre
es aber auch möglich,
alle Schichten bis auf eine äußere zu
verpressen. Genauso ist es möglich und
insbesondere bei einschichtigen, aus z. B. PP-Folien bestehende
Aufbauten bevorzugt, dass Ausbuchtungen, wie beispielsweise sickenartige
Verformungen oder Einkerbungen, in einer oder mehreren Schichten
vorliegen. Ebenfalls denkbar sind Materialaussparungen einer oder
mehrerer Schichten in dem Bereich der Verbindungslinie oder Verbindungsstelle.
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Einzelne
oder mehrere Materialschwächungen
bzw. Verbindungslinien können
auch als Sollbruchstellen z. B. zum Entfalten eines Airbags dienen.
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Da
heutige Verkleidungsteile immer auch ästhetischen Gesichtspunkten
folgen müssen,
sind die Verbindungslinien oder Verbindungsstellen bevorzugt so
zu platzieren, dass diese im nach der Installation nicht bzw. nicht
sofort sichtbaren Bereich liegen. Dazu kann beispielsweise die Teil-Verpressung im
Verbindungsbereich so vorgenommen werden, dass die für nach der
Installation sichtbare äußere Schicht
von der Verpressung ausgenommen wird. Im Falle von Radhausschalen
wäre es
auch denkbar, die Verbindungslinien oder Verbindungsstellen im oberen
Bereich des Radkastens anzubringen, so dass ein Be trachter sich
quasi auf den Rücken
legen müsste,
um die Verbindungslinie oder Verbindungsstelle zu betrachten.
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Einige
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäß hergestelltes nicht-ebenes
gewölbtes
und selbsttragendes Bauteil in Form einer Radhausschale eines Kraftfahrzeugs
in der endgültig
installierten Form;
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2 dasselbe
Bauteil in einer zweigeteilten Version nach dem Verlassen des Vorformungswerkzeugs,
das die Einzelelemente vorformt, und
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2a einen
Teilquerschnitt durch ein Halbzeug im Bereich einer Schwächungs-
bzw. Verbindungslinie;
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3 ebenfalls
zwei zusammenhängende vorgeformte
Einzelteile nach dem Verlassen des Vorformwerkzeugs und
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4 die
beiden Einzelelemente nach dem endgültigen Installieren in der
endgültigen
Form;
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5 eine
Teilaufsicht auf einen sich überlappenden
geschwächten
Randbereich zweier benachbarter Einzelelemente mit einer verformten
Verbindungsschicht;
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6 zwei
benachbarte Seitenteile nach dem Verlassen des Vorformwerkzeugs
in bereits umgeklappten Zustand und
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6a Schnittbilder
A-A' des betreffenden Halbzeugs;
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7 die
gleichen Einzelelemente nach dem überlappenden Verbinden am Installationsort;
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8 eine
Seitenansicht von vier zusammenhängenden
Einzelelementen mit umgeklappten Seitenteilen;
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9 eine
Diametralansicht auf die gleiche Konfiguration der Einzelelementkette
von 8 im noch nicht endgültig montierten Zustand;
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10 eine
Seitenansicht eines Einzelelements nach
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8
mit 10a und 10b (jeweils
Schnitte A-A' und B-B');
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11 eine
Seitenansicht eines Elements nach 9 mit 11a und 11b (gleichfalls Schnittbilder
A-A' und B-B' von 11);
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12 einen
schematischen Querschnitt durch ein dreischichtiges Halbzeug im
Verbindungsbereich zweier Einzelteile und
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13 einen
entsprechenden Querschnitt in etwa einer vergrößerten Darstellung nach dem
Umlegen von Verbindungsteilen übereinander.
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Die
Radhauskappe von 1 stellt ein endgültiges gewölbtes, selbsttragendes
Bauelement 1 dar, das in diese endgültige Form erst am Installationsort
aus der in 2 dargestellten vorgefertigten und
transportierten Form gebracht wird. Die vorgefertigte Form nach 2 besteht
aus den beiden gewölbten
baugleichen Segmente bzw. Einzelelementen 2, die längs der
Verbindungslinie 3 miteinander verbunden sind und dort
längs der
Linie 3 geklappt werden können. Selbstverständlich kann
das Bauelement 1 aus mehr als zwei Elementen 2 hergestellt werden,
die auch nicht zwingend alle baugleich sein müssen. Dadurch können sehr
komplexe geometrische Strukturen erzeugt werden. Die Linie 3 verläuft zwischen
den Eckpunkten H und L. Am Installationsort wird das eine Einzelelement 2 in
Bezug zu dem anderen Einzelelement 2 längs der Verbindungslinie 3 so
geklappt, dass die beiden Außenecken
I und K gemäß 1 zusammen
gebracht werden.
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Um
das Klappen zu erlauben, ist das Halbzeug 4 von 2a,
das bei diesem Beispiel aus der Kernschicht 4c, beispielsweise
einer genoppten PP-Folie, und den beiden Deckschichten 4a und 4b aus
flachen PP-Folien besteht, längs
der Verbindungslinie 3 derart geschwächt, dass dort die Kernschicht 4c ausgespart
oder zusammengepresst ist. Bei einem solchen Aufbau wie in 2a gezeigt,
sollte das Halbzeug so gestaltet sein, dass die ebene Deckschicht 4a zum
Rad hin zeigt, also im sichtbaren Bereich liegt, und die ästhetisch
unerwünschte,
mit der Verbindungslinie 3 versehene Deckschicht 4b zum
Blech bzw. Fahrzeug zeigt, also im nicht sichtbaren Bereich liegt.
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Entsprechend
den 1 und 2 verhält es sich auch bei den Ausbildungen
nach 3 und 4, bei denen die benachbarten
insb. baugleichen Einzelelemente 2 kalottenförmig in
zwei Ebenen gewölbt
sind. Da nicht die Gesamtwölbung
des endgültigen
Bauteils nach 4 vom Vorformungswerkzeug zu
bewerkstelligen ist, können
einfachere Verformungswerkzeuge für die Verformung des Halbzeugs
nach 3 Verwendung finden. Auch hier werden gemäß 4 die
beiden Ecken X, Y der benachbarten Einzelelemente 2 zusammen
gebracht, so dass die Zwischenräume 6 verschwinden.
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Die
Ausgestaltung der Klappverbindungen zwischen den Einzelelementen 2 der 1 bis 4 ist
selbstverständlich
nicht auf das hier angeführte Beispiel
beschränkt.
So könnte
eine Klappverbindung wie die Verbindungsgestaltung der Mittelteile 2a mit
den Seitenteilen 2b aus den 6 bis 11 ausgeführt sein,
wie weiter unten erläutert.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 5 sind die benachbarten Einzelelemente 2 zwar
auch außerhalb
des Eckpunkts Z in Richtung von X und Y miteinander verbunden. Innerhalb
des Dreiecks X-Y-Z ist das Halbzeug jedoch so gestaltet, dass beim
Installieren des Halbzeugs, und damit des Zusammenführens von
X und Y in einem Punkt, eine vorher eingebrachte, steife Faltung 5 zusammengepresst
wird oder eine Faltung 5 beim Zusammenpressen entsteht.
Denkbar ist beispielsweise, das Material des Halbzeugs im Bereich
des Dreiecks X-Y-Z stärker
als im übrigen
Teil zu verpressen, oder eine oder mehrere Schichten in diesem Bereich
auszusparen. Ebenfalls möglich
ist eine gezielte Einbringung einer oder mehrerer Kerben, die bei
der Installation eine vorbestimmte Klappung ermöglichen. Diese Kerbungen können bevorzugt
so angebracht sein, z. B. durch asymmetrische Anordnung, dass das
Material im Bereich des Dreiecks X-Y-Z bei der Installation in eine
Richtung kippt, bevorzugt außerhalb
des sichtbaren Bereichs.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 sind die beiden Seitenelemente 2b in
den Bereichen zwischen den Punkten Q und M und N einerseits sowie
Q und O und P andererseits materialgeschwächt, beispielsweise durch Fortlassen
von Einzelschichten oder stärkerem
Verpressen der Gesamtschichten, so dass ein Überlappungsbereich 7 entsteht,
mittels welchem die Seitenelemente 2b untereinander und/oder
mit dem Fahrzeugblech verbunden werden können. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Öffnung 8 erfolgen,
durch die Verbindungselemente wie z. B. Clips oder aus dem Fahrzeugblech
ragende Schweißbolzen
gesteckt werden können.
Ebenso wäre
es möglich,
z. B. ein Seitenelement 2b mit dem Bereich Q-M-N mit einer Öffnung und
das andere Seitenelement 2b mit dem Bereich Q-O-P mit einem
Noppen o. ä.
auszustatten, so dass diese ohne weitere Verbindungselemente untereinander
verbindbar sind. Ebenfalls könnten
die Seitenelemente 2b mittels Ultraschallschweißen, Verkleben,
Vernieten oder ähnlichen
Verfahren im materialgeschwächten
Bereich untereinander und/oder mit dem Fahrzeugblech verbunden werden. Aus 6a ergibt
sich, dass auch hier die Kernschicht 4c im Überlappungsbereich
ausgespart ist oder verpresst wurde.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 9 sind die Mittelteile 2a der vier identischen
und zusammenhängenden
Einzelelemente 2 wiederum kalottenförmig bombardiert bzw. gewölbt. Sie
stehen längs
der Verbindungslinien 3 miteinander in Verbindung. An den
Längsseiten
der Mittelteile 2a schließen sich lappenförmige Seitenelemente 2b an
den Rändern längs der
Linien D an. Dabei befindet sich ein dreieckförmiger Spalt zwischen den Mittelteilen 2a in
den Bereichen X, Y und Z sowie eine etwa dreieckförmige Aussparung
zwischen den Punkten X, I und K, so dass die Seitenränder der
Einzelelemente 2, d. h. die Außenränder der Randteile bzw. Seitenelemente 2b sich
im Abstand E voneinander befinden. Am Installationsort werden die
Mittelteile 2a längs
der Verbindungslinien 3 so weit zusammengeklappt, dass
dann jeweils die Eckpunkte X und Y sowie I und K zusammenfallen
und/oder überlappen
und im fertigen Bauelement eine weitaus stärkere bzw. längere Wölbung realisierbar
ist als die Wölbung
C der Mittelteile 2a.
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Die 8 stellte
eine Seitenansicht der 9 dar, bei der die Seitenteile 2b bereits
umgeklappt sind, eine Gesamtinstallation des Halbzeugs, als insbesondere
das Zusammenklappen entlang der Verbindungslinie 3 nach 9,
noch nicht erfolgt ist.
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In
der 10 ist eine Seitenansicht der 8 zu
sehen. Dabei zeigt der Schnitt A-A' der 10a deutlich,
wie ein möglicher
Verlauf der Knickstelle 9 aussehen kann, die -wie aus Schnitt B-B' der 10b ersichtlich- im weiteren Längsverlauf 9' einen deutlichen
Absatz aufweist.
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Die 11 zeigt
eine Seitenansicht der 9, stellt also das gleiche Teil
wie die 10 dar, nur im noch nicht umgeklappten
Zustand. Hierbei ist die Knickstelle 9 im Schnitt A-A' der 11a zu
sehen, wie sie vor dem Umklappen ausgestaltet sein kann, und insbesondere
erkennbar in 11b im Schnitt B-B' ist zu erkennen,
dass zum spannungsfreien Umklappen ein deutlicher Versatz im Bereich 9' wesentlich
ist.
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Die
Ausgestaltung der Klappverbindungen zwischen den Mittelteilen 2a mit
den Seitenteilen 2b aus den gerade erläuterten Figuren ist selbstverständlich nicht
auf das hier angeführte Beispiel
beschränkt.
So könnte
eine Klappverbindung so ausgeführt
sein, wie die Verbindungsgestaltung der 1 bis 4,
wie sie dort erläutert
wurde.
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Gemäß 12 sind
die Einzelelemente 2 oder Seitenteile 2b durch
einen breiteren Verbindungsbereich geringerer Halbzeugdicke verbunden. Dabei
sind Klapplinien F1, F2 in Form eingekerbter Schichten vorhanden,
welche das definierte Umklappen erleichtern. Da die Linien E1, E2
keine Einkerbungen aufweisen, kann das Umlegen (in etwas vergrößerter Darstellung
in 13) erleichtert werden, so dass sich der endgültige Abstand
der Seitenteile 2 nach der Fertigstellung um etwa den doppelten
Abstand zwischen den beiden Klapplinien F1, F2 verkürzt.
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Bei
der Erfindung handelt es sich daher insb. um ein aus einem plattenförmigen Halbzeug
hergestellten Mehrsegment-Bauelement, bei dem mehrere Einzelelemente
bzw. Einzelsegmente über
Schichtenteile des Halbzeugs miteinander insb. gelenkig, biegbar,
knickbar oder faltbar verbunden sind, die eigensteifen Einzelelemente
aber verformt und insb. gewölbt
sind.