DE102007009714A1 - Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug und Verdeck eines Cabriolett-Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug und Verdeck eines Cabriolett-Fahrzeugs Download PDF

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Sabrina Irle
Heiner Ruschmeyer
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Valmet Automotive Oy
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Wilhelm Karmann GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe (3) eines insbesondere als Cabriolet-Fahrzeug (1) ausgebildeten Kraftfahrzeugs an einen Verdeckbezug (6) vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Kunststoffscheibe (3) mittels einer Vibrationsschweißeinrichtung in einem Randbereich (4) während eines Vibrationsschweißvorgangs mit dem Verdeckbezug (6) verbunden wird. Weiterhin wird ein Verdeck (3) eines Cabriolet-Fahrzeugs (1) mit einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe (3) vorgeschlagen, welche mit einem derartigen Verfahren an dem Verdeckbezug (6) festgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe eines insbesondere, als Cabriolet-Fahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs an einem Verdeckbezug nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 6.
  • Aus der EP 0 992 381 A2 ist ein Cabriolet-Fahrzeug mit einer Heckscheibe aus Festglas bekannt, welche über eine Hochfrequenz-Schweißung mit einem Verdeckbezug verbunden ist. Ein Scheibenrand der Heckscheibe und ein Randbereich des Verdeckbezugs sind dabei in einer Überdeckungszone direkt miteinander verschweißt, wobei als Verbindungselement eine Kunststoff-Schweißfolie vorgesehen ist, die eine umlaufende Zwischenlage bildet.
  • Nachteilhafterweise können bei einer Aktivierung eines Klebstoffes während eines Hochfrequenz-Schweißvorgangs lokale Überhitzungen mit Schadstellen, sogenannte „Brenner", auftreten. Weiterhin sind bei einem derartigen Verbindungsverfahren viele Prozessschritte nötig und ein derart gefertigtes Verdeck muss nach einer Einklebung der Heckscheibe im Verdeckbezug in der Regel lange gelagert werden.
  • Bei dem bekannten Verfahren werden zur Direktanbindung der Festglasscheibe an den Verdeckstoff zudem nachteilhafterweise Haftvermittler – sogenannte Primer – eingesetzt, deren Auftragen sehr fehleranfällig sein kann.
  • Aus der DE 101 06 738 C2 ist eine Vorrichtung zum Festlegen einer Heckscheibe an einem Verdeckbezug eines Cabrioletverdecks bekannt, welches eine aus Kunststoff bestehende Heck scheibe und ein Klemmelement mit einer Rastenausnehmung umfasst. An der Heckscheibe sind dabei Haken ausgebildet, welche komplementär zu der Rastausnehmung des Klemmelements ausgebildet sind, wobei der Bezug des Cabrioletverdecks zwischen der Heckscheibe und dem Klemmelement reibschlüssig gehalten ist.
  • Eine derartige Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug ist nachteilhafterweise sehr aufwändig, da viele in mehreren Prozessschritten zu montierende Bauteile an der Verbindung beteiligt sind, welche eine kostenintensive Montage bedingen.
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug zu schaffen, mittels dem kostengünstig innerhalb einer kurzen Zeit eine belastbare Verbindung zwischen einer Kunststoffscheibe und einem Verdeckbezug herstellbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs zu schaffen, bei welchem eine Kunststoffscheibe kostengünstig und sicher mit einem Verdeckbezug verbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs nach Patentanspruch 6 gelöst.
  • Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Anbindung einer wenigstens teilweise mit Kunststoff ausgebildeten Scheibe, welche im folgenden als Kunststoffscheibe bezeichnet wird, eines insbesondere als Cabriolet-Fahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs an einen Verdeckbezug vor, bei welchem erfindungsgemäß die Kunststoffscheibe mittels einer Vibrationsschweißeinrich tung in einem Randbereich während eines Vibrationsschweißvorgangs mit dem Verdeckbezug verbunden wird.
  • Weiterhin sieht die Erfindung ein Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs mit einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe vor, welche mit einem derartigen Verfahren an dem Verdeckbezug festgelegt ist.
  • Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Anbindung einer insbesondere formstabilen Kunststoffscheibe, welche statt aus Polycarbonat in einer alternativen Ausgestaltung auch mit anderem geeigneten Kunststoff wie z. B. Polymethylmethacrylat ausgebildet sein kann, an einen Verdeckbezug vorteilhafterweise innerhalb weniger Sekunden hergestellt. Die Verbindung ist nach dem Fügen und einer kurzen Abkühlphase vorteilhafterweise bereits voll belastbar.
  • Weiterhin sind zum Erstellen der Verbindung keine Zusatzstoffe bzw. Vorbehandlungsschritte nötig. Auch beschichtete, insbesondere kratzfest beschichtete Kunststoffscheiben können mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Verdeckbezug verbunden werden, da eine Beschichtung der Kunststoffscheibe durch die Vibration stellenweise beseitigt wird und somit ausreichend Verbindungsfläche bereitgestellt wird.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise auch bei einer Kunststoffscheibe mit einer an einem Scheibenrand umlaufenden Stufe einsetzbar, welche derart ausgebildet ist, dass ein Verdeckbezug mit einem Umbug fluchtend mit der Oberfläche der Kunststoffscheibe verbindbar ist.
  • Aus einer Vielzahl von praktischen Versuchen sind für die Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug vorteilhafte Prozessparameter ermittelt worden. Dabei hat sich ergeben, dass besonders gute Verbindungsergebnisse erreicht werden, wenn ein zur Erzeugung der Vibration vorgesehenes Werkzeug der Vibrationsschweißeinrichtung derart ausgebildet ist, dass das Werkzeug, welches als Oberwerkzeug und als Unterwerkzeug ausgebildet sein kann, während eines Vibrationsschweißvorgangs mit einer Schwingungsfrequenz von 80 Hz bis 300 Hz, insbesondere mit wenigstens annähernd 100 Hz, arbeitet.
  • Weiterhin ist ermittelt worden, dass besonders gute Verbindungsergebnisse erreicht werden, wenn das Werkzeug der Vibrationsschweißeinrichtung bei einem Vibrationsschweißvorgang eine Schwingweite von 0,2 mm bis 4,0 mm, insbesondere wenigstens annähernd 3,6 mm, aufweist, wenn ein Fügevorgang zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug eine Fügezeit im Bereich von 2 s bis 10 s, insbesondere wenigstens annähernd 2,5 s, andauert und wenn eine Anpresskraft von 600 N bis 3000 N, maximal 25000 N, insbesondere wenigstens annähernd 630 N, während des Vibrationsschweißvorgangs verwendet wird.
  • Besonders vorteilhaft für eine erfindungsgemäße Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug eines Cabriolet-Fahrzeugs ist es, wenn der Verdeckbezug mehrlagig, insbesondere dreilagig aufgebaut ist. So kann der Verdeckbezug eine als Obergewebe ausgebildete äußere Schicht, welche insbesondere mit einem Umbug versehen an der Kunststoffscheibe festlegbar ist, aufweisen. Das Obergewebe kann in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung mit einer Polyacrylnitril-Faser oder mit Polyvinylchlorid und Polyurethan ausgebildet sein. Insbesondere bei einem Fügen des Verdeckbezugs an eine Kunststoffscheibe ohne Umbug kann das Obergewebe auch mit Polyethylenterephthalat-Fasern ausgebildet sein.
  • Eine weitere, ein Untergewebe bildende äußere Schicht des Verdeckbezugs kann mit Polyethylenterephthalat-Fasern ausge bildet sein. Zwischen dem Untergewebe und dem Obergewebe ist weiterhin eine als Butylschicht oder als Chloropren-Gummischicht ausgebildete Zwischenschicht vorteilhaft.
  • Eine Verbindung zwischen einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe mit einem Verdeckbezug kann neben der Anbindung mit Zusatzstoffen besonders vorteilhaft auch ohne den Einsatz von Zusatzstoffen zwischen der Kunststoffscheibe und der beispielsweise mit einer Polyacrylnitril-Faserschicht des Obergewebes des Verdeckbezugs hergestellt werden. Bei einer Anbindung des Verdeckbezugs ohne Umbug an eine Kunststoffscheibe ist auch eine Polyethylenterephthalat-Schicht oder eine vergleichbare Schicht des Verdeckbezugs ohne den Einsatz von Zusatzstoffen anbindbar.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen eines Verfahrens zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug und eines Verdecks eines Cabriolet-Fahrzeugs nach der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Zeichnung und der Beschreibung.
  • Nachfolgend sind ein erfindungsgemäßes Verfahren und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verdecks anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Cabriolet-Fahrzeugs mit einem Verdeck und einer Heckscheibe; und
  • 2 einen schematischen Aufbau einer Vibrationsschweißeinrichtung zur Anbindung der Heckscheibe der 1 an einen Verdeckbezug;
  • In 1 ist ein Cabriolet-Fahrzeug 1 mit einem als sogenanntes Soft-Top ausgebildeten Verdeck 2 dargestellt, welches in einem heckseitigen Bereich 5 eine wenigstens annähernd rechteckig ausgebildete, als starre Heckscheibe fungierende Kunststoffscheibe 3 aufweist, welche leicht gewölbt ausgebildet ist. Die Kunststoffscheibe 3 ist dabei in einem Randbereich 4 an einem Verdeckbezug 6 des Verdecks 2 festgelegt.
  • Der Verdeckbezug 6 ist vorliegend dreilagig ausgebildet, wobei eine einem Fahrzeuginnenraum zugewandte Schicht des Verdeckbezugs 6 mit Polyethylenterephthalat(PET)-Fasern ausgebildet ist. Eine der PET-Faserschicht gegenüberliegende, eine Außenhaut des Verdecks 2 bildende Schicht des Verdeckbezugs 6, ist mit einer Polyacrylnitril(PAN)-Faser ausgebildet. Zwischen der PAN-Schicht und der PET-Schicht ist eine Hohlräume aufweisende Butylschicht ausgebildet.
  • In 2 ist ein schematischer Aufbau einer Vibrationsschweißmaschine zur Erzeugung einer linearen Relativbewegung zwischen einem Oberwerkzeug 8 und einem Unterwerkzeug 9 dargestellt, wobei die lineare Relativbewegung des Oberwerkzeugs 8 gegenüber dem Unterwerkzeug 9 durch ein magnetisches Federsystem mit einer Feder 10 und einer elektromagnetischen Spule 11 erzeugt wird.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, Vibrationsschweißeinrichtungen einzusetzen, welche Winkelschwingungen oder eine Kombination aus einer linearen Schwingung und einer Winkelschwingung in Form einer zweidimensional – flächig – oszillierenden Schwingung erzeugt. Letzteres Verfahren wird auch als biaxiales Vibrations-Schweißen bezeichnet. Diese Schwingungen können neben der Erzeugung durch magnetische Federsysteme auch hydraulisch oder mechanisch mit Hilfe eines Elektromotors und Exzentergetrieben erzeugt werden.
  • In der 2 sind die Kunststoffscheibe 3 und der Verdeckbezug 6 schematisch dargestellt, wobei die Kunststoffscheibe 3 auf dem Unterwerkzeug 9 und der Verdeckbezug 6 unterhalb des Oberwerkzeugs 8 derart angeordnet sind, dass die Kunststoffscheibe 3 und der Verdeckbezug 6 aneinander anliegen. Der Verdeckbezug 6 wird dabei ohne einen Umbug an der vorliegend im Verbindungsbereich wenigstens annähernd plan ausgebildeten Kunststoffscheibe 3 festgelegt.
  • In einer alternativen Ausbildung der Erfindung ist es auch möglich einen Verdeckbezug mit einem Umbug an einer Kunststoffscheibe festzulegen.
  • Die Verbindung des Verdeckbezugs 6 mit der Kunststoffscheibe 3 wird während eines Vibrationsschweißvorgangs durch ein Erwärmen und ein anschließendes Plastifizieren der Kunststoffanteile des Verdeckbezugs 6 und der Kunststoffscheibe 3 hergestellt.
  • Das Oberwerkzeug 8 weist bei der gezeigten Ausführung eine Schwingungsfrequenz von 100 Hz und eine Schwingweite im Bereich von 0,2 mm bis 4,0 mm auf, wobei sich in Versuchen insbesondere eine Schwingweite von 3,6 mm als vorteilhaft erwiesen hat. Eine auf den Verdeckbezug 6 und die Kunststoffscheibe 3 wirkende Anpresskraft der Vibrationsschweißeinrichtung 7 ist von 600 N bis 3000 N variierbar, wobei insbesondere eine Anpresskraft in der Größenordnung von 630 N gute Verbindungsergebnisse liefert. Bei einer zwischen der Kunststoffscheibe 3 und dem Verdeckbezug 6 während des Vibrationsschweißvorgangs entstehenden Fügefläche von z. B. 10 mm mal 15 mm ergibt sich dabei ein Schweißdruck von 1,26 N/mm2.
  • Versuche haben weiterhin ergeben, dass ein zwischen 2 s bis 10 s variierbarer Vibrationsschweißvorgang eine besonders stabile Schweißnaht erzeugt, wenn der Vibrationsschweißvorgang ohne Haltezeit wenigstens annähernd 2,5 s andauert. Hierbei hat sich auch gezeigt, dass eine in etwa 30 Minuten andauernde Vortrocknung des Verdeckbezugs 6 in einem Trockenschrank bei ca. 80°C einen positiven Einfluss auf die im anschließenden Vibrationsschweißvorgang entstehende Schweißnaht hat.
  • Ein sich während eines Vibrationsschweißvorgangs einstellender Fügeweg, welcher bei einer Anbindung einer Kunststoffscheibe 3 an einen Verdeckbezug 6 zwischen 0,1 mm und 0,8 mm, vorliegend zwischen 0,3 mm und 0,4 mm beträgt, kann prinzipiell in vier Phasen unterteilt werden.
  • Eine erste Phase ist geprägt von einer sogenannten Feststoffreibung, bei der der Fügeweg annähernd gleich null ist, so dass sich der mechanische Abtrag und die thermische Ausdehnung des Werkstoffes nahezu ausgleichen.
  • Bei einer anschließenden instationären Schmelzebildung erfolgt die Ausbildung eines dünnen Schmelzefilms, da die Temperaturen in der Fügezone die Glasübergangstemperaturen bei amorphen bzw. die Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen Thermoplasten überschreiten. Dabei tritt ein progressiver Fügewegverlauf auf.
  • Eine dritte Phase ist von einem quasistationären Schmelzefluss geprägt, wobei ein Energiegleichgewicht vorliegt, welches einen linearen Anstieg des Fügewegs und eine konstante Abschmelzgeschwindigkeit bewirkt. In dieser für die Schweißnaht festigkeitsbestimmenden Phase entsteht eine reproduzierbare, mehrschichtige Nahtschicht mit hoher Festigkeit.
  • In einer letzten als Haltephase ausgebildeten Phase erfolgt ein Ausschwingen und Abkühlen, indem die Vibrationsbewegung schlagartig gestoppt wird. Zur Einhaltung von exakten Wegvorgaben werden dabei zweckmäßigerweise Wegaufnehmer eingesetzt.
  • Die während eines Vibrationsschweißvorgangs zwischen der Kunststoffscheibe 3 und dem Verdeckbezug 6 entstehende Schweißnaht ist in ihren Ausmaßen von den Ausmaßen des Oberwerkzeugs 8 und des Unterwerkzeugs 9 abhängig und kann dementsprechend durch eine Änderung der Ausmaße des Oberwerkzeugs 8 und/oder des Unterwerkzeugs 9 variiert werden.
  • Weiterhin kann es vorgesehen sein, zur Verbindung einer Kunststoffscheibe mit einem Verdeckbezug mehrere Schweißnähte nebeneinander anzuordnen und/oder eine Schweißnaht um die gesamte Kunststoffscheibe umlaufend oder nur bereichsweise angeordnet vorzusehen.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe (3) eines insbesondere als Cabriolet-Fahrzeug (1) ausgebildeten Kraftfahrzeugs an einen Verdeckbezug (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffscheibe (3) mittels einer Vibrationsschweißeinrichtung (7) in einem Randbereich (4) während eines Vibrationsschweißvorgangs mit dem Verdeckbezug (6) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsschweißeinrichtung (7) mit einem Werkzeug (8) ausgebildet ist, welches während eines Vibrationsschweißvorgangs mit einer Schwingungsfrequenz von 80 Hz bis 300 Hz, insbesondere mit wenigstens annähernd 100 Hz, arbeitet.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (8) der Vibrationsschweißeinrichtung (7) bei einem Vibrationsschweißvorgang eine Schwingweite von 0,2 mm bis 4,0 mm, insbesondere wenigstens annähernd 3,6 mm, aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fügevorgang zur Anbindung einer Kunststoffscheibe (3) an einen Verdeckbezug (6) zwischen 2 s und 10 s, insbesondere wenigstens annähernd 2,5 s, andauert.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpresskraft von 600 N bis 3000 N, insbesonde re wenigstens annähernd 630 N, während des Vibrationsschweißvorgangs verwendet wird.
  6. Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs (1) mit einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe (3), welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 an dem Verdeckbezug (6) festgelegt ist.
  7. Verdeck nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) dreiteilig ausgebildet ist.
  8. Verdeck nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Obergewebe ausgebildete äußere Schicht aufweist, welche insbesondere mit einem Umbug versehen an der Kunststoffscheibe festlegbar ist.
  9. Verdeck nach einem der Ansprüche 7 oder 8; dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Untergewebe ausgebildete äußere Schicht mit Polyethylenterephthalat-Fasern aufweist.
  10. Verdeck nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Butylschicht ausgebildete Zwischenschicht aufweist.
  11. Verdeck nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Chloropren-Gummischicht ausgebildete Zwischenschicht aufweist.
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