DE102007010825A1 - Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug und Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs - Google Patents

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

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Sabrina Irle
Heiner Ruschmeyer
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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 einem Verdeckbezug (6) vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Kunststoffscheibe (3) mittels einer Lasereinrichtung in einem Randbereich (4) während eines Laserschweißvorgangs 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 7.
  • Aus der EP 0 992 381 A2 ist ein Cabriolet-Fahrzeug mit einer Heckscheibe aus Glas 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 Schweißfolie vorgesehen ist, die eine umlaufende Zwischenlage bildet.
  • Nachteilhaft ist hierbei, dass bei einer Aktivierung eines Klebstoffes während eines Hochfrequenz-Schweißvorgangs lokale Überhitzungen mit Schadstellen, sogenannte „Brenner" auftreten können. Weiterhin sind bei einem derartigen Verbindungsverfahren viele Prozessschritte nötig, wobei derartig gefertigte Verdecke nach einer Einklebung der Heckscheibe im Verdeck zudem in der Regel lange gelagert werden müssen.
  • Die DE 101 06 738 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Festlegen einer Heckscheibe an einen Verdeckbezug eines Cabrioletverdecks, welches eine aus Kunststoff bestehende Heckscheibe 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 Verdeckbezug 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, wodurch die Montage sehr teuer ist.
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug zu schaffen, welches kostengünstig innerhalb einer kurzen Zeit eine belastbare Verbindung zwischen einer Kunststoffscheibe und einem Verdeckbezug herstellt. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs zu schaffen, bei welchem eine Kunststoffscheibe kostengünstig und sicher mit einem Verdeckbezug verbindbar 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 7 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 Lasereinrichtung in einem Randbereich während eines Laserschweißvorgangs 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 saubere Anbindung einer insbesondere formstabilen Kunststoffscheibe, welche vollständig oder teilweise aus Polycarbonat oder einem alternativen Kunststoff, wie z. B. Polymethylmethacrylat, ausgebildet sein kann, an einen Verdeckbezug vorteilhafterweise innerhalb weniger Sekunden auf kostengünstige Art und Weise hergestellt.
  • Zum Einsatz können dabei sowohl beschichtete Kunststoffscheiben wie auch unbeschichtete Kunststoffscheiben kommen. Bei beschichteten Kunststoffscheiben kann die Beschichtung in einem Verbindungsbereich der Kunststoffscheibe mit dem Verdeckbezug vorteilhafterweise durch eine entsprechende Einstellung der Lasereinrichtung entfernt werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise auch bei einer Kunststoffscheibe mit einer an einem Scheibenrand umlaufenden, insbesondere S-förmigen Stufe einsetzbar, welche derart ausgebildet ist, dass ein Verdeckbezug mit einem Umbug fluchtend mit der Oberfläche der Kunststoffscheibe verbindbar ist.
  • Um eine feste Anbindung eines Verdeckbezugs an einer Kunststoffscheibe zu erhalten ist es zweckmäßig, die Lasereinrichtung derart gegenüber dem Verdeckbezug und der Kunststoffscheibe anzuordnen, dass Laserlicht eines Lasers der Lasereinrichtung zur Anbindung der Kunststoffscheibe an den Verdeckbezug durch die Kunststoffscheibe auf den Verdeckbezug gerichtet wird.
  • Als Lasereinrichtung zur Erzeugung von Laserlicht können dabei Hochleistungsdiodenlaser, Festkörperlaser, insbesondere mit Neodym dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd:YAG-Laser), sowie CO2-Laser zur Anwendung kommen.
  • Bei einer langen zu erzeugenden Schweißnaht, welche den gesamten Überlappungsbereich der Kunststoffscheibe mit dem Verdeckbezug umfasst, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lasereinrichtung ein als Konturschweißen ausgebildetes Laserdurchstrahlschweißen durchführt. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Lasereinrichtung als Handlasereinrichtung ausgebildet ist, welche beispielsweise an einem Roboterarm oder an Linearachsen anordenbar ist und so über eine entsprechende Steuerung sehr flexibel unterschiedliche Schweißkonturen abfahren kann.
  • Ein Verrutschen des Verdeckbezugs während eines Laserschweißvorgangs kann verhindert werden, indem der Verdeckbezug während des Laserschweißvorgangs gegen die Kunststoffscheibe gedrückt wird. Hierdurch wird weiterhin sichergestellt, dass der Verdeckbezug während des Laserschweißvorgangs direkt auf der Kunststoffscheibe aufliegt.
  • Aus praktischen Versuchen hat sich ergeben, dass für die Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen Verdeckbezug eine Wellenlänge von Laserlicht im Bereich von 0,78 μm bis 1,4 μm oder von 3 μm bis 1000 μm, insbesondere eine Wellenlänge von 0,94 μm, vorteilhaft ist.
  • Wenn eine nicht plastifizierbare Schicht des Verdeckbezugs mit der Kunststoffscheibe verbunden werden soll, ist es vorteilhaft, einen insbesondere als Schmelzklebstoff ausgebildeten Zusatzstoff in einen Laserschweißbereich zwischen dem Verdeckstoff und der Kunststoffscheibe einzusetzen, so dass vorteilhafterweise auch in einem solchen Fall eine stabile Verbindung zwischen dem Verdeckbezug und der Kunststoffscheibe hergestellt werden kann.
  • Der Schmelzklebstoff kann dabei neben einer Auftragung in der Lasereinrichtung auch in einer von der Lasereinrichtung verschiedenen Einrichtung schnell und lösungsmittelfrei aufgetragen werden, da der Schmelzklebstoff vorteilhafterweise mehrmals plastifiziert werden kann.
  • Zur Verbesserung der Verbindungseigenschaften kann es vorteilhaft sein, wenn der Zusatzstoff zur Erhöhung der Absorptionsfähigkeit von Laserenergie insbesondere mit einem dunklen Farbstoff eingefärbt wird, wobei dabei beispielsweise Ruß zum Einsatz kommt.
  • Zum Einsatz kommt ein erfindungsgemäßes Verfahren insbesondere zur Anbindung einer Kunststoffscheibe an einen verdeckbezug eines Cabriolet-Fahrzeugs, wobei der Verdeckbezug dabei vorteilhafterweise dreiteilig ausgebildet sein kann. So kann der Verdeckbezug ein eine äußere Schicht bildendes Obergewebe mit einer Polyacrylnitril-Faser, welche insbesondere mit einem Umbug versehen an der Kunststoffscheibe festlegbar ist, eine weitere äußere ein Untergewebe bildende Schicht mit thermoplastischen Fasern, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET)-Fasern, und eine als Butylschicht oder als Chloropren-Gummischicht ausgebildete Zwischenschicht aufweisen.
  • Eine Verbindung zwischen einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe und der PET-Faserschicht des Verdeckbezugs kann dabei besonders vorteilhaft ohne den Einsatz von Zusatzstoffen zwischen der Kunststoffscheibe und der plastifizierbaren PET-Faserschicht des Verdeckbezugs hergestellt werden, wobei der Verdeckbezug dabei insbesondere ohne einen Umbug an der Kunststoffscheibe festgelegt wird.
  • 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 als Kunststoffscheibe ausgebildeten Heckscheibe;
  • 2 eine stark vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts der Kunststoffscheibe und deren Anbindung an einen Verdeckbezug ohne Umbug mittels Laserstrahl-Schweißens; und
  • 3 eine stark vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts der Kunststoffscheibe und deren Anbindung an einen Verdeckbezug mit Umbug mittels Laserstrahl-Schweißens.
  • In 1 ist ein Cabriolet-Fahrzeug 1 mit einem Verdeck 2 dargestellt, welches in einem heckseitigen Bereich 5 eine wenigstens annähernd rechteckig ausgebildete, als Heckschei be fungierende formstabile, leicht gewölbte Kunststoffscheibe 3 aufweist. Die Kunststoffscheibe 3 ist dabei in einem Randbereich 4 an einem flexiblen Verdeckbezug 6 des Verdecks 2 festgelegt.
  • Der Verdeckbezug 6 ist vorliegend dreilagig ausgebildet, wobei eine einem Fahrzeuginnenraum zugewandte ein Untergewebe bildende Schicht des Verdeckbezugs 6 mit Polyethylenterephtalat (PET)-Fasern ausgebildet ist. Eine der PET-Faserschicht gegenüberliegende, eine Außenhaut des Verdecks 2 bildendes Obergewebe 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 schematisiert ein Ausschnitt der Kunststoffscheibe 3 und ein Ausschnitt des Verdeckbezugs 6 dargestellt, wobei der Verdeckbezug 6 mit der PET-Schicht ohne Umbug auf die Kunststoffscheibe 3 gedrückt ist.
  • Ein Laserstrahl eines nur symbolisch dargestellten Lasers 7 einer als Diodenlaser ausgebildeten Lasereinrichtung wird dabei derart auf die Kunststoffscheibe 3 gerichtet, dass der Laserstrahl, welcher mit einem Pfeil „L" in der 2 angedeutet ist, nach einem Durchdringen der für Laserlicht transparenten Kunststoffscheibe 3 auf den Verdeckbezug 6 trifft.
  • Der Diodenlaser produziert bei der gezeigten Ausführung Laserlicht mit einer Wellenlänge von 940 nm, hat eine Leistung von 30 W bis maximal 90 W, wobei in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung Leistungen von 5 W bis 6000 W zum Einsatz kommen können, und arbeitet vorliegend bei ungefähr 235°C.
  • Eine Absorption des Laserstrahls L durch den Verdeckbezug 6 führt in dem Verdeckbezug 6 durch Molekülschwingungen zur Entstehung innerer Wärme, wodurch thermoplastische Fasern der PET-Schicht des Verdeckbezugs 6 an dieser Stelle plastifizieren.
  • Hierbei entsteht eine örtliche Volumenzunahme des Verdeckbezugs 6 und dadurch ein flächiger Kontakt zu der Kunststoffscheibe 3. Die wärme verbreitet sich bei weiterer Laserlichteinstrahlung von dem Verdeckbezug 6 in Richtung der Kunststoffscheibe 3, wodurch diese ebenfalls oberflächlich plastifiziert wird.
  • Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verdeckbezug 6 einerseits und der Kunststoffscheibe 3 andererseits entsteht somit durch Strahlungsabsorption und Wärmeleitung, wobei eine Dichtschweißung zwischen der Kunststoffscheibe 3 und des Verdeckbezugs 6 bis zu einem Spaltmaß von ca. 0,05 mm bis 0,1 mm gewährleistet ist. Mit einem derartigen Diodenlaser hat sich gezeigt, dass eine besonders feste Verbindung bei einem Vorschub von 30 mm/s erzielt wird, wobei in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch eine andere Vorschubgeschwindigkeit, insbesondere eine kleiner als 30 mm/s betragende Vorschubgeschwindigkeit, vorgesehen werden kann.
  • Zur Anbindung der PAN-Faserschicht des Verdeckbezugs 6 an die Kunststoffscheibe 3, wie es beispielsweise bei einem in der 3 dargestellten Verdeckbezug 6 mit einem Umbug im Verbindungsbereich des Verdeckbezugs 6 mit der Kunststoffscheibe 3 nötig ist, wird ein als Schmelzklebstoff ausgebildeter Zusatzstoff, insbesondere ein mit thermoplastischen Co-Polyesterharzen ausgebildeter Schmelzklebstoff, durch ein Heizelement oder durch spezielle Auftragungsgeräte in dem Verbindungsbereich zwischen der Kunststoffscheibe 3 und dem Verdeckbezug 6 auf den Verdeckbezug 6 appliziert, wobei zwischen dem Schmelzklebstoff und dem Verdeckbezug 6 bereits vor dem Fügen des Verdeckbezugs 6 an die Kunststoffscheibe 3 eine feste Verbindung vorliegt.
  • Um die Haftung der PAN-Faserschicht gegenüber dem Schmelzklebstoff, welcher eine Verarbeitungstemperatur von ca. 200°C besitzt, zu verbessern, kann der Verdeckbezug 6 einer Plasmabehandlung unterzogen werden, bei welcher eine Fluorcarbonbeschichtung des Verdeckbezugs 6 von diesem losgelöst wird.
  • Zur Erhöhung der Absorption von Laserlicht kann ein heller Schmelzklebstoff beispielsweise mit Ruß dunkel eingefärbt werden, so dass eine feste Verbindung zwischen dem auf der PAN-Faserschicht befindlichen Schmelzklebstoff und der Kunststoffscheibe 3 bei einem Laserschweißvorgang ermöglicht wird.
  • Die während des Laserschweißvorgangs zwischen der Kunststoffscheibe 3 und eines Verdeckbezugs 6 entstehende Schweißnaht kann in ihrer Breite vorteilhafterweise variiert werden, wobei insbesondere eine Breite bis zu 15 mm vorteilhaft ist.
  • Zur Verbindung einer Kunststoffscheibe mit einem Verdeckbezug kann es auch vorgesehen sein, mehrere Schweißnähte nebeneinander anzuordnen und/oder eine Schweißnaht um die gesamte Kunststoffscheibe umlaufend oder nur bereichsweise angeordnet vorzusehen.

Claims (12)

  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 Lasereinrichtung in einem Randbereich (4) während eines Laserschweißvorgangs mit dem Verdeckbezug (6) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung derart gegenüber dem Verdeckbezug (6) und der Kunststoffscheibe (3) angeordnet ist, dass Laserlicht (L) eines Lasers (7) der Lasereinrichtung zur Anbindung der Kunststoffscheibe (3) an den Verdeckbezug (6) durch die Kunststoffscheibe (3) auf den Verdeckbezug (6) gerichtet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) während des Laserschweißvorgangs gegen die Kunststoffscheibe (3) gedrückt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (7) der Lasereinrichtung mit Laserlicht einer Wellenlänge im Bereich von 0,78 μm bis 1,4 μm oder von 3 μm bis 1000 μm, insbesondere 0,94 μm, arbeitet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere als Schmelzklebstoff ausgebildeter Zusatzstoff in einen Laserschweißbereich zwischen dem Verdeckstoff (6) und der Kunststoffscheibe (3) eingebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff zur Erhöhung der Absorptionsfähigkeit von Laserenergie insbesondere mit einem dunklen Farbstoff eingefärbt wird.
  7. Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs (1) mit einer insbesondere mit Polycarbonat ausgebildeten Kunststoffscheibe (3), welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 an dem Verdeckbezug (6) festgelegt ist.
  8. Verdeck nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) dreiteilig ausgebildet ist.
  9. Verdeck nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) ein eine äußere Schicht bildendes Obergewebe mit einer Polyacrylnitril-Faser aufweist.
  10. Verdeck nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) ein eine weitere äußere Schicht bildendes Untergewebe mit thermoplastischen Fasern, insbesondere Polyethylenterephthalat-Fasern, aufweist.
  11. Verdeck nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Butylschicht ausgebildete Zwischenschicht aufweist.
  12. Verdeck nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdeckbezug (6) eine als Chloropren-Gummischicht ausgebildete Zwischenschicht aufweist.
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