DE102008027149A1

DE102008027149A1 - Karosserieteil

Info

Publication number: DE102008027149A1
Application number: DE102008027149A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ramin
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: DE102008027149B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosserieteil aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, das aus einer oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Karosserieteil zur Abschirmung von elektronischen Bauteilen mit zumindest einer den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung verhindernden dünnwandigen Kohlefaserschicht versehen ist oder daraus besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosserieteil aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, das aus einer oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist.
Es ist im Fahrzeugbau allgemein bekannt, Karosserieteile aus Gewichtsgründen aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, wie z. B. glaserverstärktem Kunststoff, zu verwenden. Falls derartige Karosserieteile benachbart von elektronischen Baukomponenten angeordnet sind, müssen diese Karosserieteile aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit innenseitig mit einer zusätzichen Kupfer-Silber-Lackschicht versehen werden, was zeitaufwändig und zudem teuer ist.
Ferner ist es Sportwagenbau seit längerem bekannt, ganze Karosserieteile durchgängig aus kohlefaserverstärktem Kunststoff zu fertigen, wobei diese Karosserieteile einerseits leicht sind und andererseits eine hohe Festigkeit aufweisen. Komplett aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehende Karosserieteile sind jedoch in der Herstellung extrem kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein mehrschichtiges Karosserieteil aus faserverstärktem Kunststoff so auszubilden, dass bei geringem Gewicht des Karosserieteiles zugleich der Aufwand zur Erzielung der elektromagnetischen Verträglichkeit deutlich reduziert wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Karosserieteil aus einem Faser-Verbundwerkstoff mit einer darin integrierten dünnwandigen Kohlefaserschicht als Abdeck- bzw. Abschirmbauteil für einen Motor bzw. einen Motorraum eines Kraftfahrzeuges auszubilden bzw. zu verwenden. Da insbesondere in Motorräumen moderner Kraftfahrzeuge häufig elektronische Baukomponenten eingebaut sind, welche empfindlich auf elektromagnetische Strahlung reagieren können, ist es erforderlich, diese – zumindest in bestimmten Grenzen – vor einem unkontrollierten Einstrahlen elektromagnetischer Wellen zu schützen. Hier setzt die Erfindung an, indem sie die in dem Karosserieteil vorhandene dünnwandige Kohlefaserschicht nicht nur zur Aussteifung des Karosserieteils verwendet, sondern gleichzeitig als Abschirmung der im Motorraum angeordneten und empfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung reagierenden Komponenten. Das Karosserieteil kann dabei beispielsweise als Motorhaube ausgebildet sein und gleichzeitig eine Außenkontur des Kraftfahrzeuges bilden oder aber lediglich als Abschirmelement, welches das vor elektromagnetischer Strahlung zu schützende Bauelement direkt umgibt. Durch die Verbundbauweise mit der integrierten, dünnwandigen Kohlefaserschicht kann eine besonders effektive, da wirkungsvolle Abschirmung von empfindlichen Bauteilen gegenüber unerwünschter elektromagnetischer Strahlung erzielt werden. Darüber hinaus weist eine beispielsweise erfindungsgemäß ausgebildete Motorhaube ein deutlich geringeres Gewicht auf, als eine vergleichbare Motorhaube aus Metall, wodurch mit einem derartig ausgebildeten Karosserieteil nicht nur der Abschirmeffekt verbessert, sondern gleichzeitig auch das Gewicht des Kraftfahrzeuges reduziert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zumindest eine weitere, das Karosserieteil aussteifende und in den Verbundwerkstoff eingebettete Faserschicht vorgesehen. Eine derartige Faserschicht kann beispielsweise Glasfasern beinhalten. Glasfasern werden üblicherweise aus geschmolzenem Glas zu dünnen Fäden gezogen und zeichnen sich insbesondere durch eine Alterungs- und Witterungsbeständigkeit aus. Darüber hinaus sind sie chemisch resistent, nicht brennbar und besitzen einen hohen Elastizitätsmodul, der insbesondere die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen verbessert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, sind/ist die Kohlefaserschicht oder die wenigstens eine weitere Faserschicht in der Art von aus Rovings gewobenen Matten ausgebildet. Rovings sind Bündel von endlosen, unverdrehten und gestreckten Fasern (Filamente), welche häufig in der Fertigung von Faserverbundwerkstoffen und besonders von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen eingesetzt werden. Werden derartige Rovings gewoben bzw. geflochten oder gewickelt, so können Faser-Halbzeuge hergestellt werden, die eine hohe Festigkeit in der Ebene der hergestellten Gewebe bzw. Geflechte aufweisen. Darüber hinaus sind derartig gewobene Matten einfacher und dadurch kostengünstiger zu verarbeiten, da sie im Vergleich zu einzelnen Rovings bereits eine formbare Ebene aufweisen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Karosserieteil nach dem Sheet-Moulding-Compound-Verfahren (SMC) hergestellt. Sheet-Moulding-Compounds bezeichnen dabei teigartige Pressmassen aus duroplastischem Reaktionsharzen und Glasfasern zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen. In sogenannten SMC liegen alle nötigen Komponenten vollständig vorgemischt, das heißt fertig zur Verarbeitung vor. Üblicherweise werden dabei als Kunststoffpolyester- oder Vinylesterharze verwendet. Durch ein vollautomatisches Mischen des Harzfüllstoffgemisches mit den Kohlefasern, entsteht ein sogenanntes SMC-Halbzeug in Folienform, welches sich dann Zuschneiden und mittel Fließpressen zu einem fertigen Bauteil weiter verarbeiten lässt. SMC dient dabei insbesondere der Herstellung von leichten Karosserieteilen im Sportwagenbau. Gemäß der Ausführung im Sinne der vorliegenden Erfindung werden beim SMC die Glasfasern durch Kohlefasern ersetzt. Es werden vorwiegend höherwertige Epoxid- oder Vinylesterharze verwendet. Ein Lagenaufbau mit unterschiedlichen Materialiengemischen scheitert beim SMC an den zu unterschiedlichen Harzaufbauten.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Karosserieteil nach dem Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) hergestellt sein. Einem derartigen RTM-Verfahren werden üblicherweise Epoxydharze, Vinylesterharze und ungesättigte Polyesterharze verwendet. Generell werden beim RTM-Verfahren Fasermatten in einer Form mit Harz getränkt und ausgehärtet, wobei insbesondere die innenliegende Kohlefaserschicht dem herzustellenden Bauteil die gewünschte mechanische Stabilität verleiht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßes Karosserieteil im Schnitt,
2 eine mögliche Herstellung des erfindungsgemäßen Karosserieteils.
Entsprechend 1 weist ein erfindungsgemäßes Karosserieteil 1 aus einem Faser-Verbundwerkstoff wenigstens eine dünnwandige Kohlefaserschicht 2 auf. Die eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm aufweisende Kohlefaserschicht 2 verläuft dabei gemäß der Darstellung in 1 nahezu zentral im Karosserieteil 1 und weist ein zumindest so dichtes Netz bzw. eine zumindest so dichte Oberfläche auf, dass sie den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung zumindest behindert, vorzugsweise sogar blockiert. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass mehrere Kohlefaserschichten 2 im Karosserieteil 1 eingebunden und von einer Kunststoffmatrix 3 des Verbundwerkstoffes umschlossen sind. Aufgrund der abschirmenden Wirkung wird das Karosserieteil 1 erfindungsgemäß als Abdeckung für einen nicht gezeigten Motor und/oder einen ebenfalls nicht gezeigten Motorraum eines Kraftfahrzeuges verwendet. Die Dicke der Kohlefaserschicht 2 ergibt die Abwehrkraft für elektromagnetische Wellen.
Dabei kann das Karosserieteil 1 als Motorhaube ausgebildet sein und gleichzeitig eine Außenkontur des Kraftfahrzeuges bilden oder lediglich als unter der eigentlichen Motorhaube angeordnetes Abschirmteil, welches elektronische Baukomponenten in einem Motorraum vor unerwünschter elektromagnetischer Strahlung und damit beispielsweise vor einer Fehlfunktion, schützen soll. Das erfindungsgemäße Karosserieteil 1 erfüllt dabei gleichzeitig zwei wichtige Aufgaben: Erstens kann das Karosserieteil 1 aus Verbundwerkstoff eine herkömmliche und üblicherweise schwerere Motorhaube aus Metall ersetzen und ist darüber hinaus in der Lage, empfindliche elektronische Komponenten vor einer unerwünschten elektromagnetischen Strahlung zu schützen.
Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass in dem Karosserieteil 1 zumindest eine weitere, das Karosserieteil 1 aussteifende und in den Faser-Verbundwerkstoff eingebettete Faserschicht 4, 4' vorgesehen ist, welche beispielsweise aus Glasfasern gebildet wird. Dabei können sowohl die Kohlefaserschicht 2 als auch die wenigstens eine weitere Faserschicht 4, 4' in der Art von aus Rovings gewobenen Matten ausgebildet sein, welche die Verarbeitbarkeit der einzelnen Faserschichten deutlich vereinfachen. Die weiteren Faserschichten 4, 4' können zusätzlich oder alleinig die Aussteifung des Karosserieteiles 1 übernehmen, so dass trotz des gewichtsoptimierten Aufbaus des Karosserieteils 1 eine im Vergleich zu herkömmlichen und aus Metall ausgebildeten Karosserieteilen höhere Steifigkeit bzw. Festigkeit erreicht werden kann.
Hergestellt werden kann das erfindungsgemäße Karosserieteil 1 beispielsweise nach dem sogenannten Sheet-Moulding-Compound-Verfahren (SMC-Verfahren) bei welchen Pressmassen aus duroplastischen Reaktionsharzen und Kohle-Fasern zur Herstellung von hochfesten Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen verwendet werden.
Entsprechend der 2 ist ein sogenanntes Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) skizziert, bei welchem eine Formmasse mittels Kolben einer meist beheizten Vorkammer über Verteilerkanäle in ein Formnest eingespritzt wird, worin sie unter Wärme und Druck aushärtet.
Beim sogenannten RTM-Verfahren wird zunächst die für die Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung verantwortliche Kohlefaserschicht 2 in eine Form 5 eingelegt, welche in geschlossenem Zustand ein Formennest 6 umschließt. Anschließend wird die Formmasse, also beispielsweise die Kunststoffmatrix 3 in die Form 5 eingespritzt und für eine bestimmte Zeit in derselben belassen. In der sogenannten Verweilzeit, kommt es zum Reagieren der Formmasse, wobei die einzelnen Reaktionen abhängig vom Harztyp, dem Füllstoff, dem Verarbeitungsdruck, der Verarbeitungstemperatur sind. Ist die Verweilzeit beendet, kann die Form 5 geöffnet werden, wobei die zuvor eingefüllte Formmasse, üblicherweise die Kunststoffmatrix 3, nun fest ausgehärtet ist.
Denkbar ist auch, dass die Fasern der Kohlefaserschicht 2 und/oder der weiteren Faserschicht 4 als „Prepreg-Fasern”, das heißt als vorimprägnierte und in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix 3 eingebettete Endlosfasern ausgebildet sind. Die Endlosfasern können dabei als reine unidirektionale Schicht, als Gewebe oder als Gelege vorliegen, wobei üblicherweise ein auf Rollen gewickeltes „Prepreg” verwendet wird. Derartige Prepregs sind maschinell verarbeitbar und können dadurch in automatisierten Prozessen eingesetzt werden. Sie ergeben eine gleichmäßige und hohe Qualität, wobei insbesondere eine niedrige Welligkeit und ein hoher Faservolumenanteil als Vorteil zu nennen sind. Durch die Aushärtung unter hohen Temperaturen und Druck sind darüber hinaus hochwertige Leichtbauteile ohne Harzüberschuss zu fertigen.

Claims

Karosserieteil aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, das aus einer oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschirmung von elektronischen Baukomponenten das Karosserieteil (1) zumindest mit einer den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung verhindernden dünnwandigen Kohlefaserschicht (2) versehen ist, oder daraus besteht.
Karosserieteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kohlefaserschicht (2) in Kunststoff (3) eingebettet ist und eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm aufweist.
Karosserieteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere oder dickere, das Karosserieteil (1) aussteifende Faserschicht (4, 4') vorgesehen ist.
Karosserieteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Faserschicht (4, 4') Glasfasern aufweist.
Karosserieteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserschicht (2) und/oder die wenigstens eine weitere Faserschicht (4, 4') in der Art von Matten, insbesondere in der Art von aus Rovings gewobenen Matten ausgebildet sind/ist.
Karosserieteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (1) nach dem Sheet-Moulding-Compound-Verfahren (SMC) hergestellt ist.
Karosserieteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem nach dem Sheet-Moulding-Compound-Verfahren (SMC) hergestellten Karosserieteil ein einschichtiges Gemisch von höherwertigen Epoxid- oder Vinylesterharzen und Kohlefasern verwendet wird.
Karosserieteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (1) nach dem Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) hergestellt ist.
Karosserieteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Kohlefaserschicht (2) und/oder der weiteren Faserschicht (4, 4') als „Prepreg”-Fasern, das heißt als vorimprägnierte und in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix (3) eingebettete Endlosfasern ausgebildet sind, und/oder dass die Kohlefaserschicht (2) und/oder die weitere Faserschicht (4, 4') als vorgefertigtes Halbzeug ausgebildet ist.
Verwendung eines Karosserieteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Schutz von in einem Kraftfahrzeug eingebauten Baukomponenten vor elektromagnetischer Strahlung.
Kraftfahrzeug mit einem Karosserieteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.