DE102008027149A1

DE102008027149A1 - Body part i.e. engine-hood, for protection of electronic components installed in engine compartment of motor vehicle against electromagnetic radiation, has carbon fiber layer for shielding components, where part is made of plastic

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

The body part (1) has a thin walled carbon fiber layer (2) for shielding electronic components, where the body part is made of fiber-reinforced plastic. The carbon fiber layer prevents passage of electromagnetic radiation, and is embedded in plastic. The fiber layer exhibits a thickness of 0.2 millimeters. Reinforced fiber layers (4, 4') comprise glass fibers, where the body part is produced according to a sheet moulding compound process and a resin-transfer-moulding process. The body part utilizes a single-layer mixture of epoxy resin or vinyl ester resin.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosserieteil aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, das aus einer oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist.The The present invention relates to a body part made of plastic, in particular of fiber-reinforced Plastic composed of one or more layers is.

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.It is well known in vehicle, body parts for weight reasons Plastic, in particular of fiber-reinforced plastic, such as. B. glaser reinforced Plastic, to use. If such body parts adjacent are arranged by electronic components, these must Body parts for reasons the electromagnetic compatibility inside with an additional Copper-silver paint layer be provided, which is time consuming and also expensive.

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.Further it has been known for some time entire body parts throughout made of carbon fiber reinforced Plastic to manufacture, these body parts on the one hand easily and on the other hand have a high strength. Completely off carbon fiber reinforced Plastic existing body parts are, however, in the making extremely expensive.

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.task The invention is a multi-layered body part made of fiber-reinforced plastic form so that at the same time with low weight of the body part the effort to achieve the electromagnetic compatibility clearly is reduced.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively things the independent one claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

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.The The invention is based on the general idea of a body part made of a fiber composite material with a thin-walled integrated therein Carbon fiber layer as cover or shielding for a Engine or an engine compartment of a motor vehicle form or to use. Especially in engine compartments of modern motor vehicles often Electronic components are built in, which are sensitive can respond to electromagnetic radiation, it is necessary to - at least within certain limits - before an uncontrolled irradiation of electromagnetic waves protect. This is where the invention comes in by putting it in the body part existing thin-walled Carbon fiber layer not only for stiffening the body part used, but at the same time as a shield in the engine compartment arranged and sensitive to electromagnetic radiation reacting components. The body part can for example be designed as a bonnet and at the same time an outer contour of the motor vehicle or merely as a shielding element, which is the component to be protected against electromagnetic radiation directly surrounds. Due to the composite construction with the integrated, thin-walled Carbon fiber layer can be a particularly effective as effective Shielding of sensitive components against unwanted electromagnetic Radiation can be achieved. About that In addition, an example according to the invention formed hood significantly lower weight than a comparable bonnet made of metal, whereby with such a trained body part not only improves the shielding effect, but also the same Weight of the vehicle can be reduced.

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.According to one advantageous embodiment of the inventive solution is at least one more, the body part stiffening and embedded in the composite material Fiber layer provided. Such a fiber layer can be, for example, glass fibers include. Glass fibers usually become made of molten glass to thin Pulled strings and are characterized in particular by an aging and weathering resistance out. Furthermore they are chemically resistant, non-flammable and have a high Modulus of elasticity, in particular the mechanical properties of plastics improved.

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.at a further advantageous embodiment of the inventive solution, are / is the Carbon fiber layer or the at least one further fiber layer formed in the style of rovings woven mats. rovings are bundles of endless, untwisted and stretched fibers (filaments), which often in the production of fiber composites and especially of fiber-plastic composites be used. Such rovings are woven or braided or wrapped, so can Fiber semi-finished products are manufactured, which have high strength in have the level of fabric produced or braids. Furthermore Such woven mats are simpler and therefore less expensive to process, since they already compared to individual rovings have a malleable plane.

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.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the body part is produced by the sheet-molding-compound (SMC) method. Sheet-molding compounds describe dough-like molding compounds of thermosetting reaction resins and glass fibers for the production of fiber-plastic composites. In so-called SMC are all the necessary components completely premixed, that is ready for processing. Usually be as plastic polyester or vinyl ester resins used. By fully automatic mixing of the resin filler mixture with the carbon fibers, a so-called SMC semi-finished product in foil form, which can then be further processed by cutting and medium extrusion to form a finished component. SMC serves in particular the production of lightweight body parts in sports car construction. According to the embodiment according to the present invention, the glass fibers are replaced by carbon fibers in the SMC. There are predominantly higher-grade epoxy or vinyl ester resins used. A layer structure with different material mixtures fails at the SMC on the different resin structures.

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.According to one alternative embodiment may the body part produced by the Resin Transfer Molding (RTM) method be. Such RTM process are usually epoxy resins, vinyl ester resins and unsaturated polyester resins used. Generally in the RTM process fiber mats are in a mold with Soaked resin and cured, in particular, the inner carbon fiber layer to the component to be produced the desired mechanical stability gives.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawings.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

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.preferred embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explains where like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components relate.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,there show, in each case schematically,

1 ein erfindungsgemäßes Karosserieteil im Schnitt, 1 an inventive body part in section,

2 eine mögliche Herstellung des erfindungsgemäßen Karosserieteils. 2 a possible production of the body part according to the invention.

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.Corresponding 1 has an inventive body part 1 from a fiber composite material, at least one thin-walled carbon fiber layer 2 on. The carbon fiber layer having a thickness of about 0.1 to 0.5 mm, preferably about 0.2 mm 2 runs as shown in 1 almost centrally in the body part 1 and has an at least as dense network or at least as dense surface that it at least obstructs the passage of electromagnetic radiation, preferably even blocked. Of course, it is also conceivable that several carbon fiber layers 2 in the body part 1 integrated and from a plastic matrix 3 enclosed the composite material. Due to the shielding effect is the body part 1 used according to the invention as a cover for an engine, not shown, and / or an engine compartment of a motor vehicle, also not shown. The thickness of the carbon fiber layer 2 gives the immune system for electromagnetic waves.

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.This can be the body part 1 be designed as an engine hood and at the same time form an outer contour of the motor vehicle or merely as arranged under the actual hood shielding, which electronic components in an engine compartment from unwanted electromagnetic radiation and thus, for example, to protect against malfunction. The body part according to the invention 1 At the same time fulfills two important tasks: First, the body part 1 Composite material replaces a conventional and usually heavier metal bonnet and is also able to protect sensitive electronic components from unwanted electromagnetic radiation.

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.Of course, it is conceivable that in the body part 1 at least one more, the body part 1 stiffening and embedded in the fiber composite fiber layer 4 . 4 ' is provided, which is formed for example of glass fibers. It can both the carbon fiber layer 2 as well as the at least one further fiber layer 4 . 4 ' be formed in the style of rovings woven mats, which greatly simplify the processability of the individual fiber layers. The further fiber layers 4 . 4 ' may additionally or solely the stiffening of the body part 1 take over, so that despite the weight-optimized construction of the body part 1 a higher stiffness or strength can be achieved compared to conventional and made of metal body parts.

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.The body part according to the invention can be produced 1 for example, according to the so-called sheet molding compound process (SMC process) in which molding compounds of thermosetting reaction resins and carbon fibers are used for the production of high-strength fiber-plastic composite materials.

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.According to the 2 is a so-called resin transfer molding method (RTM method ren), in which a molding compound is injected by means of pistons of a mostly heated pre-chamber via distribution channels in a mold cavity, wherein it cures under heat and pressure.

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.In the so-called RTM method, the carbon fiber layer responsible for the shielding of the electromagnetic radiation is first of all 2 in a mold 5 inserted, which in the closed state a mold nest 6 encloses. Subsequently, the molding compound, so for example, the plastic matrix 3 into the mold 5 injected and left in the same for a certain time. In the so-called residence time, it comes to reacting the molding material, wherein the individual reactions depending on the type of resin, the filler, the processing pressure, the processing temperature. When the residence time is over, the mold can 5 be opened, wherein the previously filled molding compound, usually the plastic matrix 3 , now solidified.

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.It is also conceivable that the fibers of the carbon fiber layer 2 and / or the further fiber layer 4 as "prepreg fibers", that is as preimpregnated and in an uncured thermosetting plastic matrix 3 embedded endless fibers are formed. The continuous fibers may be present as a pure unidirectional layer, as a woven fabric or as a scrim, wherein usually a "prepreg" wound on rolls is used. Such prepregs are machinable and can thus be used in automated processes. They give a uniform and high quality, in particular, a low waviness and a high fiber volume fraction are to be mentioned as an advantage. By curing under high temperatures and pressure, high-quality lightweight components without resin surplus can be produced.

Claims

Plastic body part, in particular of fiber-reinforced plastic, which is composed of one or more layers, characterized in that for the shielding of electronic components, the body part ( 1 ) at least with a passage of electromagnetic radiation preventing thin-walled carbon fiber layer ( 2 ), or consists of.

Body part according to claim 1, characterized in that the at least one carbon fiber layer ( 2 ) in plastic ( 3 ) and has a thickness of about 0.1 to 0.5 mm, preferably about 0.2 mm.

Body part according to claim 1 or 2, characterized in that at least one further or thicker, the body part ( 1 ) stiffening fiber layer ( 4 . 4 ' ) is provided.

Body part according to claim 3, characterized in that the further fiber layer ( 4 . 4 ' ) Comprises glass fibers.

Body part according to claim 3 or 4, characterized in that the carbon fiber layer ( 2 ) and / or the at least one further fibrous layer ( 4 . 4 ' ) are in the nature of mats, in particular in the form of rovings woven mats is / is.

Body part according to claim 1 or 2, characterized in that the body part ( 1 ) is produced by the sheet-molding compound (SMC) method.

Bodywork part according to claim 6, characterized that in a sheet-molding compound (SMC) process manufactured body part a single-layer mixture of higher quality Epoxy or vinyl ester resins and carbon fibers is used.

Body part according to one of claims 1 to 5, characterized in that the body part ( 1 ) is prepared by the resin transfer molding method (RTM).

Body part according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fibers of the carbon fiber layer ( 2 ) and / or the further fiber layer ( 4 . 4 ' ) as "prepreg" fibers, ie as pre-impregnated and in an uncured thermosetting plastic matrix ( 3 ) embedded endless fibers are formed, and / or that the carbon fiber layer ( 2 ) and / or the further fiber layer ( 4 . 4 ' ) is designed as a prefabricated semi-finished product.

Use of a body part ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, for the protection of built in a motor vehicle structural components from electromagnetic radiation.

Motor vehicle with a body part ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.