DE102010010828A1

DE102010010828A1 - Karosseriebauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010010828A1
Application number: DE102010010828A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schäfer
Original assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Current assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil, welches aus einer in Class-A-Qualität hergestellten Außenhaut aus thermoplastischen Kunststoff und einer mit dieser verbundenen Tragschicht aus Kunststoff besteht. Die Tragschicht besteht dabei aus einem an die Außenhaut angeschäumten Schaumkörper, welcher so dimensioniert ist, dass der Raum zwischen der Außenhaut und benachbarten Bauteilen, zum Beispiel der Tragstruktur des Fahrzeuges, ausgefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil, welches aus einer in Class-A-Qualität hergestellten Außenhaut aus thermoplastischen Kunststoff und einer mit dieser verbundenen Tragschicht aus Kunststoff besteht.
Stand der Technik
Bekannte gattungsgemäße Verbundbauteile weisen als Tragschicht im Wesentlichen eine dem Verlauf der Außenkontur des Bauteils angepasste Hinterschäumung aus faserverstärkten PU-Werkstoffen, Epoxy oder Polyester auf. Derartige Bauteile haben in der Regel eine schalenförmige Form, wobei im hinterschäumten Kunststoff Bereiche mit partiellen Materialanhäufungen zur Aufnahme von Versteifungs- oder Befestigungsbauteilen ausgebildet sein können. Ein derartiges Bauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung sind zum Beispiel Gegenstand der DE 10 2007 057 121 A1 .
Insbesondere als Leichtbauteile sind solche Verbundbauteile oft in Sandwichbauweise ausgeführt, indem zum Beispiel eine Wabenstruktur als Tragstruktur eingeschäumt wurde. Da es sich bei den Bauteilen nach dem Stand der Technik vorwiegend um schalenförmige Bauteile handelt, bedarf es insbesondere beim Einsatz als Karosseriebauteile im Fahrzeugbau aufwändiger konstruktiver Maßnahmen hinsichtlich der Befestigung an der übrigen Fahrzeugstruktur. Zum Gewährleisten der im Fahrzeugbau geforderten Steifigkeit und Crash-Festigkeit ist die Verbindung mit entsprechenden Stabilität gebenden Bauteilen notwendig. So ist es üblich, zum Beispiel in den Randbereichen von Hartschaumkörpern Stabilität gebende Rahmen einzuschäumen ( DE 197 37 713 A1 ). Gegenstand der EP 1 637 439 A1 ist ein Fahrzeugkarosseriebauteil mit einem eine Außenhaut bildenden Außenteil und einer durch Hinterschäumen mit PU-Material gebildeten Innenschicht, in welche rohrförmige Hohlkörper eingebettet sind.
Durch das notwendige Einbetten metallischer Verstärkungsbauteile gehen die Vorteile des angestrebten Leichtbaus oft wieder verloren.
Bei den gegenwärtig besonders unter Umweltgesichtspunkten entwickelten Elektrofahrzeugen ergeben sich weitere besondere Herausforderungen, die mit den bekannten Bauteilen und Technologien nicht zufrieden stellend gelöst werden können.
So sind bei Elektrofahrzeugen und Niedrigenergiefahrzeugen neben der Forderung nach einem geringen Gewicht und hoher Gesamtfestigkeit auch Wärmeisolationseigenschaften von besonderer Bedeutung, da nur geringe Motorabwärme zum Beheizen des Fahrzeuginneren zur Verfügung steht. Ferner ist bei diesen Fahrzeugen die Klimatisierung im Sommer ein wichtiger Punkt bei den Maßnahmen zur Verringerung des Energieverbrauchs. Es müssen also zusätzliche Vorkehrungen zum thermischen Isolieren der Fahrzeugkarosserie getroffen werden. Aber auch Schalldämmungsmaßnahmen sind bei Leichtbaufahrzeugen von Bedeutung.
Aufgabenstellung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Karosseriebauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, mit denen insbesondere in Leichtbauweise konzipierte Fahrzeuge vorteilhaft realisierbar sind. Dazu soll die Fahrzeugkarosserie aus möglichst wenigen großen und eigenstabilen, aber leichten Karosseriebauteilen bestehen, welche ohne großen Montageaufwand verbaut werden können und kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindungen bestehen insbesondere darin, dass durch das großvolumige Hinterschäumen mit EPS-Schaum/Styropor große Karosseriebauteile mit einem geringen Eigengewicht und einer hohen Gesamtfestigkeit realisierbar sind. Mit EPS-Schaum wird ein besonders kostengünstiger und bisher für solche Zwecke nicht eingesetzter Werkstoff zur Anwendung gebracht. Das großvolumige Hinterschäumen und die damit mögliche großflächige Verbindung der Karosseriebauteile mit der Fahrzeugstruktur bewirkt eine extrem hohe Energieaufnahmefähigkeit der Bauteile, was sich allgemein vorteilhaft auf die Crash-Festigkeit der Bauteile auswirkt. Das großvolumige Ausfüllen vorhandener, bisher nicht genutzter Hohlräume unter der Karosserie mit EPS-Schaum erlaubt vorteilhaft das Integrieren bisher separat angeordneter und einzeln zu befestigender Komponenten sowie von Befestigungselementen. Das gute Wärmeisolationsvermögen der erfindungsgemäßen Karosseriebauteile ist besonders für die Realisierung von abwärmereduzierten Elektrofahrzeugen von Vorteil.
Insbesondere bei Elektrofahrzeugen, bei denen auf Grund des Antriebskonzeptes, wie durch den Einsatz von Radmotoren, im Frontbereich eine für den Crashfall nutzbare Crashperformance fehlt, können die an ein Karosseriebauteil angeschäumten Schaumkörper so ausgebildet werden, dass zum Beispiel vor dem Armaturentafelbereich oder im Bereich der Stoßfänger spezielle Crashabsorber integriert oder ausgebildet sind. Mit der Möglichkeit des flächigen Anliegens der Schaumkörper an der Karosseriestruktur sind insgesamt gute Crasheigenschaften erreichbar.
Durch das Ausnutzen der beim Hinterschäumen der vorgefertigten Außenhaut in einem geschlossenen Werkzeug entstehenden Prozesswärme sowie des sich dabei aufbauenden Prozessdruckes wird auf einfache Weise ein festes Anhaften der Außenhaut an der Hinterschäumung erreicht, wobei gleichzeitig ein Nachkalibrieren der Außenhaut bis hin zu einer von der Oberfläche der Form bestimmten Oberflächenstrukturierung des Karosseriebauteils möglich ist.
Die selbsttragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Karosseriebauteile tragen insgesamt vorteilhaft zu einer Gewichtsreduzierung an den Fahrzeugen bei. Des Weiteren können die Teileanzahl sowie der Fertigungs- und Montageaufwand deutlich reduziert werden.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben:
Es zeigen:
1–3 Ansichten eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil
4 die Tragstruktur des Fahrzeuges als Einzelheit nach Schnitt A-A in 2 und 3
5 das Karosseriebauteil als Einzelheit nach Schnitt A-A in 2 und 3
6 das Karosseriebauteil verbunden mit der Tragstruktur als Einzelheit nach Schnitt A-A in 2 und 3
In den 1 bis 3 ist ein Fahrzeug in Leichtbauweise dargestellt, anhand dessen die Erfindung als Einzelheit im Bereich des linken vorderen Kotflügels beschrieben wird. 4 zeigt dabei vereinfacht die Tragstruktur 1 zwischen Motorraum 2 und Radkasten 3. In 5 ist die aus thermoplastischen Kunststoff tiefgezogene Außenhaut 4 des Kotflügels, den Schaumkörper 5 bildend, hinterschäumt. Der Schaumkörper 5 füllt dabei den gesamten von der Tragstruktur 1 und der Außenhaut 4 begrenzten, den Radkasten 3 umgebenden Hohlraum aus. Die Wandung des Radkastens 3 ist dabei mit einer Radkastenschale 6 versehen.
Das so vorgefertigte Karosseriebauteil 7 ist gemäß 5 über eine Vielzahl auf der gesamten Tragstruktur 1 verteilter Klebepunkte 8 an der Tragstruktur 1 befestigt. Im Schaumkörper 5 sind oberhalb des Radkastens 3 Funktionskomponenten in Form eines Wischwasserbehälters 9 und eines Leitungskanals 10 eingeschäumt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aus einem thermoplastischen Kunststoff, zum Beispiel ABS, zu fertigende Außenhaut 4 des Kotflügels in einer konkaven Tiefziehform vorgefertigt oder als Spritzgussteil ausgeführt.
Anschließend wird die Außenhaut 4 mit der Außenseite an der Formhälfte anliegend in das Schäumwerkzeug eingelegt. Im Schäumwerkzeug ist eine Kavität ausgebildet, welche die negative Bauform des Karosseriebauteils 7 abbildet. Nach dem Schließen des Schäumwerkzeuges wird der dem späteren Schaumkörper 5 entsprechende Hohlraum mit expandierendem Polystyrol (EPS) ausgeschäumt. Die beim Schäumvorgang entstehende Prozesswärme von ca. 100°C in Verbindung mit dem auftretenden Expansionsdruck von unter 1 bar führt zu einem stoffschlüssigen Anhaften des Schaums an der Innenseite der Außenhaut 4. Die Prozessparameter reichen aus, um die Außenhaut 4 zu erwärmen und durch die Wirkung des Expansionsdrucks an die Innenseite der Kavität anzudrücken. Dadurch werden vom Tiefziehvorgang in der Außenhaut 4 noch vorhandene Maßabweichungen ausgeglichen und ein Nachformen der Außenhaut 4 bewirkt. Durch geeignetes Anordnen und Fixieren von Funktionskomponenten im Schäumwerkzeug können diese in den Schaumkörper 5 integriert werden.
Bezugszeichenliste

1: Tragstruktur
2: Motorraum
3: Radkasten
4: Außenhaut
5: Schaumkörper
6: Radkastenschale
7: Karosseriebauteil
8: Klebepunkte
9: Wischwasserbehälter
10: Leitungskanal
11: Befestigungselemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007057121 A1 [0002]
DE 19737713 A1 [0003]
EP 1637439 A1 [0003]

Claims

Karosseriebauteil, bestehend aus einer Außenhaut aus einem thermoplastischen Kunststoff und einer mit dieser verbundenen Tragschicht aus einem geschäumten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschicht aus einem an die Außenhaut (4) angeschäumten Schaumkörper (5) besteht, welcher so dimensioniert ist, dass der Raum zwischen der Außenhaut (4) und benachbarten Bauteilen ausgefüllt ist.
Karosseriebauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkörper (5) aus expandiertem Polystyrol (EPS) besteht.
Karosseriebauteil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaumkörper (5) Funktionskomponenten und/oder Befestigungselemente (11) integriert sind.
Karosseriebauteil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaumkörper (5) Verstärkungsbauteile integriert sind.
Karosseriebauteil nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (7) mit dem Schaumkörper (5) an den benachbarten Bauteilen der Tragstruktur (1) klebetechnisch befestigt ist.
Karosseriebauteil nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaumkörper (5) spezielle Crashabsorber ausgebildet und/oder integriert sind.
Verfahren zum Herstellen von Karosseriebauteilen, bestehend aus einer Außenhaut aus einem thermoplastischen Kunststoff und einer mit dieser verbundenen Tragschicht aus einem geschäumten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass – die Außenhaut (4) mit der Außenseite anliegend in die Kavität eines Schäumwerkzeuges eingelegt wird, – der nach dem Schließen des Schäumwerkzeuges zwischen der Rückseite der Außenhaut (4) und Schäumwerkzeug vorhandene Hohlraum ausgeschäumt wird, – die Außenhaut (4) durch die beim Schäumvorgang entstehende Prozesswärme und den entstehenden Expansionsdruck in die Kavität des Schäumwerkzeuges gedrückt wird, – das Schäumwerkzeug so lange geschlossen bleibt, bis ein Anhaften des gebildeten Schaumkörpers (5) an der Außenhaut (4) erfolgt ist,
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schäumwerkzeug so lange geschlossen bleibt, bis ein Nachformen der Außenhaut (4) erfolgt ist.
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schließen des Schäumwerkzeuges Funktionskomponenten, Verstärkungsbauteile oder Befestigungselemente (11) im Schäumwerkzeug angeordnet werden.