DE102010053877A1

DE102010053877A1 - Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils

Info

Publication number: DE102010053877A1
Application number: DE201010053877
Authority: DE
Inventors: Dr. Walther Ulrich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils (2). Erfindungsgemäß wird ein Halbzeug aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, welches anschließend erwärmt und entsprechend einer für eine Fahrzeugkarosserie (1) benötigten Form umgeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 198 08 392 A1 beschrieben, eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Tragstruktur besteht aus Leichtmetall-Gussknoten und/oder Kunststoffknoten und diese verbindenden Leichtmetall-Strangprofilen und/oder Kunststoffprofilen. Als Leichtmetall-Gussknoten und/oder Kunststoffknoten sind wenigstens vier großvolumige, einstückige Basisknotenelemente vorgesehen, von denen jeweils zwei seitlich gegenüberliegend im Bereich des Vorderwagens und jeweils zwei seitlich gegenüberliegend im Bereich des Hinterwagens angeordnet sind. Die vier Basisknotenelemente sind über angeformte Anschlussteile mit Leichtmetall-Strangprofilen und/oder Kunststoffprofilen als Verbindungsträger zu einem Grundrahmen zusammengesteckt und verbunden.
In der EP 1 150 878 B1 wird ein Strukturträger für Fahrzeugkabinen von Strassen- oder Schienenfahrzeugen, von Schwebe- oder Gondelbahnen oder von Wagenkastenkonstruktionen für Strassen- oder Schienenfahrzeuge beschrieben. Der Strukturträger besteht im Querschnitt aus einem ersten Profilteil aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten Profilteil aus Metall. Das Kunststoffprofilteil ist ein Längsprofil mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnittsstrukturen. Die Verbindung zwischen den zwei Profilteilen ist eine Klebverbindung oder Kunststoffschweißverbindung. Die unterschiedlichen Querschnittsstrukturen sind für besondere funktionelle Aufgaben ausgelegt, wie zur Aufnahme von Apparateträgern, Wand-, Dach-, oder Scheibenelementen oder zur Aufnahme von Supporten für Verbindungen mit anderen Profilen oder Anbauteilen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Profilteils ist durch die Menge und/oder stoffliche Zusammensetzung eines beigemengten Füllmaterials und/oder durch die Menge und/oder stoffliche Zusammensetzung des Faserverstärkungsmaterials an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Profilteils angeglichen. Dabei weicht der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Profilteils weniger als zehn Prozent vom Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Profilteils ab.
Aus der DE 10 2009 050 924 A1 der Anmelderin, welche hiermit durch Referenz aufgenommen wird, ist eine Fahrzeugkarosserie bekannt. Die Fahrzeugkarosserie weist ein Leichtmetallbauteil auf, das mit einem Stahlbauteil verbunden ist. Das Leichtmetallbauteil weist eine Schutzschicht auf, durch die eine Kontaktkorrosion im Verbindungsbereich zum Stahlbauteil vermieden werden kann. Die Schutzschicht am Leichtmetallbauteil ist partiell auf den Verbindungsbereich beschränkt.
In der noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 2010 013 344 der Anmelderin, welche hiermit durch Referenz aufgenommen wird, wird ein Rohbauteil, dessen Verwendung und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Das Rohbauteil umfasst einen Tragrahmen, dessen Struktur durch Profile aus einem faserverstärkten Kunststoff, die in Knotenvorrichtungen gefügt sind, gebildet wird. Ein oder mehrere Schalenelemente, die den Tragrahmen zumindest teilweise oder ganz überspannen und an diesem festgelegt sind, vervollständigen das Rohbauteil.
In der noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 20100 332 89 der Anmelderin, welche hiermit durch Referenz aufgenommen wird, wird eine Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau beschrieben. Die Rohrrahmenkonstruktion weist eine Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen auf, welche über jeweilige Knotenelemente miteinander verbunden sind. Die Rohrrahmenkonstruktion ist zumindest partiell von Rohrrahmenprofilen aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils wird erfindungsgemäß ein Halbzeug aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, welches anschließend erwärmt und entsprechend einer für eine Fahrzeugkarosserie benötigten Form umgeformt wird.
Mittels des Verfahrens können auf kostengünstige Weise Karosserieprofilteile hergestellt und an eine jeweils erforderliche Form angepasst werden. Dies ermöglicht es, eine Fahrzeugkarosserie vollständig oder in wesentlichen Bereichen einfach und kostengünstig in Serienfertigung aus derartigen Karosserieprofilteilen aus faserverstärktem Kunststoff zu fertigen, wodurch eine erhebliche Gewichtsreduktion und daraus resultierend eine Reduzierung von Schadstoffausstoß und Kraftstoffverbrauch erzielt wird.
Des Weiteren ist bei den Karosserieprofilteilen aus faserverstärktem Kunststoff kein aufwändiger und kostenintensiver Korrosionsschutz erforderlich. Die Halbzeuge können dabei beispielsweise als so genannte Endlosprofile kontinuierlich gefertigt werden, welche entsprechend einer benötigten Länge zugeschnitten, erwärmt und umgeformt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkarosserie.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkarosserie 1 eines Fahrzeugs. Die Fahrzeugkarosserie 1 weist mehrere Karosserieprofilteile 2 auf, die jeweils aus einem Halbzeug aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt wurden, welches anschließend erwärmt und entsprechend einer für die Fahrzeugkarosserie 1 benötigten Form umgeformt wurde.
Durch dieses Verfahren zur Herstellung der Karosserieprofilteile 2 können diese auf kostengünstige Weise hergestellt und an eine jeweils erforderliche Form entsprechend ihrer jeweiligen Position in der Fahrzeugkarosserie 1 angepasst werden. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Herstellung von Karosserieprofilteilen 2, die eine leichte Krümmung und/oder Verdrehung benötigen, wie zum Beispiel ein Dachrahmen oder ein Querträger unter einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs.
Das Verfahren ermöglicht es, eine Fahrzeugkarosserie 1 vollständig, oder wie hier dargestellt, zumindest in wesentlichen Bereichen aus derartigen Karosserieprofilteilen 2 aus faserverstärktem Kunststoff einfach und kostengünstig in Serienfertigung herzustellen. Dadurch wird bei der Fahrzeugkarosserie 1 eine erhebliche Gewichtsreduktion erreicht, wodurch ein Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß des Fahrzeugs erheblich reduziert wird.
Die Halbzeuge werden vorteilhafterweise als so genannte Endlosprofile kontinuierlich gefertigt, welche dann entsprechend einer jeweils benötigten Länge zugeschnitten, erwärmt und entsprechend einer jeweiligen Einbauposition in der Fahrzeugkarosserie 1 umgeformt werden. Dadurch ist die Herstellung der Karosserieprofilteile 2 besonders kostengünstig möglich, da die relativ einfach ausgeformten Halbzeuge mit einer gleichbleibenden geometrischen Ausformung maschinell in sehr großen Stückzahlen gefertigt werden können.
Zur Fertigung der Halbzeuge wird zweckmäßigerweise ein thermoplastischer oder ein bei einer vorgegebenen Temperatur zumindest in begrenztem Maße umformbarer anderer Kunststoff verwendet. Beispielsweise sind einige duroplastische Kunststoffe nach einer Erwärmung auf einen vorgegebenen Temperaturbereich noch in einem begrenzten Maße zerstörungsfrei umformbar. Besonders geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Polyamid, thermoplastisches Polyurethan, Polyphenylsulfid oder Epoxidharz.
Als Fasern zur Fertigung des Halbzeugs aus faserverstärktem Kunststoff können anorganische oder organische Fasern verwendet werden, beispielsweise Glasfasern, Kohlenstoff- oder Graphitfasern, Metallfasern, keramische Fasern, Fasern aus Cellulosederivaten oder aus Polyvinylchloriden, Polyacrylonitrilen, Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden oder Aramidfasern oder faserartige Silikatminerale, Fasern aus Jute, Sisal, Hanf oder Baumwolle.
Die Halbzeuge werden beispielsweise im Pultrusionsverfahren gefertigt. Dabei können sie zum Beispiel zunächst auf eine einheitliche Länge zugeschnitten werden. Zur Herstellung des Karosserieprofilteils 2 wird dann ein derartiges Halbzeug auf die jeweils benötigte Länge zugeschnitten und anschließend erwärmt und umgeformt.
Alternativ können die Halbzeuge beispielsweise auch im Wickelverfahren hergestellt werden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, da hierbei ein Faseraufbau des faserverstärkten Kunststoffs individuell an jeweilige Einsatzerfordernisse des aus dem Halbzeug herzustellenden Karosserieprofilteils 2 angepasst werden kann.
Auch andere Verfahren zur Herstellung der Halbzeuge sind möglich, beispielsweise können die Fasern für den faserverstärkten Kunststoff als lose Schüttung, als Gelege, d. h. überlappend, oder besonders vorteilhaft als Gewebe in eine Form eingelegt und mit dem Kunststoff infiltriert werden. Werden die Fasern vor dem Infiltrieren gewebt, so können sie entsprechend einer jeweiligen auf das spätere Karosserieprofilteil 2 einwirkenden Belastung ausgerichtet werden, so dass eine homogene Verteilung der Belastung erreicht ist.
Zum Umformen des Halbzeugs wird dieses derart erwärmt, dass der faserverstärkte Kunststoff erweicht. Dies erfolgt beispielsweise unmittelbar vor dem Umformen und/oder während des Umformens, zum Beispiel durch ein entsprechend erwärmtes Umformwerkzeug. Als Umformverfahren sind eine Vielzahl bekannter Verfahren verwendbar, zum Beispiel Druckumformen, beispielsweise durch Walzen, Zugumformen, Zugdruckumformen, beispielsweise durch Tiefziehen, Biegeumformen und/oder Schubumformen.
Besonders vorteilhaft ist eine Innenhochdruckumformung einsetzbar, wobei zur Erwärmung des Halbzeugs ein für die Umformung erforderliches Medium verwendet wird. Dabei wird das Halbzeug in ein Formwerkzeug eingelegt und das Formwerkzeug oder das Halbzeug selbst, wenn es hohl ausgebildet ist, wird mit dem erwärmten Medium gefüllt und das Medium unter einen hohen Druck gesetzt, so dass das erwärmte Halbzeug umgeformt wird, bis es sich einer Form des Formwerkzeugs angepasst hat.
Zusätzlich können die Halbzeuge beispielsweise auch spanend bearbeitet werden, zum Beispiel durch Fräsen und/oder Bohren, um ihre Form weiter zu verändern und insbesondere um eine Befestigung der Karosserieprofilteile 2 in der Fahrzeugkarosserie 1 vorzubereiten, zum Beispiel Löcher für ein späteres Vernieten oder Verschrauben.
Zur Herstellung der Fahrzeugkarosserie 1 werden ein oder mehrere der Karosserieprofilteile 2 aus faserverstärktem Kunststoff miteinander und/oder mit anderen Karosserieteilen aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, direkt oder vorteilhafterweise über Knoten aus Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff, zum Beispiel aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, verbunden. Die Verbindung zwischen den Knoten und den Karosserieprofilteilen 2 aus faserverstärktem Kunststoff und den anderen Karosserieteilen erfolgt beispielsweise durch Kleben, Verschweißen, Nieten oder Verschrauben.
Die Karosserieteile aus Metall werden zweckmäßigerweise vor der Montage der Fahrzeugkarosserie 1 mit einer Korrosionsschutzschicht versehen, beispielsweise durch eine Tauchlackierung oder durch Pulverbeschichten. Bei den Karosserieprofilteilen 2 aus faserverstärktem Kunststoff ist dies nicht erforderlich. Bei Karosserieteilen aus Aluminium kann diese Korrosionsschutzschicht beispielsweise auf Verbindungsbereiche beschränkt werden, in welchen sie während der Montage der Fahrzeugkarosserie 1 direkt oder über die Knoten miteinander oder mit den Karosserieprofilteilen 2 aus faserverstärktem Kunststoff verbunden werden, um eine Kontaktkorrosion zu vermeiden.
Um eine kostenintensive und aufwändige Lackierung der gesamten Fahrzeugkarosserie 1 zu vermeiden, werden die Karosserieteile aus Metall, wenn eine Farblackierung erforderlich ist, vorteilhafterweise vor der Montage der Fahrzeugkarosserie 1 lackiert. Die Karosserieprofilteile 2 aus faserverstärktem Kunststoff, bei welchen keinerlei Schutzlackierung erforderlich ist, welche aber beispielsweise eine Farbgebung entsprechend einer Farbgebung des Fahrzeugs aufweisen sollen, insbesondere wenn sie in einem fertiggestellten Fahrzeug sichtbar sind, werden vor der Montage der Fahrzeugkarosserie 1 vorteilhafterweise mit zumindest einem lackierten Bauteil, zum Beispiel mit einem lackierten Blech, zumindest bereichsweise ummantelt.
Diese Ummantelung ist beispielsweise zusätzlich auch bei den Karosserieteilen aus Metall möglich, nachdem, wenn dies erforderlich ist, die Korrosionsschutzschicht aufgebracht wurde. Auf diese Weise kann auch bei diesen Karosserieteilen auf eine vollständige Lackierung verzichtet werden. Die lackierten Bauteile bedecken dann vorteilhafterweise, analog zu den Karosserieprofilteilen 2 aus faserverstärktem Kunststoff, nur Bereiche der metallischen Karosserieteile, welche am fertiggestellten Fahrzeug sichtbar sind und die Farbgebung des Fahrzeugs aufweisen sollen.
Die Bauteile zum Ummanteln der jeweiligen Karosserieprofilteile 2 werden zuerst lackiert und erst dann auf dem jeweiligen Karosserieprofilteil 2 montiert. Dies ist aufgrund der wesentlich geringeren Größe im Vergleich zu einer vollständigen Fahrzeugkarosserie 1 wesentlich schneller und einfacher möglich und mit einem wesentlich geringeren Fertigungsaufwand verbunden. Die Herstellung und Lackierung dieser Bauteile kann in Serienfertigung erfolgen.
Die lackierten Bauteile können an dem jeweiligen Karosserieprofilteil 2 stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt werden, beispielsweise durch Kleben, Verschweißen, Nieten, Verschrauben und/oder mittels Clip-, Rast- und/oder Schnappverbindungen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugkarosserie
2: Karosserieprofilteil

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 19808392 A1 [0002]
EP 1150878 B1 [0003]
DE 102009050924 A1 [0004]
DE 102010013344 [0005]
DE 102010033289 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Karosserieprofilteils (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbzeug aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt wird, welches anschließend erwärmt und entsprechend einer für eine Fahrzeugkarosserie (1) benötigten Form umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug aus einem thermoplastischen oder aus einem bei einer vorgegebenen Temperatur zumindest in begrenztem Maße umformbaren faserverstärkten Kunststoff gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug aus Polyamid, aus thermoplastischem Polyurethan, aus Polyphenylsulfid oder aus Epoxidharz gefertigt wird.
Verwendung zumindest eines Karosserieprofilteils (2), hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie (1).