-
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche nach Anspruch 1.
-
Die Anmelderin entwickelt und fertigt seit geraumer Zeit Strukturbauteile für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche. Als Strukturbauteile für Außenanwendungen werden im Sinne der Erfindung beispielsweise Karosserieteile oder andere Fahrzeugteile, wie Fronthauben für Traktoren oder deren Elemente, Kühlerhauben, Frontblenden, Schürzen, Abdeckungen, oder andere Strukturbauteile verstanden, die in einem Fahrzeug im Außenbereich eingesetzt werden. Als Strukturbauteil im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung wird neben Fahrzeugteilen aber zum Beispiel auch jedes geeignete Verkleidungsteil für Geräte oder Elemente, z. B. für Wärmepumpen, angesehen.
-
Das herzustellende Strukturbauteil weist eine hochwertige Oberfläche auf. Es kann sich beispielsweise um eine hochglänzende Oberfläche und/oder um eine sehr harte, insbesondere schlagharte, UV-beständige Oberfläche handeln.
-
Als hochwertige Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung wird sowohl eine endfertige Oberfläche verstanden, die insoweit keiner weiteren Bearbeitung mehr bedarf, als auch eine lackierfähige Oberfläche, die noch einem Lackierschritt unterzogen wird.
-
Von der Anmelderin wird derzeit das folgende, druckschriftlich nicht belegbare Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung eines Strukturbauteils für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche praktiziert:
Zunächst wird eine hochwertige Kunststofffolie in einem Werkzeug tiefgezogen. Diese z. B. aus PMMA bestehende Kunststofffolie kann eine Wandstärke von beispielsweise bis zu 2,5 mm aufweisen.
-
Das durch Tiefziehen gebildete Tiefziehteil wird sodann mit LFI-Schaummasse hinterschäumt. Als LFI-Schaummasse (long fiber injection) wird eine aushärtbare, glasfaserverstärkte Polyurethanmasse verstanden.
-
Das Tiefziehteil wird in einer ersten Form tiefgezogen, z. B. durch Thermo-Umformung, insbesondere in einem Thermo-Blas-Verfahren. Das so gebildete und ausgehärtete, erkaltete Tiefziehteil wird nachfolgend in ein gesondertes Werkzeug eingelegt und wird dort mit LFI hinterschäumt. Nachdem das LFI ausgehärtet ist und mit dem Tiefziehteil eine feste Verbindung eingegangen ist, kann das so gefertigte Strukturbauteil aus der Werkzeugform entnommen werden. Anschließend findet eine Nachbearbeitung des Strukturbauteils, insbesondere ein Fräsen von randseitigen Werkstoffbereichen, statt.
-
Die bezogen auf die erreichte Wölbung des Tiefziehteils außen liegende Seite der PMMA-Kunststofffolie bildet bei dem fertigen Strukturbauteil die hochwertige Oberfläche.
-
Angemerkt sei, dass als Kunststofffolien zur Fertigung des Tiefziehteils auch aus unterschiedlichen Schichten bestehende Kunststofffolien in Betracht kommen.
-
Beim Fräsen des LFI-Materials entstehen zahlreiche Staubpartikel, die zu einer Verunreinigung der Oberfläche führen können. Vor der Montage des fertig gestellten Strukturbauteils ist insoweit ein weiterer Reinigungsschritt erforderlich.
-
Ausgehend von dem beschriebenen Verfahren des Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, welches eine alternative Herstellung eines Strukturbauteils für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche ermöglicht.
-
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1.
-
Gemäß der Erfindung wird zunächst ein flächiges Bauelement aus einer ausgehärteten Schaummasse bereitgestellt.
-
Als flächiges Bauelement werden all diejenigen Bauelemente bezeichnet, die eine flächige Erstreckung aufweisen, d. h. eine Längen- und Breitenerstreckung, die um Größenordnungen über der Wandstärke des Bauelements liegt. Es kann sich dabei um ein flaches, d. h. im Wesentlichen entlang einer Ebene ausgerichtetes Bauelement handeln, oder um ein eine Raumform einnehmendes, d. h. zum Beispiel ein gewölbtes, oder mit Strukturen versehenes, Bauelement handeln. Das flächige Bauelement besteht aus einer ausgehärteten Schaummasse. Hierfür kommen drei gänzlich unterschiedliche Materialien in Betracht:
Eine erste Alternative eines Bauelementes besteht aus einer ausgehärteten, glasfaserverstärkten Polyurethan-Schaummasse, die im Rahmen dieser Patentanmeldung der Einfachheit halber als LFI oder LFI-Schaummasse bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um ein Zweikomponenten-Polyurethan-System, d. h. um ein aus einer Polyol-Komponente und einer Isocyanat-Komponente zusammen gemischtes reaktives Gemisch, dem zusätzlich noch Glasfaserbestandteile (oder Faserbestandteile aus anderen Materialien) beigemischt sind.
-
An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung als Zweikomponenten-Systeme immer solche Systeme verstanden werden, die wenigstens zwei Komponenten aufweisen. Darunter fallen also auch solche Mehr-Komponenten-Systeme, die mehr als zwei Komponenten aufweisen.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung besteht das Bauelement aus einer ausgehärteten Polyurethan-Schaummasse, die der Einfachheit halber als RIM (reaction injection molding) bezeichnet wird. Diese Schaummasse verfügt über keine oder jedenfalls über keine ausgesprochen langen Fasern. Während beim LFI-Verfahren ein Eintrag der noch flüssigen Polyurethan-Schaummasse in die geöffnete Werkzeugform erfolgt, und erst danach die Werkzeugform geschlossen wird, um insbesondere während des Aushärtens der Polyurethan-Schaummasse geschlossen zu bleiben, kann bei der Herstellung von RIM-basierten Bauelementen eine Injektion der Polyurethan-Schaummasse in die bereits geschlossene Form erfolgen.
-
Gemäß einer dritten Alternative besteht das Bauelement aus einer ausgehärteten Kunststoff-Spritzgieß-Schaummasse, die der Einfachheit halber im Folgenden als Ripor bezeichnet wird.
-
Als Ripor wird im Folgenden jede Schaummasse, oder jedes daraus gefertigte Bauelement bezeichnet, bei dem eine Kunststoff-Spritzguss-Masse durch Verwendung physikalischer und/oder chemischer Treibmittel aufschäumt. Diese Treibmittel können entweder in die flüssige Schmelze eingebracht oder auf dieser aufgebracht werden, oder bereits im Kunststoffgranulat – also vor Erhitzung des Granulats zur Bildung der Schmelze – enthalten sein.
-
Der guten Ordnung halber sei an dieser Stelle auch noch darauf hingewiesen, dass als RIM-Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sämtliche Materialien bezeichnet werden, die Polyurethan-basierte „reaction injection molding” Materialien umfassen. Hierzu gehören neben herkömmlichen RIM-Materialien auch sogenannte R-RIM-Materialien, wobei das R für re-inforced steht. Bei R-RIM Materialien können zusätzliche Feststoffe, insbesondere Glasfasern, zur Erhöhung der Steifigkeit vorgesehen sein. Außerdem werden als RIM-Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung auch sogenannte S-RIM-Materialien bezeichnet, bei denen Elemente zum Zwecke der Versteifung, wie beispielsweise Glasfasermatten oder Kohlenstofffasermatten, als Einlege- oder Einschaumteile, vor dem Fertigen und Ausschäumen des Bauelementes, in die Bauelement-Form mit eingelegt werden, zu dem Zweck, die Steifigkeit des Bauelementes zu erhöhen.
-
Schließlich wird angemerkt, dass das Bauelement zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch aus Materialien bestehen kann, die ein oder mehrere der zuvor beschriebenen Materialien aufweisen, oder z. B. auch aus mehreren Schichten aus einem oder mehreren der vorgenannten Materialien bestehen, wobei wenigstens eine Schicht aus wenigstens einem der oben beschriebenen Materialien besteht.
-
Gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 wird ein flächiges Bauelement aus einer ausgehärteten Schaummasse bereitgestellt, und dieses sodann gemäß Schritt b) in einer Form angeordnet. Die Form besteht aus Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil. Bei geschlossener Form ist das Bauelement am Werkzeugoberteil gehalten, und zwar derart, dass es von dem Werkzeugunterteil zumindest teilweise beabstandet ist. Während das flächige Bauelement mit seiner Oberseite an der Unterseite des Werkzeugoberteils anliegt, oder zumindest abschnittsweise anliegt, ist insbesondere die Unterseite des Bauelementes von der Oberseite des Werkzeugunterteils beabstandet. Auch Seitenabschnitte des Bauelementes können von seitlichen Innenwandungsabschnitten des Werkzeugunterteils vorteilhafter Weise beabstandet sein.
-
Die Bezeichnungen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil beziehen sich auf die Anordnung und Orientierung der Form während der Herstellung des Strukturbauteils. Die beiden Werkzeugteile werden während der Fertigung relativ zueinander so angeordnet, dass das Werkzeugunterteil unterhalb des Werkzeugoberteils angeordnet ist.
-
Gemäß Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 wird sodann eine alliphatische, insbesondere aufschäumbare, Polyurethan-Vergussmasse in den Zwischenraum zwischen Bauelement und Werkzeugunterteil eingebracht. Als alliphatische Polyurethan-Vergussmasse werden all diejenigen Zweikomponenten-Polyurethan-Systeme, also Polyurethan-Vergussmassen, verstanden, die aus wenigstens einer Polyol-Komponente und wenigstens einer Isocyanat-Komponente bestehen, und die UV-beständig sind. Alliphatische Polyurethan-Vergussmassen sind also gerade keine aromatischen Polyurethan-Massen, deren UV-Beständigkeit nicht gewährleistet werden kann.
-
Vorzugsweise kommt als geeignete flüssige alliphatische Polyurethan-Vergussmasse im Sinne des Anspruches 1 ein von der Firma Rühl Puromer GmbH mit Sitz in Friedrichsdorf unter der Bezeichnung Clearcoat erhältliches Material in Betracht.
-
Alternativ zu einer aufschäumbaren Polyurethan-Masse kann im Rahmen der Erfindung auch eine kompakte, das heißt nicht oder im wesentlichen nicht aufschäumbare Polyurethan-Vergussmasse verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vergussmasse unter hohem Druck in die Form eingebracht wird.
-
Nach dem Einbringen der flüssigen Polyurethan-Vergussmasse in die Form lässt man diese gemäß Schritt d) des Anspruches 1 bei geschlossener Form aushärten.
-
Der Prozess des Einbringens der Vergussmasse in die Form kann auch als Fluten oder als Flutung des flächigen Bauelementes bezeichnet werden, da dessen dem Werkzeugunterteil zugewandten Seiten vollständig mit Vergussmasse überflutet oder benetzt werden.
-
Nach dem Aushärten lassen der Vergussmasse wird gemäß Schritt e) die Form geöffnet und das so gebildete Strukturbauteil aus der Form entnommen.
-
Das fertige, flächige Strukturbauteil besteht insoweit aus der zuvor ausgehärteten Schaummasse des Bauelementes und einer dünnen Schicht aus einer ebenfalls ausgehärteten Polyurethan-Vergussmasse. Die beiden ausgehärteten Massen sind miteinander fest verbunden. Die ausgehärtete Vergussmasse wird im folgenden der Einfachheit halber ganz allgemein als Dünnschicht bezeichnet.
-
Die der Oberseite des Werkzeugunterteils zugewandte Seite der ausgehärteten Polyurethan-Vergussmasse, also die Unterseite der Dünnschicht, bildet bei dem fertigen Strukturbauteil die hochwertige Oberfläche, und zugleich die Außenseite des Strukturbauteils, die insbesondere UV-beständig ist.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf den Einsatz gesonderter, tiefziehbarer Kunststofffolien vollständig verzichtet werden. Der Tiefziehprozess kann insgesamt vollständig entfallen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den wesentlichen Vorteil, dass die Ausschussraten erheblich reduziert werden können. Während beim Verfahren des Standes der Technik in Folge von Verschmutzungen beim Extrusionsprozess, sowie von Verschmutzungen beim Tiefziehen und Verschmutzungen beim Schäumen Ausschussraten in einer gewissen Größenordnung praktisch nicht zu vermeiden waren, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das flächige Bauelement 12 zunächst in dem erforderlichen Maße bearbeitet werden, sodann gereinigt werden, und die Endfertigung des Strukturbauteils unter wesentlich saubereren Bedingungen mit einer höheren Präzision erfolgen.
-
Beim Stand der Technik war darüber hinaus durch die vorgegebene Farbe der Kunststofffolie und des daraus gebildeten Tiefziehteils in der Regel nur eine Farbeinstellung möglich. Kleinserien wurden daher immer in einer einzigen Farbe gefertigt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Farbe der Vergussmasse auch bei Kleinststückzahlen (im Extremfall im Einstückfall) beliebig variiert werden.
-
Beim Stand der Technik war nicht zu verhindern, dass in dem Bereich zwischen Tiefziehfolie und LFI-Schaummasse Lufteinschlüsse auftraten. Auch dies kann erfindungsgemäß vermieden werden, da das bereits fertig hergestellte flächige Bauelement insgesamt geflutet wird, und die flüssige Vergussmasse beim Aufschäumen in etwaige, auf der Außenseite des flächigen Bauteils vorhandene Hohlräume eindringen kann.
-
Schließlich war auch beim Stand der Technik nicht zu verhindern, dass sich Materialanhäufungen auf der Innenseite des Tiefziehteils, beispielsweise im Zuge der Anordnung von Domen oder Stegen, auf der Außenseite des Tiefziehteils, die die hochwertige Oberfläche bereitstellt, abzeichneten. Auch dies kann erfindungsgemäß vermieden werden, da die Vergussmasse erfindungsgemäß erst in einem letzten Verfahrensschritt aufgebracht wird.
-
Wesentlich für die Erfindung ist des Weiteren, dass ein nacktes, flächiges Bauelement aus ausgehärteter Schaummasse, also bei Verwendung von LFI ein nacktes LFI-Bauteil, verwendet werden kann. Es wird erfindungsgemäß nicht mehr wie beim Stand der Technik ein Tiefziehteil von der LFI-Schaummasse hinterschäumt, sondern es wird ein nacktes LFI-Bauteil umschäumt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiter die Möglichkeit, die Vergussmasse, bei einer entsprechenden Konturierung der Form, nur auf bestimmte Abschnitte des flächigen Bauelementes aufzubringen. Im fertigen Einbauzustand nicht sichtbare Abschnittes des Strukturbauteils oder im fertigen Einbauzustand nicht sichtbare Abschnitte des flächigen Bauelementes müssen bei bestimmten Anwendungen nicht unbedingt mit Vergussmasse benetzt oder von dieser überflutet werden.
-
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher nur einige Abschnitte der Seite des flächigen Bauelementes, die der Oberseite des Werkzeugunterteils der Form zugewandt sind, von der Vergussmasse überdeckt.
-
Bei den übrigen Varianten der Erfindung wird die gesamte Seite des flächigen Bauelementes, die der Oberseite des Werkzeugunterteils zugewandt ist, von Vergussmasse überdeckt.
-
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, durch Narbung des Werkzeuges, also durch Anordnung von Konturen, unterschiedliche Oberflächenstrukturen in der Dünnschicht vorzusehen.
-
Letztendlich wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Erzielung eines Strukturbauteils mit hoher Bauteilgenauigkeit möglich.
-
Bei einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein aus RIM-Material bestehendes flächiges Bauelement mit einer lackierfähigen Polyurethan-Vergussmasse geflutet wird. In diesem Falle kann vorgesehen sein, dass die Vergussmasse nachfolgend – zumindest teilweise – noch lackiert wird, wobei die ausgehärtete Vergussmasse für den Lackiervorgang den Vorteil bietet, dass sie nicht mehr vorbehandelt werden muss.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das flächige Bauelement Fräsflächen oder Fräskanten auf. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass die Herstellung des flächigen Bauelementes, insbesondere bei groß-dimensionierten flächigen Bauelementen, nach dem Schritt der Entnahme des Bauelementes aus der Bauelement-Form, noch eine Nachbearbeitung des Bauelementes verlangt. Im Rahmen der Nachbearbeitung müssen in der Regel Materialüberstände abgefräst werden. Durch das Fräsen bilden sich Fräskanten.
-
Das in die Form einzulegende, ausgehärtete Bauelement ist vorteilhafterweise vor dem Einlegen in die Form dem Bearbeitungsschritt der Abtrennung der Materialüberstände unterzogen worden. Das flächige Bauelement weist daher Fräskanten auf. Diese können von der ausgehärteten Vergussmasse mit abgedeckt werden. Dies bietet erhebliche Vorteile bei der Gestaltung des Strukturbauteils, da auf diese Weise eine hochwertige Oberfläche auch im Bereich der Fräskanten erzielt werden kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das flächige Bauelement vor Schritt b) einen Reinigungsprozess. Insbesondere bei dem Abfräsen und Abtrennen von Materialüberständen von dem flächigen Bauelement können Staubpartikel an dem Bauelement auftreten. Dies gilt in einem höheren Maße, wenn das flächige Bauelement Glasfasern enthält. Das flächige Bauelement kann – bevor es in die aus Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil gebildete Form eingelegt wird – vorteilhafterweise einem Reinigungsprozess unterzogen worden sein, wobei beispielsweise mit Druckluft die Staubpartikel entfernt werden.
-
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das flächige Bauelement vor Schritt b) einen Aktivierungsprozess. Hierbei kann beispielsweise durch ein Beflammungsverfahren, oder Ionisierungsverfahren, oder ein anderes chemisches oder physikalisches Bearbeitungsverfahren der Oberfläche des flächigen Bauelementes eine Aktivierung oder Bearbeitung der Oberfläche des flächigen Bauelementes der Art erfolgen, dass infolge der Bearbeitung eine Verbesserung der Haftung der Poyurethan-Vergussmasse an dem flächigen Bauelement erreicht wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Bauelement aus einer ausgehärteten, faserverstärkten, insbesondere glasfaserverstärkten, Polyurethan-Schaummasse (LFI).
-
Wie oben dargelegt, soll LFI in der vorliegenden Patentanmeldung als Gattungsbegriff für alle faserverstärkten zweikomponenten-Polyurethan-Schaummassen verwendet werden.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Bauelement aus einer ausgehärteten Polyurethan-Schaummasse (RIM). Wie oben bereits dargelegt, soll im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung unter RIM die Vielzahl all jener Materialien verstanden werden, bei denen ein Zweikomponenten-Polyurethan-System, sei es faserverstärkt, oder ohne Zusetzung von Glasfasern, bei geschlossener Bauelement-Form in diese injiziert wird.
-
Schließlich kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Bauelement aus einer ausgehärteten Kunststoff-Spritzguss-Schaummasse (Ripor) bestehen. Unter der Bezeichnung Ripor soll im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung die Gesamtheit all jener Materialien verstanden werden, die dadurch gebildet sind, dass eine Kunststoffschmelze in einer Werkzeugform (Bauelemente-Form) ausgehärtet ist, wobei es sich hierbei um Thermoplaste oder Duroplaste handelt, und wobei die Kunststoffschmelze unter Verwendung von chemischen oder physikalischen Treibmitteln, die entweder bereits im Granulat vorhanden sind, oder erst der flüssigen Schmelze zugesetzt werden, aufschäumt und als Schaummasse aushärtet.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor Schritt a) des Verfahrens nach Anspruch 1 das Bauelement in einer Bauelement-Form, die wiederum ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil umfasst, derart hergestellt, dass die flüssige Schaummasse in die geschlossene Form oder in die offene Form eingebracht wird. Die Schaummasse härtet dann bei geschlossener Form aus.
-
Bei den RIM- und bei den Ripor-Materialien erfolgt das Einbringen der Schaummasse in die geschlossene Form. Eine Einbringung der Schaummasse (nämlich des LFI) bei offener Form erfolgt beim LFI-Verfahren.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Form und die Bauelemente-Form das gleiche Werkzeugoberteil oder dasselbe Werkzeugoberteil auf. Bei diesem vorteilhaften Verfahren kann eine Bauelemente-Form vorgesehen werden, die ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil aufweist. In der Bauelemente-Form wird das flächige Bauelement gefertigt. Nach dem Aushärtenlassen des Bauelementes kann die Bauelemente-Form geöffnet werden. Nun besteht entweder die Möglichkeit, das Bauelement zu entnehmen, dieses gegebenenfalls zu bearbeiten, und in einem Bauelement-Zwischenlager oder Puffer eine Zeit lang aufzubewahren, und erst zu einem späteren Zeitpunkt wiederum an dem gleichen Werkzeugoberteil zu befestigen. Alternativ besteht die Möglichkeit, das gebildete Bauelement nach der Fertigung an dem Werkzeugoberteil zu belassen.
-
Unabhängig von den beiden geschilderten Verfahrenswegen besteht weiter im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, das Werkzeugunterteil auszuwechseln. Das Werkzeugunterteil der Bauelement-Form wird durch ein Werkzeugunterteil der Form für das Strukturbauteil ersetzt. Das Werkzeugunterteil zur Bereitstellung der Strukturbauteil-Form, die im Rahmen der Erfindung ganz allgemein als Form bezeichnet wird, ist mit einer größeren Kavität versehen als das Werkzeugunterteil der Bauelemente-Form. Es kann sich dabei vorteilhaft auch um ein wechselbares Werkzeugunterteil handeln. Bei bestimmten Herstellungsverfahren bietet dies den Vorteil, dass das Bauelement nicht verlagert werden muss, sondern eine Herstellung des Strukturbauteils in einem Zug mit der Herstellung des flächigen Bauelementes möglich ist.
-
Denkbar ist auch, und von der Erfindung ist auch umfasst, wenn das Werkzeugunterteil der Bauelemente-Form durch eine bauliche Veränderung oder eine sonstige Beeinflussung in ein Werkzeugunterteil der Form überführbar ist, beispielsweise durch eine Vergrößerung der Kavität.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als flüssige alliphatische Polyurethan-Vergussmasse ein zwei Komponenten umfassendes Polyurethan-System eingesetzt, welches insbesondere keine Treibmittel enthält und/oder welches insbesondere unter wasserfreien Bedingungen zur Reaktion gebracht werden kann. Als mögliches Material für diese Vergussmasse ist beispielsweise das Material Clearcoat bekannt, das von der Firma Rühl bezogen werden kann. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht einen Rückgriff auf kommerziell erhältliche Vergussmassen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Bauelement eine von einer Ebene abweichende Topographie auf. Das Werkzeugunterteil kann eine an die Topographie des Bauelementes angepasste Topographie aufweisen.
-
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Wandstärke der Dünnschicht entlang der gesamten Oberfläche konstant sein kann, oder entlang unterschiedlicher Oberflächenabschnitte des Strukturbauteils auch unterschiedliche Wandstärken aufweisen kann. Die Wandstärke der Dünnschicht kann unter Berücksichtigung der gewünschten Design- und mechanischen Eigenschaften der Oberfläche zu Optimierungszwecken an unterschiedlichen Abschnitten unterschiedliche groß gewählt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Bauelement eine Wandstärke zwischen 2 und 50 mm auf. Vorteilhaft weist das Bauelement eine Wandstärke zwischen 4 und 15 mm, unter weiter vorteilhaft eine Wandstärke zwischen 5 und 12 mm auf.
-
Das Bauelement kann eine flächige Erstreckung aufweisen von bis zu 3 m Länge × 3 m Breite, und weist vorteilhafterweise eine Erstreckung auf von mehr als 0,2 m Länge × 0,2 m Breite.
-
Die Dünnschicht weist vorteilhafterweise eine Wandstärke zwischen 0,1 und 3 mm auf. Dementsprechend ist vorteilhafterweise auch der Zwischenraum, also der bei geschlossener Form zwischen der Innenwand des Werkzeugunterteils und den Außenflächen des flächigen Bauelementes verbleibende Raum, mit einer Wandstärke zwischen 0,1 und 3 mm ausgestattet.
-
Vorteilhafterweise weist die Dünnschicht eine Wandstärke zwischen 0,2 und 1,2 mm auf.
-
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Strukturbauteil für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche, welches durch eines der vorbeschriebenen Verfahren hergestellt worden ist.
-
Die Erfindung bezieht sich schließlich noch auf ein flächiges Strukturbauteil für Außenanwendungen mit einer hochwertigen Oberfläche nach Anspruch 15.
-
Als Stand der Technik sind Strukturbauteile zu erwähnen, die von der Anmelderin seit geraumer Zeit entwickelt und vertrieben werden. Die bekannten Strukturbauteile weisen sämtlich einen Schichtaufbau auf, der ein aus einer Kunststoff-Folie gebildetes Tiefziehteil umfasst, welches mit einer LFI-Schaummasse hinterschäumt ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Strukturbauteil derartig weiterzubilden, dass eine vereinfachte Herstellung möglich ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 15.
-
Eine wesentliche Neuerung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, dass eine endfertige oder eine lackierfähige hochwertige Oberfläche aus Polyurethan bereitgestellt wird.
-
Diese kann im Sinne einer vorteilhaften Ausgestaltung insbesondere selbstheilend ausgebildet sein, insbesondere für den Fall, dass das oben beschriebene Clearcoat-Produkt oder ein vergleichbares Produkt eingesetzt wird. Als selbstheilende Oberfläche wird jedes Material bezeichnet, welches in Folge von Wärmeeinwirkung seine Konsistenz ändert, so dass Kratzer verschwinden.
-
Produkte, die zur Erzielung einer solchen selbstheilenden Oberfläche verwendet werden können, sind beispielsweise bei der Firma Rühl in Friedrichsdorf, bei der Firma Votteller Lackfabrik GmbH & Co. KG in Korntal-Münchingen und bei der Firma Panadur in Halberstadt kommerziell erhältlich.
-
Bezüglich der Vorteile dieser Erfindung und bezüglich des Verständnisses der einzelnen Merkmale kann im Übrigen auf die vorigen, zu dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommenen Ausführungen verwiesen werden.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Darin zeigen:
-
1 eine aus Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil gebildete Bauelemente-Form in geöffnetem Zustand in schematischer, teilgeschnittener Ansicht mit einem angedeuteten Mischkopf für die Einbringung von LFI,
-
2 die Bauelemente-Form der 1 in geschlossenem Zustand mit einem ausgehärteten, flächigen Bauelement aus LFI,
-
3 das ausgehärtete Bauelement der 2 schematisch in Alleindarstellung in aus der Form entnommenem Zustand mit einem abzufräsenden Überstand, sowie in gestrichelten Linien angedeutet, eine Druckluftdüse zum Zwecke der Reinigung,
-
4 eine teilgeschnittene schematische Schnittdarstellung des flächigen Bauelementes der 3 etwa entlang des Teilausschnittes IV in 3 anhand eines Beispiels eines LFI-Bauelementes,
-
5 in einer Darstellung gemäß 4, eine schematische Schnittdarstellung eines alternativen, aus RIM gebildeten Bauelementes,
-
6 in einer Darstellung gemäß 4 schematisch das Innenleben eines weiter alternativen Bauelementes, gebildet durch eine Ripor-Schaummasse,
-
7 in schematischer Darstellung eine Form zur Fertigung des Strukturbauteils mit Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil in geöffnetem Zustand und mit eingesetztem flächigen Bauelement, das an dem Werkzeugoberteil befestigt ist,
-
8 die Form der 7 in geschlossenem Zustand mit soeben eingebrachter, noch flüssiger Vergussmasse,
-
9 in schematischer Darstellung das nach dem Aushärten der Vergussmasse gebildete Strukturbauteil in Alleinstellung nach Entnahme aus der Form der 8, und
-
10 in einer schematischen Ansicht etwa gemäß Ansichtsteil X in 9 die Außenseite eines so gebildeten Strukturbauteils.
-
Der Übersichtlichkeit halber werden in der nachfolgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele gleiche oder miteinander vergleichbare Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben, bezeichnet, auch soweit unterschiedliche Ausführungsbeispiele betroffen sind.
-
Das in seiner Gesamtheit in den Zeichnungen mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Strukturbauteil ist in 10 in Alleinstellung dargestellt. Hier ist in einer schematischen perspektivischen Ansicht das Strukturbauteil 10 anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, welches eine Kühlerblende eines Nutzungsfahrzeugs, insbesondere eines LKWs, bereitstellt.
-
Zu sehen ist die Oberfläche 11, die in diesem Falle hochglänzend (was nicht dargestellt ist) ausgebildet ist. Das Bauteil kann diverse Strukturen oder Konturen 38 aufweisen, wie beispielsweise Vorsprünge, Krümmungen oder Schriftzüge.
-
Das Strukturbauteil 10 der 10 weist eine maximale Länge ML auf, die im Falle einer Kühlerblende eines Nutzfahrzeuges bis zu 2 m betragen kann. Die maximale Breite MB des Strukturbauteils 10 beträgt bei dem Ausführungsbeispiel der 10 etwa 50 cm. Die Angaben der maximalen Breite und der maximalen Länge sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Die flächenhaften Dimensionen des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in Länge und Breite können bis zu 3 m × 3 m betragen. Sie betragen allerdings vorzugsweise mehr als 20 cm in Länge und Breite.
-
Zum besseren Verständnis wird darauf hingewiesen, dass das Strukturbauteil der 10 in einer sehr schematischen teilgeschnittenen Ansicht in 9 dargestellt ist. Die schematische teilgeschnittene Ansicht der 9 ergeht etwa entlang der Schnittlinie IX-IX in 10, lässt aber jegliche Strukturen 38 und Krümmung auf der Oberfläche 11 des Strukturbauteils 10 unberücksichtigt und stellt den Querschnitt des Strukturbauteils 10 stark vereinfacht als Rechteck dar.
-
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil 10 besteht aus einem flächigen Bauelement 12 und einer Dünnschicht 19. Die Herstellung des Strukturbauteils 10 wird nachfolgend erörtert.
-
Ausweislich 1 soll zunächst eine Bauelement-Form 25 erläutert werden, die aus einem Werkzeugoberteil 26 und einem Werkzeugunterteil 27 besteht.
-
Bei geöffneter Form, wie in 1 dargestellt, wird zur Herstellung des flächigen Bauelementes 12 zunächst eine flüssige, aushärtbare Schaummasse in den Innenraum 36 der Form 25 eingebracht. Zum Zwecke des Aushärtens der Schaummasse wird die Form geschlossen. Die geschlossene Form 25 ist in 2 dargestellt. Bei geschlossener Form ist die Unterseite 43 des Werkzeugoberteils 26 an die Oberseite 44 des Werkzeugunterteils 27 angesetzt.
-
Bei geöffneter Form gemäß 1 wird gemäß einer ersten Alternative eine aushärtbare Schaummasse in den Innenraum 36 eingebracht, die als LFI(long fiber injection)-Masse bezeichnet wird. Hierzu ist ein Mischkopf 33 vorgesehen, dem über eine erste Zuleitung 30 eine Polyol-Komponente, über eine zweite gesonderte Zuleitung 31 eine Isocyanat-Komponente, und schließlich über eine dritte gesonderte Zuleitung 32 Glasfaserschnitzel (die sogenannten Langfasern) zugeführt werden. Die Darstellung der 1 ist lediglich schematisch zu verstehen.
-
Entscheidend ist, dass erst im Bereich des Mischkopfes 33 die wenigstens zwei Komponenten des Polyurethangemisches miteinander in Reaktion gebracht werden. Durch den Mischkopf 33 hindurch wird die aushärtbare Schaummasse entlang der Pfeile 34 in Ausbringungsrichtung ausgebracht. Der Mischkopf 33 ist relativ zu der Form 25 gesteuert verfahrbar, was durch den Doppelpfeil 35 angedeutet ist. Der Mischkopf kann in Folge seiner Verlagerung die aushärtbare Schaummasse entlang der Form gleichmäßig oder wunschgemäß verteilen.
-
Sobald eine ausreichende Menge an aushärtbarer Schaummasse in die Werkzeugform 25 eingebracht ist, wird der Mischkopf 33 aus dem Innenraum 36 der Form 25 heraus gefahren, und die Form 25 geschlossen. Nun wird die Schaummasse bei geschlossener Form gemäß 2 zum Aushärten gebracht. Sobald der Aushärtvorgang abgeschlossen ist, wird die Form 25 geöffnet und das auf diese Weise gebildete flächige Bauelement 12 kann entnommen werden.
-
Das Bauelement 12 ist flächig ausgebildet, das heißt, es weist eine Erstreckung in Längenrichtung und in Breitenrichtung auf, die deutlich größer ist, die insbesondere um Größenordnungen größer ist, als seine Wanddicke 28.
-
3 zeigt das so gebildete Bauelement 12 nach Entnahme aus der Form in Alleindarstellung in einer sehr schematischen Darstellung. 3 verdeutlicht, dass insbesondere in den Randbereichen des Bauelementes, material- und herstellungsbedingt, Überstände oder Werkstoffbereiche 37 befindlich sein können, die entlang einer angedeuteten Trennlinie T abzutrennen sind, oder abzufräsen sind. Bei diesen abzutrennenden Überständen oder Werkstoffbereichen 37 kann es sich z. B. um grundsätzlich nicht vermeidendbare Materialausfransungen oder Materiallappen handeln, die herstellungsbedingt auftreten, aber z. B. auch mit Bedacht vorgesehene Material-Überstände, die ein optimiertes Fließen und Ausschäumen, bzw. Aushärten der Schaummasse zulassen. Entscheidend ist, dass diese Überstände regelmäßig abzutrennen sind, wobei dies in der Regel durch einen Fräsprozess erfolgt, der zur Bildung zahlreicher Staubpartikel führt.
-
In Folge des Abfräsvorgangs entsteht eine in 3 lediglich beispielhaft angedeutete Fräskante 20. Dem Fachmann ist deutlich, dass die Zahl und die Position der abzufräsenden Überstände 37 und der Fräskanten unterschiedlich sein kann.
-
Insbesondere bei Verwendung von LFI als aushärtbare Schaummasse kann z. B. auch eine in Umlaufrichtung vollständige Fräsbearbeitung des Bauelementes 12 erforderlich oder gewünscht sein.
-
3 deutet die gestrichelte Trennlinie T an, entlang der der Überstand 37 abgefräst wird. Auch die Art und Position der Trennlinie ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
-
3 deutet des Weiteren eine Druckluftdüse 21 an. Diese soll verdeutlichen, dass nach der Herstellung des flächigen Bauelementes 12 und einer Fräsbearbeitung oder Trennbearbeitung in der Regel ein Reinigungsschritt erforderlich sein wird. Beispielsweise kann der Reinigungsschritt das Absprühen des Bauelementes mit Druckluft durch die Druckluftdüse 21 umfassen, um jegliche Staubpartikel oder weitgehend sämtliche Staubpartikel von dem Bauelement 12 zu entfernen.
-
Alternativ zur Verwendung einer Druckluftdüse 21 können auch staubsaugerartige Vorrichtungen eingesetzt werden, die Verunreinigungen von dem hergestellten flächigen Bauelement 12 absaugen können.
-
Weiter alternativ kann das flächige Bauelement 12 vor der weiteren Verwendung und dem Einbringen in die Form 14, wie später beschrieben, zuvor auch auf andere Weise mechanisch oder chemisch gereinigt werden. Hierzu ist zum Beispiel ein sogenanntes Power-Wash-Verfahren zu erwähnen, welches eine Verwendung von Reinigungsflüssigkeiten, zum Beispiel Wasser, oder anderen Chemikalien, und gegebenenfalls auch noch Trocknungsprozesse, vorsieht.
-
Schließlich kann die Oberfläche des flächigen Bauelementes 12 auch noch auf eine andere Weise bearbeitet, zum Beispiel auch aktiviert, werden. Hierzu kommen beispielsweise Verfahren in Betracht, bei denen infolge einer chemischen oder physikalischen Behandlung der Oberflächen, zum Beispiel durch Ionisierung, eine Aktivierung der Oberfläche erzielt wird, wodurch bessere Haftungseigenschaften der Vergussmasse an der Oberfläche des flächigen Bauelementes 12 erreicht werden.
-
Das so gebildete, bearbeitete und/oder gereinigte Bauelement 12 wird sodann in eine Form 14 eingebracht, die in 7 dargestellt ist. Die Form 14, die vorliegend auch als Strukturbauteil-Form 14 bezeichnet wird, weist wiederum ein Werkzeugoberteil 15 und ein Werkzeugunterteil 16 auf.
-
Ausweislich 7 wird das flächige Bauelement 12 an dem Werkzeugoberteil 15 der Form 14 festgelegt.
-
Eine Festlegung des flächigen Bauelementes 12 an dem Werkzeugoberteil 15 kann zum Beispiel unter Zuhilfenahme einer Vakuum-Halterungseinrichtung oder unter Zuhilfenahme mechanischer Einrichtungen oder Formschluss-Mitteln erreicht werden.
-
Die Form 14 kann von einem geöffneten Zustand gemäß 7 in einen geschlossenen Zustand gemäß 8 überführt werden. Bei geschlossenem Zustand liegt die Unterseite 43a des Werkzeugoberteils 15, gleichermaßen wie bei der Bauelement-Form 25 gemäß 2, an der Oberseite 44a des Werkzeugunterteils 16 an.
-
Bei geschlossener Form 14 gemäß 8 befindet sich zwischen der Unterseite 45 des Bauelementes 12 und der Oberseite 46 des Werkzeugunterteils 16 ein Zwischenraum 17. In diesen Zwischenraum 17 hinein wird eine aushärtbare Polyurethan-Vergussmasse 18 eingebracht. 8 zeigt beispielhaft, schematisch angedeutet, die eingebrachte, flüssige, noch nicht ausgehärtete Vergussmasse 18.
-
Die Einbringung der Vergussmasse 18 kann entweder bei geöffneter Form 14, wie in 7 durch den Pfeil P angedeutet, erfolgen, oder ggf. auch bei geschlossener Form gemäß 8 durch einen nicht dargestellten Einbringungskanal.
-
Entscheidend ist, dass ein Aushärten der Vergussmasse 18 bei geschlossener Form erfolgt.
-
Im Zuge des Aushärtens nimmt – jedenfalls bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung – das Volumen der aushärtbaren Vergussmasse 18 zu, insbesondere in Folge eines Aufschäumvorganges, derart, dass der gesamte Zwischenraum 17 von der ausgehärteten Vergussmasse ausgefüllt wird. Nach dem Aushärten ist die durch die Vergussmasse 18 gebildete Dünnschicht 19 dauerhaft und fest mit dem Bauelement 12 verbunden. 9 zeigt das so gebildete fertige Strukturbauteil 10 in Alleinstellung nach Öffnung der Form 14 und Entnahme des Strukturbauteils 10 aus der Form 14.
-
Die der Oberseite 46 des Werkzeugunterteils 16 zugewandte Seite des Strukturbauteils 10 bildet die Oberfläche 11 des Strukturbauteils 10 aus. Die Dünnschicht 19 erstreckt sich insoweit entlang der gesamten Unterseite 45 des Bauelementes 12, sowie bei dem Ausführungsbeispiel der 9, auch entlang von Seitenflächen. Insbesondere wird auch die Fräskante 20, die 9 zeigt, von einen Abschnitt der Dünnschicht außenseitig überdeckt.
-
Damit ist gewährleistet, dass eine einheitliche Optik erreicht wird.
-
Während das flächige Bauelement 12 eine Höhe H1 (entsprechend der Wanddicke 28) aufweist, sowie eine Breite B1, ist das fertige Strukturbauteil 10 mit einer demgegenüber größeren Wandstärke H2 ausgestattet. Die Wandstärke H2 entspricht der Summe aus der Wandstärke 28 des Bauelementes 12, zuzüglich der Wandstärke 29 der Dünnschicht 19.
-
Da bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 auch die seitlichen Bereiche des flächigen Bauteils 12 von Abschnitten der Dünnschicht 19 überdeckt werden, ist auch die Breite B2 des Strukturbauteils 10 größer als die Breite B1 des flächigen Bauelementes 12.
-
Von entscheidender Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren ist auch, dass die Kavität der Form 14 größer ist als die Außenabmessungen des dort einzusetzenden oder anzuordnenden flächigen Bauelementes 12. Es ist für die Erfindung wesentlich, dass sich bei eingesetztem Bauelement 12 und geschlossener Form 14 ein Zwischenraum 17 bildet, der von der Vergussmasse 18 nach dem Aushärten, insbesondere in Folge eines Aufschäumvorganges, ausgefüllt wird.
-
Beschrieben wurde zunächst die Fertigung eines flächigen Bauelementes 12 aus LFI unter Bezugnahme auf die 1.
-
Wie zuvor im einleitenden Beschreibungsteil erläutert, kann das flächige Bauelement 12 aber anstelle von LFI-Material auch aus RIM-Material gefertigt sein. Hier erfolgt der Eintrag des glasfaserverstärkten oder keine Verstärkung aufweisenden Polyurethan-Materials in die geschlossene Form hinein, durch einen Einspritzkanal hindurch. Es wird bei dieser Variante eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens also kein innerhalb der Form 14 verfahrbarer Mischkopf 33, wie in 1 dargestellt, benötigt, sondern bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die geschlossene Bauelemente-Form 25 gemäß 2 einen Einlasskanal auf, in den hinein die RIM-Schaummasse injiziert wird.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass auch der Einlasskanal selbst als Mischkopf ausgebildet sein kann. Der Mischkopf kann dabei permanent an der Form 14 befestigt sein, oder relativ zu dieser lösbar angeordnet, oder auch relativ zu der Form 14 verlagerbar ausgebildet sein.
-
Schließlich sei angemerkt, dass ein drittes, alternatives, erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines erfindungemäßen Herstellungsverfahrens auf ein Ripor-Material zurückgreift. Hier erfolgt eine Fertigung des flächigen Bauelementes 12 ähnlich wie beim RIM-Verfahren, mit der Besonderheit, dass die Schaummasse nicht auf Polyurethan-Basis beruht, sondern die Schaummasse eine Kunststoff-Spritzguss-Masse umfasst, die in eine Bauelemente-Form 25 gemäß den 1 oder 2 eingebracht wird, wobei die Kunststoffschmelze in Form von Porenbildung aufschäumt. Hierfür sorgen an sich bekannte physikalische oder chemische Treibmittel.
-
Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform vorteilhaft vorgesehen, dass das Werkzeug zeitversetzt nach dem Einbringen der Schaummasse, etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden nach dem Einbringen der Schaummasse, einen sogenannten Präzisionshub durchführt. Hierbei werden die Werkzeugteile um einen gewissen, präzisen Abstand auseinander bewegt. Diese Bewegung ermöglicht die Erzielung besonders hochwertiger Oberflächen und einer besonders stabilen und glatten Außenfläche. Auch kann dadurch eine besonders gute Haftung der Vergussmasse an dem flächigen Bauelement 12 erreicht werden.
-
4 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines flächigen Bauelementes 12 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, sowie in einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil, welches auf einer LFI-Schaummasse beruht. Angedeutet sind hier neben den Poren oder Bläschen 39 auch Glasfaserbestandteile 40.
-
5 zeigt in einer vergleichbaren Darstellung die Situation der 4 unter Verwendung von RIM-Schaummasse, wobei hier davon ausgegangen wird, dass es sich um eine faserfreie Polyurethan-Masse handelt. Demzufolge sind hier nur Poren oder Bläschen 39 dargestellt, nicht aber Glasfaserbestandteile.
-
6 soll schließlich schematisch veranschaulichen, wie sich das Innenleben des flächigen Bauelementes 12 verhält, wenn als Material eine Ripor-Masse eingesetzt wird. Hier ist die Kunststoffmasse ebenfalls aufgeschäumt, so dass sich Poren oder Bläschen 39 bilden. Allerdings ist hier zu erkennen, dass sich in Folge des Herstellungsprozesses und des Aufschäumens an den Außenseiten Hautbereiche 42a, 42b gebildet haben, wie dies für Ripor-Materialien typisch ist.
-
Als LFI-, RIM-, bzw. Ripor-Materialien werden im Sinne der vorliegenden Erfindung neben den exakt beschriebenen Leichtschaummassen auch all solche Elemente verstanden, die unter Verwendung von LFI-, RIM- und/oder Ripor-Schaummassen noch zusätzliche, der Verstärkung oder der Versteifung dienende in die Schaummasse mit eingebrachte Materialien umfassen.
-
Zur Klarstellung soll noch darauf hingewiesen werden, dass das flächige Bauelement 12 gemäß den 2 bis 9 bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen entweder auf einer LFI-Schaummasse, einer RIM-Schaummasse, oder einer Ripor-Schaummasse beruht.
