DE102013019474A1 - Method for producing locally reinforced car casing with plastic material, involves performing planar spraying of curable plastic material to primer, and curing sprayed plastic material to form limited reinforcing layer locally on zones - Google Patents

Method for producing locally reinforced car casing with plastic material, involves performing planar spraying of curable plastic material to primer, and curing sprayed plastic material to form limited reinforcing layer locally on zones Download PDF

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DE102013019474A1
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Karl-Heinz Füller
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Abstract

The method involves assembling casing components of a car casing (1). A primer is applied to the car casing by providing cathodic dipping coating in a splashing portion (2). To-be-strengthened zones (A,B) are defined at the car casing. The planar spraying of a curable plastic material is performed to the primer in the zones of the car casing. The sprayed plastic material is cured to form a limited reinforcing layer locally on the zones. An independent claim is included for the car casing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lokal zumindest mit einem Kunststoffmaterial verstärkten Fahrzeugkarosserie sowie die lokal verstärkte Fahrzeugkarosserie selbst.The invention relates to a method for producing a locally reinforced at least with a plastic material vehicle body and the locally reinforced vehicle body itself.

Ein lokales Versagen von einzelnen Flächenelementen eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteils eines Kraftfahrzeugs aufgrund von Belastungen durch Knicken, Knittern oder Beulen beispielsweise, kann häufig zu einem vollständigen Verlust der Strukturintegrität des gesamten Bauteils führen.For example, local failure of individual surface elements of a bodywork or chassis component of a motor vehicle due to stresses such as kinking, creasing or buckling can often lead to complete loss of structural integrity of the entire component.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Versagensverhalten der Karosserie- oder Fahrwerksbauteilen durch Wahl der Werkstoffparameter – es können artverwandte Werkstoffe mit höherer Festigkeit, beispielsweise hochfeste Stähle, eingesetzt werden oder Wandstärken erhöht werden – oder durch Hybridbauweise, bei der unterschiedliche Werkstoffsysteme genutzt werden, anzupassen. Bei der Hybridbauweise werden z. B. Bauteilelemente aus Metall mit vorgefertigten Bauteilelementen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) verbunden, beispielsweise verklebt. Alternativ können mit Harz imprägnierte Faserlagen direkt auf ein Blechbauteil aufgepresst werden, so dass das aushärtende Harz für die Haftung der FVK-Komponente an dem Blechbauteil sorgt. Jedes Karosserie- oder Fahrwerksbauteil kann so spezifisch für ein gewünschtes Versagensverhalten hinsichtlich Festigkeit und Duktilität angepasst werden.It is known from the prior art that the failure behavior of the bodywork or chassis components can be selected by selecting the material parameters-similar-related materials with higher strength, for example high-strength steels, or wall thicknesses can be increased-or by hybrid construction, in which different material systems are used. adapt. In the hybrid construction z. B. component elements made of metal with prefabricated component elements made of fiber reinforced plastic (FRP) connected, for example glued. Alternatively, resin impregnated fiber layers may be pressed directly onto a sheet metal component such that the thermosetting resin provides adhesion of the FRP component to the sheet metal component. Each body or chassis component can thus be tailored specifically for a desired failure behavior in terms of strength and ductility.

Die DE 10 2011 113 319 A1 beschreibt ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteils von Kraftfahrzeugen mit verbessertem Crash-Verhalten. Dabei wird ein härtbares Harz, das Kurzfasern enthält, auf den metallischen Grundkörper des Bauteils aufgesprüht, so dass eine form- und kraftschlüssig flächig mit dem Grundkörper verbundene FVK-Verstärkung gebildet wird. Da die Kurzfasern in der FVK-Verstärkung ungerichtet sind, können ferner textile Verstärkungsmaterialien in diese Verstärkung eingebettet werden.The DE 10 2011 113 319 A1 describes a low-cost method for producing a body or chassis component of motor vehicles with improved crash behavior. In this case, a curable resin containing short fibers, sprayed onto the metallic body of the component, so that a positive and non-positive surface-connected with the body FVK reinforcement is formed. Further, since the short fibers in the FRP reinforcement are undirected, textile reinforcing materials can be embedded in this reinforcement.

Durch die lokale Verstärkung verschiedener Kraftfahrzeugbauteile in Hybridbauweise entstehen während der Rohbauphase verschiedene Rohbauvarianten.Due to the local reinforcement of various hybrid vehicle components, different shell variants are created during the shell construction phase.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der Rohbauvarianten im Zuge der lokalen Versteifung von Karosseriebauteilen in Hybridbauweise und damit Prozesskosten zu senken.Based on this prior art, it is an object of the present invention to reduce the number of shell variants in the course of the local stiffening of body parts in hybrid construction and thus process costs.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Die weitere Aufgabe, eine hinsichtlich Festigkeit verbesserte und kostengünstiger herstellbare Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, wird durch die Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.The further object of providing a vehicle body which is improved in terms of strength and less expensive to produce is achieved by the vehicle body having the features of claim 9.

Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the objects are carried out in the respective subclaims.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Fahrzeugkarosserie mit lokalen Verstärkungen, die zumindest ein Kunststoffmaterial umfassen, hergestellt werden, wobei zusätzliche Rohbauvariante vermieden werden, indem festigkeitserhöhende Maßnahmen nicht an den einzelnen Karosseriebauteilen sondern an der fertig montierten Karosserie durchgeführt werden, wodurch Kosten reduziert werden. Dies erlaubt die Bildung von Karosserievarianten zu einem späteren Zeitpunkt im Fertigungsablauf und eröffnet vorteilhaft zudem die Möglichkeit, auf spätere geänderte Belastungsfälle nach Serienanlauf oder Laststufenkonzepte ohne neue Rohbauvariante reagieren zu können. So wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst die Fahrzeugkarosserie aus einer Mehrzahl von Karosseriebauteilen zusammengefügt und auf die Fahrzeugkarosserie die Grundierung mittels bekannter kathodischer Tauchlackierung aufgetragen. Nachdem eine oder üblicherweise mehrere Zonen an der Fahrzeugkarosserie festgelegt werden, die verstärkt werden müssen, wird ein aushärtbares Kunststoffmaterial auf die Grundierung flächig in der oder den Zonen der Fahrzeugkarosserie aufgesprüht, wobei nach dem Aushärten des aufgesprühten Kunststoffmaterials jeweils eine lokal auf die Zone begrenzte Verstärkungslage gebildet wird. Danach kann die nun verstärkte Fahrzeugkarosserie weiterverarbeitet werden, z. B. den weiteren Schritten im Lackierprozess – Auftrag von Füller, Basislack und Klarlack – unterzogen werden. Die Grundierung bietet einen geeigneten Haftgrund für die aufgesprühte Verstärkungslage, unabhängig vom Material der Karosserie, und erübrigt damit das Auftragen zusätzlicher Kleber- bzw. Haftvermittlerschichten. Zudem können aufgrund des Aufbringens der Verstärkung auf die Grundierung Korrosionsprobleme, wie sie z. B. durch Kondenswasser in Spalten oder Wärmeausdehnungsunterschiede entstehen können, nahezu ausgeschlossen werden.With the method according to the invention, a vehicle body with local reinforcements, which comprise at least one plastic material, can be produced, whereby additional bodyshell variants are avoided by performing strength-increasing measures not on the individual body components but on the assembled body, thereby reducing costs. This allows the formation of body styles at a later date in the production process and also opens up the possibility advantageous to be able to react to later changed load cases after series start-up or load stage concepts without new shell variant. Thus, according to the inventive method, first the vehicle body is assembled from a plurality of body components and the primer is applied to the vehicle body by means of known cathodic dip painting. After one or usually several zones are defined on the vehicle body, which must be reinforced, a curable plastic material is sprayed onto the primer surface in the zone or zones of the vehicle body, wherein after curing of the sprayed plastic material each formed a locally limited to the zone reinforcing layer becomes. Thereafter, the now reinforced vehicle body can be further processed, for. B. the further steps in the painting process - order of filler, basecoat and clearcoat - are subjected. The primer provides a suitable primer for the sprayed-on reinforcement layer, regardless of the material of the body, and thus eliminates the application of additional adhesive or bonding agent layers. In addition, due to the application of the reinforcement on the primer corrosion problems, as z. B. by condensation in columns or thermal expansion differences can be almost eliminated.

Je nach Lage und Lastfall der zu verstärkenden Zone kann die einschichtige Verstärkungslage aus einem Kunststoffmaterial bereits für eine ausreichende Verstärkung sorgen; in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann allerdings vorgesehen sein, dass auf eine oder mehrere Verstärkungslage(n) zumindest eine weitere Schicht aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial flächig aufgesprüht wird, was sowohl vor dem Aushärten des auf die Grundierung aufgesprühten Kunststoffmaterials der Verstärkungslage erfolgen kann, so dass sich die Kunststoffmaterialien der beiden Schichten an der Grenze vermischen, als auch danach erfolgen kann, so dass die weitere aufgesprühte Schicht eine diskrete Grenzfläche zu der Verstärkungslage aufweist. Das Kunststoffmaterial der weiteren Schicht(en) kann das gleiche sein, wie das Kunststoffmaterial der Verstärkungslage, es kann aber auch ein Kunststoffmaterial für die weitere(n) Schicht(en) gewählt werden, das sich in Art und/oder Füllstoff- und/oder Fasergehalt von dem Kunststoffmaterial der Verstärkungslage unterscheidet. Nach dem Aushärten der weiteren Schicht(en) liegt in der entsprechenden verstärkten Zone ein Mehrschichtaufbau vor, der aus der Verstärkungslage und der zumindest einen weiteren Schicht besteht.Depending on the position and load of the zone to be reinforced, the single-layer reinforcing layer made of a plastic material can already provide sufficient reinforcement; In an advantageous embodiment of the method according to the invention, however, it can be provided that at least one further layer of a curable plastic material is sprayed onto one or more reinforcing layer (s), which is done both before curing of the plastic material of the reinforcing layer sprayed onto the primer can be done so that the plastic materials of the two layers mix at the border, as well as can be done afterwards, so that the further sprayed layer has a discrete interface to the reinforcing layer. The plastic material of the further layer (s) may be the same as the plastic material of the reinforcing layer, but it may also be a plastic material for the other (s) layer (s), which in kind and / or Füllstoff- and / or Fiber content is different from the plastic material of the reinforcing layer. After the further layer (s) have cured, a multi-layer structure consisting of the reinforcing layer and the at least one further layer is present in the corresponding reinforced zone.

Während in der einfachsten Ausführungsform die Verstärkungslage aus einem unverstärkten Kunststoffmaterial bestehen kann – gegebenenfalls kann die Verstärkungslage aber auch aus FVK sein – können die Lagen eines Mehrschichtaufbaus mehrere Funktionen erfüllen, beispielsweise neben der Festigkeitserhöhung durch einen graduellen Schichtaufbau für eine optimierte Akustikperformance sorgen.While in the simplest embodiment, the reinforcing layer may consist of an unreinforced plastic material - optionally, the reinforcing layer but also be made of FRP - the layers of a multi-layer structure can fulfill several functions, for example, in addition to the increase in strength by a gradual layer structure for optimized acoustic performance.

Ferner kann in zumindest einer der zu verstärkenden Zonen eine oder mehrere Funktionslagen vorgesehen werden, die vor, während oder nach dem Aufsprühen des Kunststoffmaterials, das die lokal begrenzte Verstärkungslage bildet, eingebettet wird/werden. Die Funktionslage kann damit in der Verstärkungslage integriert werden oder darauf aufliegen; sie kann aber auch zwischen der Verstärkungslage und einer weiteren Schicht eingebettet sein.Furthermore, one or more functional layers can be provided in at least one of the zones to be reinforced, which is / are embedded before, during or after the spraying of the plastic material forming the locally limited reinforcing layer. The functional layer can thus be integrated in the reinforcing layer or rest thereon; but it can also be embedded between the reinforcing layer and another layer.

Bei der Funktionslage kann es sich um eine Armierung zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Zone der Fahrzeugkarosserie handeln. Eine solche Armierung kann bevorzugt eine kraftflussgerecht an der Fahrzeugkarosserie in der zu verstärkenden Zone angeordnet werden und aus einer oder mehreren Faserlagen, ausgewählt aus Fasertextilien, umfassend Matten, Vliese, Gelege, Gewebe, Netze, Gestricke, und/oder aus kontinuierlichen oder durchbrochenen metallischen Flächenelementen oder Bändern und/oder aus Trägern, Profilteilen, Stäben aus einem Metallwerkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.The functional layer can be a reinforcement for further improving the mechanical properties of the zone of the vehicle body. Such a reinforcement can preferably be arranged on the vehicle body in the zone to be reinforced in accordance with the flow of forces and consists of one or more fiber layers selected from fiber textiles comprising mats, nonwovens, scrims, fabrics, nets, knits and / or of continuous or perforated metallic surface elements or bands and / or straps, profile parts, rods of a metal material, a plastic or a fiber-reinforced plastic.

Alternativ oder zusätzlich kann mit einer Funktionslage eine Schalldämmungslage integriert werden, die beispielsweise aus Schaumstoff und/oder einer Dämmmatte bestehen kann, wodurch gezielt das NVH-Verhalten der Karosserie beeinflusst bzw. verbessert werden kann.Alternatively or additionally, a sound insulation layer can be integrated with a functional layer, which can consist of foam material and / or an insulating mat, for example, as a result of which the NVH behavior of the body can be influenced or improved in a targeted manner.

So können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren außer der lokalen Festigkeitssteigerung gezielte Verbesserungen des NVH-Verhaltens oder der Beulsteifigkeit von Exterieur-Flächen kombiniert und eingebracht werden.Thus, with the method according to the invention, in addition to the local increase in strength, targeted improvements in the NVH behavior or the dent resistance of exterior surfaces can be combined and introduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein faserverstärktes Kunststoffmaterial in das innere von profilartigen Hohlbauteilen, beispielsweise Hohlträger, Säulen oder Schweller aufgetragen. Die Verstärkung kann insbesondere nach dem Zusammenbau und der KTL-Beschichtung des Rohbaus durchgeführt werden. Das Aufspritzen kann durch Spritzlanzen, die in die Hohlkörper eingeführt werden erfolgen.In a preferred embodiment, a fiber-reinforced plastic material is applied in the interior of profile-like hollow components, such as hollow beams, columns or sills. The reinforcement can be carried out in particular after assembly and the KTL coating of the shell. The spraying can be done by spray lances that are inserted into the hollow body.

Vorzugsweise erfolgt das Aufsprühen des aushärtbaren Kunststoffmaterials, nachdem die mittels der kathodischen Tauchlackierung aufgetragenen Grundierung ausgehärtet ist, was entweder bei Raumtemperatur, unterstützt durch entsprechende Katalysatoren, oder bei erhöhter Temperatur erfolgen kann. Vorteilhaft kann zum Aufsprühen des aushärtbaren Kunststoffmaterials, durch das die Zonen der Karosserie verstärkt wird, ein mit einer Sprühvorrichtung ausgestatteter Roboter bzw. mehrere entsprechend ausgestattete Roboter eingesetzt werden, bei denen es sich um die in einer Lackierstraße bei der Fahrzeugherstellung üblichen Lackierroboter mit Lackspritzpistolen handeln kann.Preferably, the sputtering of the curable plastic material takes place after the primer applied by cathodic dip coating has cured, which can be done either at room temperature, supported by appropriate catalysts, or at elevated temperature. Advantageously, for spraying the curable plastic material through which the zones of the body is reinforced, a robot equipped with a spraying device or a plurality of appropriately equipped robots are used, which may be the usual in a Lackierstraße in vehicle manufacturing painting robot with paint spray guns ,

Auf diese Weise erfordert das erfindungsgemäße Verfahren nur minimale Anpassung bestehender Fertigungsanlagen, um die Karosserie mit lokaler Verstärkung herzustellen. Üblicherweise weisen die Lackierstraßen mehrere Lackierroboter auf, so dass auch der Mehrschichtaufbau, der gegebenenfalls unterschiedliche Kunststoffe umfasst, einfach realisiert werden kann, um eine optimierte Akustikperformance bzw. ein optimiertes NVH-Verhalten zu erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert damit keine speziellen und damit kostenintensiven Werkzeuge zur Erzeugung der Verstärkungslage.In this way, the method according to the invention requires only minimal adaptation of existing production facilities in order to produce the body with local reinforcement. The painting lines usually have a plurality of painting robots, so that the multi-layer structure, which optionally includes different plastics, can be easily realized in order to achieve optimized acoustic performance or optimized NVH behavior. The method according to the invention thus requires no special and thus cost-intensive tools for generating the reinforcing layer.

Als aushärtbares Kunststoffmaterial kann ein unverstärkter Kunststoff eingesetzt Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polyoxymethylen, Cyclo-Olefin-Copolymere, Polyphenylensulfid, während als geeignete duropastische Kunststoffe Polyurethan, Epoxidharz und Formaldehydharze genannt werden können.As a curable plastic material, an unreinforced plastic used Suitable thermoplastics are, for example, acrylonitrile-butadiene-styrene, polyamide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyoxymethylene, cyclo-olefin copolymers, polyphenylene sulfide, while suitable as suitable duropastic plastics polyurethane, epoxy resin and Formaldehyde resins can be mentioned.

In weiterer Ausgestaltung enthält der aushärtbare Kunststoff der Verstärkungslage und/oder der weiteren Schichten für bestimmte Zonen auch Fasern, bevorzugt Kurzfasern, und/oder Füll- bzw. Zuschlagsstoffe.In a further embodiment, the curable plastic of the reinforcing layer and / or the further layers for certain zones also contains fibers, preferably short fibers, and / or fillers or additives.

Diese Fasern sowie die Fasern der Armierungs-Faserlagen können unabhängig voneinander aus Glasfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, insbes. Aramidfasern, Naturfasern, Basaltfasern, Metallfasern und Keramikfasern sowie Kombinationen davon ausgewählt sein.These fibers and the fibers of the reinforcing fiber layers can be independent of each other of glass fibers, carbon fibers, polymer fibers, especially aramid fibers, natural fibers, basalt fibers, metal fibers and ceramic fibers and combinations thereof.

Da das Aufsprühen der Verstärkung erst nach der Grundierung erfolgt, ist der Werkstoff der Fahrzeugkarosserie in der jeweiligen zu verstärkenden Zone von untergeordneter Bedeutung und kann damit sowohl ein Metallwerkstoff, als auch ein Kunststoff oder ein faserverstärkter Kunststoff sein.Since the spraying of the reinforcement takes place only after the priming, the material of the vehicle body in the respective zone to be reinforced is of minor importance and can thus be both a metal material, as well as a plastic or a fiber-reinforced plastic.

Theoretisch kann jede Stelle der Karosserie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Verstärkung versehen werden, insbesondere auch Zonen, die sich über zusammengefügte Karosseriebauteile erstrecken. Zu verstärkende Zonen der Karosserie können beispielsweise an den Karosseriekomponenten Säule, Träger, Schweller, Boden, Türe, Klappe vorliegen.Theoretically, any location of the body can be provided with the inventive method with a reinforcement, in particular zones that extend over assembled body components. Reinforcing zones of the body can be present, for example, on the body components pillar, beam, sill, floor, door, flap.

So weist eine erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie, die aus einer Mehrzahl von Karosseriebauteilen zusammengefügt ist, zumindest eine vorzugsweise aber mehrere lokale Verstärkungen auf, die ein Kunststoffmaterial umfassen, das als lokal begrenzt auf die Grundierung aufgesprühte Verstärkungslage vorliegt, die jeweils die zu verstärkenden Zone der Fahrzeugkarosserie bedeckt.Thus, a vehicle body according to the invention, which is assembled from a plurality of body components, at least one but preferably a plurality of local reinforcements comprising a plastic material which is present as locally limited to the primer sprayed reinforcing layer, which covers each to be reinforced zone of the vehicle body.

Auf der Verstärkungslage wenigstens einer Zone kann zumindest eine weitere Schicht aus einem Kunststoffmaterial vorliegen, das dem Kunststoffmaterial der Verstärkungslage entspricht oder sich in Art und/oder Füllstoff- und/oder Fasergehalt davon unterscheidet. Die lokale Verstärkung weist dann einen Mehrschichtaufbau auf, der aus der Verstärkungslage und der zumindest einen weiteren Schicht besteht. In die Verstärkungslage bzw. in den Mehrschichtaufbau kann ferner eine Funktionslage (oder können mehrere Funktionslagen) eingebettet sein, die eine Armierung, bevorzugt eine kraftflussgerecht an der Fahrzeugkarosserie in der zu verstärkenden Zone angeordnete Armierung, und/oder eine Schalldämmungslage sein kann. Eine Armierung kann aus einer oder mehreren Faserlagen, ausgewählt aus Fasertextilien, umfassend Matten, Vliese, Gelege, Gewebe, Netze, Gestricke, etc. und/oder aus metallischen Flächenelementen oder Bändern und/oder aus Trägern, Profilteilen, Stäben aus einem Metallwerkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, während eine Schalldämmungslage Schaumstoffe und/oder Dämmmatten umfassen kann.At least one further layer of a plastic material which corresponds to the plastic material of the reinforcing layer or differs in type and / or filler and / or fiber content thereof may be present on the reinforcing layer of at least one zone. The local reinforcement then has a multi-layer structure, which consists of the reinforcing layer and the at least one further layer. In the reinforcing layer or in the multi-layer structure, a functional layer (or a plurality of functional layers) can also be embedded, which can be a reinforcement, preferably a reinforcement arranged on the vehicle body in the zone to be reinforced, and / or a sound insulation layer. A reinforcement may be made of one or more fiber layers selected from fibrous fabrics comprising mats, nonwovens, scrims, fabrics, nets, knits, etc. and / or of metallic surface elements or tapes and / or of supports, profile parts, rods of a metal material Plastic or a fiber reinforced plastic, while a sound insulation layer may include foams and / or insulating mats.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt.These and other advantages will be set forth by the following description with reference to the accompanying figure.

Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung und zeigt in schematischer Seitenansicht eine Fahrzeugkarosserie in der kathodischen Tauchlackierung und der anschließenden Sprühstation zum Auftrag der lokalen Verstärkung.The reference to the figure in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figure is merely a schematic representation of an embodiment of the invention and shows a schematic side view of a vehicle body in the cathodic dip painting and the subsequent spray station for applying the local reinforcement.

Die Erfindung bezieht sich auf eine lokal mit Kunststoffmaterial verstärkte Fahrzeugkarosserie und auf ein Verfahren zur Herstellung einer lokal zumindest mit einem Kunststoffmaterial verstärkten Fahrzeugkarosserie.The invention relates to a locally reinforced with plastic material vehicle body and to a method for producing a locally reinforced at least with a plastic material vehicle body.

Zunächst wird eine Fahrzeugkarosserie 1, wie sie beispielhaft in der Figur dargestellt ist, aus den verschiedenen Karosseriebauteilen zusammengefügt und gegebenenfalls einer Vorbehandlung (Phosphatierung) unterzogen, ehe sie in das Tauchbad 2 überführt wird, in dem die kathodische Tauchlackierung erfolgt, durch die die gesamte Oberfläche der Karosserie mit der Grundierung überzogen wird. Diese weist eine sehr gute Haftung sowohl an Blech als auch an Kunststoffkomponenten der Karosserie auf und dient der Verhinderung oder zumindest Verlangsamung von Korrosion. Die Aushärtung des KTL-Lacks, der zur Grundierung verwendet wird, kann entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch oder durch hohe Temperaturen (ca. 185°C) aktiviert erfolgen. Die Karosserie wird dann durch bekannte Transportvorrichtungen weiter durch die Lackierstraße geführt.First, a vehicle body 1 , as exemplified in the figure, assembled from the various body components and optionally subjected to a pretreatment (phosphating) before entering the dip 2 in which the cathodic dip painting takes place, by which the entire surface of the body is coated with the primer. This has a very good adhesion to both sheet metal and plastic components of the body and serves to prevent or at least slow down corrosion. The curing of the cathodic dip paint used for the primer can be carried out either at room temperature with the help of catalysts chemically or by high temperatures (about 185 ° C) activated. The body is then guided by known transport devices through the paint line.

Nachdem sämtliche zu verstärkenden Zonen der Fahrzeugkarosserie 1 festgelegt wurden, im vorliegenden Beispiel der Übersichtlichkeit wegen nur eine Zone A am Dach und eine Zone B an der D-Säule – selbstverständlich können sehr viel mehr Zonen festgelegt werden – wird mittels Lackierroboter 3 ein aushärtbares Kunststoffmaterial flächig in den Zonen A, B auf die Grundierung aufgesprüht, wodurch jeweils eine lokal begrenzte Verstärkungslage aus dem Kunststoffmaterial nach dessen Aushärtung gebildet wird.After all to be reinforced zones of the vehicle body 1 have been set in the present example, for clarity, only one zone A on the roof and a zone B on the D-pillar - of course, many more zones can be set - is by means of painting robot 3 a curable plastic material is sprayed flat in the zones A, B on the primer, whereby in each case a locally limited reinforcing layer is formed from the plastic material after its curing.

Dabei kann auch vorgesehen sein, dass in einem Mehrkomponenten-Sprühverfahren unterschiedliche Kunststoffmaterialien durch die Lackierroboter 3 aufgetragen werden können, so dass durch einen ersten Lackierroboter 3 ein erstes, beispielsweise unverstärktes Kunststoffmaterial appliziert werden kann, während durch einen weiteren Lackierroboter 3 ein Kunststoffmaterial aufgespritzt werden kann, das beispielsweise Fasern oder Füllstoffe enthält. Durch entsprechende Steuerung der Lackierroboter 3 können dann verschiedene Zonen unterschiedlich verstärkt werden oder bestimmte Zonen mit einer mehrschichtigen Verstärkung ausgestattet werden oder beides kombiniert werden.It can also be provided that in a multi-component spray different plastic materials through the painting robot 3 can be applied, so that by a first painting robot 3 a first, for example, unreinforced plastic material can be applied while through another painting robot 3 a plastic material can be sprayed on, containing for example fibers or fillers. By appropriate control of the painting robots 3 can then have different zones be strengthened differently or be equipped with a multi-layer reinforcement or both combined.

Zusätzlich kann – beispielsweise durch mit Greifern ausgestattete Roboter – eine Funktionslage wie eine Armierung oder Schalldämmlage in das Kunststoffmaterial einer oder mehrerer Zonen integriert werden. Die Funktionslage kann vor, während oder nach der Applikation des aushärtbaren Kunststoffmaterials aufgelegt werden – je nach dem kommt die Funktionslage eher grundierungsnah oder grundierungsfern zur Anlage.In addition, for example by robots equipped with grippers, a functional layer such as a reinforcement or sound insulation layer can be integrated into the plastic material of one or more zones. The functional position can be applied before, during or after the application of the curable plastic material - depending on the functional position comes closer to primer or far from the plant.

Die Vermeidung von zusätzlichen Rohbauvarianten sowie die Möglichkeit, festigkeitserhöhende Maßnahmen auf beliebige Flächenelemente der Karosserie in der Montage aufbringen zu können, führt zu reduzierten Kosten und erlaubt eine Variantenbildung zu einem späteren Zeitpunkt im Fertigungsablauf bei gleichzeitiger Möglichkeit, auf spätere geänderte Belastungsfälle (nach Serienanlauf) oder Laststufenkonzepte ohne neue Rohbauvariante reagieren zu können.The avoidance of additional bodyshell variants and the ability to apply strength-increasing measures on any surface elements of the body in the assembly, leads to reduced costs and allows a variant formation at a later date in the production process with simultaneous possibility to later changed load cases (after series production) or Load stage concepts to be able to react without new shell variant.

Nach der erfindungsgemäß erfolgten Aufbringung der Verstärkung und Aushärtung der Kunststoffmaterialien kann die Karosserie den weiteren Lackierschritten (ggf. Füller, Basislack und Klarlack) zugeführt werden.After the application of the reinforcement and curing of the plastic materials according to the invention, the bodywork can be supplied to the further painting steps (optionally filler, basecoat and clearcoat).

Neben der Festigkeitssteigerung durch die Verstärkungslage können gezielt NVH-Verbesserungen oder verbesserte Beulsteifigkeiten von Exterieur-Flächen kombiniert und eingebracht werden.In addition to the increase in strength due to the reinforcement layer, NVH improvements or improved buckling stiffness of exterior surfaces can be specifically combined and incorporated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011113319 A1 [0004] DE 102011113319 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer lokal zumindest mit einem Kunststoffmaterial verstärkten Fahrzeugkarosserie (1), umfassend die Schritte: – Zusammenfügen der Fahrzeugkarosserie (1) aus einer Mehrzahl von Karosseriebauteilen und Auftragen einer Grundierung auf die Fahrzeugkarosserie (1) mittels kathodischer Tauchlackierung in einem Tauchbad (2), – Festlegen zumindest einer zu verstärkenden Zone (A, B) an der Fahrzeugkarosserie (1) und – flächig Aufsprühen eines aushärtbaren Kunststoffmaterials auf die Grundierung in der zumindest einen Zone (A, B) der Fahrzeugkarosserie (1), – Aushärten des aufgesprühten Kunststoffmaterials zur Bildung jeweils einer lokal auf die Zone (A, B) begrenzten Verstärkungslage.Method for producing a vehicle body reinforced at least locally with a plastic material ( 1 ), comprising the steps of: - assembling the vehicle body ( 1 ) of a plurality of body components and applying a primer to the vehicle body ( 1 ) by means of cathodic dip coating in a dipping bath ( 2 ), - fixing at least one zone (A, B) to be reinforced on the vehicle body ( 1 ) and - surface spraying a hardenable plastic material on the primer in the at least one zone (A, B) of the vehicle body ( 1 - curing the sprayed-on plastic material to form in each case a locally limited to the zone (A, B) reinforcing layer. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: vor oder nach dem Aushärten des auf die Grundierung aufgesprühten Kunststoffmaterials – flächig Aufsprühen zumindest einer weiteren Schicht aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial, das dem aushärtbaren Kunststoffmaterial der Verstärkungslage entspricht oder sich in Art und/oder Füllstoff- und/oder Fasergehalt davon unterscheidet, auf zumindest eine der lokal begrenzten Verstärkungslagen und Aushärten, so dass ein Mehrschichtaufbau gebildet wird, der aus der Verstärkungslage und der zumindest einen weiteren Schicht besteht.Method according to claim 1, comprising the step: before or after the curing of the plastic material sprayed onto the primer - Spraying at least one further layer of a curable plastic material, which corresponds to the curable plastic material of the reinforcing layer or differs in type and / or filler and / or fiber content, on at least one of the locally limited reinforcing layers and curing, so that a multi-layer structure formed is, which consists of the reinforcing layer and the at least one further layer. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend den Schritt: – Einbetten zumindest einer Funktionslage an der zumindest einen Zone (A, B) der Fahrzeugkarosserie (1) vor, während oder nach dem Aufsprühen des Kunststoffmaterials, das die lokal begrenzte Verstärkungslage bildet.Method according to claim 1 or 2, comprising the step: embedding at least one functional layer on the at least one zone (A, B) of the vehicle body ( 1 ) before, during or after the spraying of the plastic material forming the localized reinforcing ply. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionslage – eine Armierung, bevorzugt eine kraftflussgerecht an der Fahrzeugkarosserie (1) in der zu verstärkenden Zone (A, B) angeordnete Armierung, – aus einer oder mehreren Faserlagen, ausgewählt aus Fasertextilien, umfassend Matten, Vliese, Gelege, Gewebe, Netze, Gestricke, und/oder – aus metallischen Flächenelementen oder Bändern und/oder – aus Trägern, Profilteilen, Stäben aus einem Metallwerkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff, und/oder – eine Schalldämmungslage aus Schaumstoff und/oder einer Dämmmatte ist.A method according to claim 3, characterized in that the functional position - a reinforcement, preferably a flow of power to the vehicle body ( 1 ) in the reinforcement zone (A, B) arranged reinforcement, - of one or more fiber layers, selected from fiber textiles, comprising mats, nonwovens, scrims, fabrics, nets, knits, and / or - of metallic surface elements or bands and / or - Of carriers, profile parts, rods of a metal material, a plastic or a fiber-reinforced plastic, and / or - a sound insulation layer of foam and / or an insulating mat is. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsprühen nach der kathodischen Tauchlackierung nach Aushärtung der Grundierung mittels zumindest eines mit einer Sprühvorrichtung ausgestatteten Roboters (3) erfolgt.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the spraying after the cathodic dip painting after hardening of the primer by means of at least one equipped with a spray device robot ( 3 ) he follows. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kunststoffmaterial aus Thermoplasten oder Duroplasten und/oder mit Fasern, bevorzugt Kurzfasern, und/oder mit Füll-/Zuschlagsstoffen verstärkten Thermoplasten oder Duroplasten besteht.Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the curable plastic material consists of thermoplastics or thermosets and / or with fibers, preferably short fibers, and / or with fillers / additives reinforced thermoplastics or thermosets. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkarosserie (1) in der zumindest einen zu verstärkenden Zone (A, B) aus einem Metallwerkstoff, aus einem Kunststoff oder aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the vehicle body ( 1 ) in the at least one zone to be reinforced (A, B) consists of a metal material, a plastic or a fiber-reinforced plastic. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zu verstärkende Zone (A, B) der Fahrzeugkarosserie (1) an zumindest einer der Karosseriekomponenten Säule, Träger, Schweller, Dach, Boden, Türe, Klappe vorliegt.Method according to at least one of Claims 1 to 7, characterized in that the at least one zone (A, B) of the vehicle body ( 1 ) is present on at least one of the body components pillar, carrier, sill, roof, floor, door, flap. Fahrzeugkarosserie (1), die lokal zumindest mit einem Kunststoffmaterial verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial als lokal begrenzt auf die Grundierung aufgesprühte Verstärkungslage in zumindest einer zu verstärkenden Zone (A, B) der Fahrzeugkarosserie (1) vorliegt.Vehicle body ( 1 ), which is locally reinforced at least with a plastic material, characterized in that the plastic material as locally limited to the primer sprayed reinforcing layer in at least one to be reinforced zone (A, B) of the vehicle body ( 1 ) is present. Fahrzeugkarosserie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslage auf zumindest einer der zu verstärkenden Zonen (A, B) zumindest eine weitere Schicht aus einem Kunststoffmaterial aufweist, das dem Kunststoffmaterial der Verstärkungslage entspricht oder sich in Art und/oder Füllstoff- und/oder Fasergehalt davon unterscheidet, so dass die lokale Verstärkung einen Mehrschichtaufbau aufweist, der aus der Verstärkungslage und der zumindest einen weiteren Schicht besteht, und/oder dass in die Verstärkungslage oder in den Mehrschichtaufbau zumindest eine Funktionslage eingebettet ist, die – eine Armierung, bevorzugt eine kraftflussgerecht an der Fahrzeugkarosserie in der zu verstärkenden Zone angeordnete Armierung, – aus einer oder mehreren Faserlagen, ausgewählt aus Fasertextilien, umfassend Matten, Vliese, Gelege, Gewebe, Netze, Gestricke, und/oder – aus metallischen Flächenelementen oder Bändern und/oder – aus Trägern, Profilteilen, Stäben aus einem Metallwerkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff, und/oder – eine Schalldämmungslage aus Schaumstoff und/oder einer Dämmmatte ist.Vehicle body ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the reinforcing layer on at least one of the zones to be reinforced (A, B) has at least one further layer of a plastic material which corresponds to the plastic material of the reinforcing layer or in kind and / or Füllstoff- and / or Fiber content thereof is different, so that the local reinforcement has a multi-layer structure consisting of the reinforcing layer and the at least one further layer, and / or that at least one functional layer is embedded in the reinforcing layer or in the multi-layer structure, the - a reinforcement, preferably a power flow on the vehicle body in the reinforcing zone arranged reinforcement, - of one or more fiber layers selected from fiber textiles comprising mats, nonwovens, scrims, fabrics, nets, knits, and / or - metallic surface elements or bands and / or - of carriers , Profile parts, rods of a metal material , a plastic or a fiber-reinforced plastic, and / or - Is a sound insulation layer of foam and / or an insulating mat.
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