DE102015010071A1

DE102015010071A1 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils als Composite-Bauteil

Info

Publication number: DE102015010071A1
Application number: DE102015010071.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Baumann; Michael Deppe
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-02-09
Also published as: WO2017025236A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) als Composite-Bauteil mit den Schritten: a. Einbringen einer Scheibe (2) in ein Formwerkzeug, wobei die Scheibe (2) an eine umlaufende Dichtung (12) angelegt und im Formwerkzeug befestigt wird, b. Einsprühen eines Lackes (9) in das Formwerkzeug sowohl auf eine insbesondere strukturierte oder genarbte Oberfläche des Formwerkzeugs außerhalb der randseitig an der Scheibe (2) anliegenden Dichtung (12) wie auch auf einen Randabschnitt an der Innenseite (14) der Scheibe (2), c. Einbringen einer Sandwichstruktur (3) in das Formwerkzeug an die Innenseite (14) der Scheibe (2) und des Lackes (9), d. Schließen des Formwerkzeugs und Verpressen der Sandwichstruktur (3), die über eine Kunststoff-Tragschicht (5) mit der Scheibe (2) und dem Lack (9) verbunden wird, e. Öffnen des Formwerkzeugs und Entnehmen des Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) aus dem geöffneten Formwerkzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils als Composite-Bauteil sowie ein solches Fahrzeug-Außenflächenbauteil.
Es ist bekannt, ein Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1' (siehe 5) als Composite-Bauteil zu bilden. Das Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1' weist eine Glasscheibe 2' auf, an deren Innenseite in einem Formwerkzeug eine Sandwichstruktur 3' angebracht wird. Die Sandwichstruktur 3' enthält z. B. eine aus einer Wabenstruktur gebildete Kernschicht sowie eine innere Tragschicht und eine äußere Tragschicht, die die Kernschicht beidseits bedecken. Da die randseitige Kante der Glasscheibe 2' bruchgefährdet ist, wird in einem zusätzlichen Prozessschritt am Randbereich 7' des Composite-Verbundes aus Glasscheibe 2' und Sandwichstruktur 3' eine schützende Randumschäumung 20' aus Kunststoff angebracht oder angespritzt (6). Eine feste und qualitativ hochwertige Verbindung zwischen der Randumschäumung 20' und dem Scheibenrand 10' der Glasscheibe 2' erfordert jedoch einen hohen Aufwand bei der Herstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, das die einfache Herstellung eines verbesserten Fahrzeug-Außenflächenbauteils ermöglicht, sowie ein solches verbessertes Fahrzeug-Außenflächenbauteil bereitzustellen.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die zweitgenannte Aufgabe wird durch ein Fahrzeug-Außenflächenbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils als Composite-Bauteil wird in einem ersten Schritt eine Scheibe in ein Formwerkzeug eingebracht, wobei die Scheibe an eine umlaufende Dichtung angelegt wird. Die Dichtung ist z. B. an einer ersten Werkzeughälfte des geöffneten Formwerkzeugs gehalten. Die Scheibe, die z. B. eine Glas- oder Kunststoffscheibe ist, wird derart positioniert, dass die Dichtung auf der Scheibe anliegt und den Randbereich der Scheibe exakt abdeckt.
Die Befestigung der Scheibe an der Werkzeughälfte kann mit einer Schraub-, Klemm- oder Spanneinrichtung erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Befestigung durch Ansaugen mittels von einem Vakuum erzeugter Unterdruckkraft. Hierbei wird eine Vakuumkammer, die an der ersten Werkzeughälfte innerhalb der Dichtung gebildet ist und von der anliegenden Scheibe begrenzt wird, evakuiert, so dass der erzeugte Unterdruck die Scheibe fest gegen die Dichtung ansaugt.
In einem weiteren Schritt wird ein sogenannter IMC-Lack (in-mould-coating) bei geöffnetem Formwerkzeug auf eine Oberfläche der ersten Werkzeughälfte außerhalb der randseitig an der Scheibe anliegenden Dichtung und auf einen Randabschnitt an der Innenseite der Scheibe auf- oder eingesprüht. Die insbesondere strukturierte, genarbte, hochglänzende oder lackierbare Oberfläche ist als Negativform für den Randabschnitt gebildet. Die Dichtung dient einerseits zur Abdichtung der Vakuumkammer und andererseits zur exakten Begrenzung beim Aufspritzen des Lackes.
Weiterhin wird eine Sandwichstruktur in das Werkzeug an die Innenseite der Scheibe und des Lackes eingebracht. Die Sandwichstruktur bildet eine Stütz- und Verstärkungsschicht des Fahrzeug-Außenflächenbauteils.
Schließlich wird das Werkzeug geschlossen und die Sandwichstruktur wird gegen die Scheibe und den Lack verpresst und über eine Kunststoffschicht mit der Scheibe und dem Lack verbunden. Nach dem Öffnen des Formwerkzeugs bzw. der beiden Werkzeughälften kann das fertiggestellte Fahrzeug-Außenflächenbauteil entnommen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit der Kanten- oder Randbereich des Fahrzeug-Außenflächenbauteils im Formwerkzeug in hoher Qualität hergestellt werden, wobei ein fester exakter Übergang vom Lack, der eine Randaußenhaut am Randbereich bildet, zur Scheibe herstellbar ist. Der Randbereich wird von der Sandwichstruktur ausgefüllt und gestützt, so dass kein zusätzlicher Anschäumvorgang für eine Randumschäumung erforderlich ist. Das Formwerkzeug kann in diesem Randbereich weitgehend beliebig gestaltet sein, so dass eine weitgehende Gestaltungsfreiheit für den Randbereich gegeben ist. Durch das einheitliche Kantenmaterial wird eine thermisch bedingte Verformung aufgrund eines Bimetalleffektes im Randbereich weitgehend vermieden.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass nach dem Einsprühen und Erhärten des Lackes (Schritt b) und vor dem Einbringen der Sandwichstruktur (Schritt c) eine Entkopplungsschicht eingebracht wird. Die Entkopplungsschicht verringert oder verhindert ein sichtbares Abzeichnen der Sandwichstruktur oder eines Kernes der Sandwichstruktur an der Lackschicht im Randbereich neben der Scheibe. Eine solche Entkopplungsschicht kann insbesondere bei glänzenden Oberflächen verwendet werden, bei denen ein Abzeichnen der Sandwichstruktur oder eines Kernes der Sandwichstruktur optisch besonders auffallen würde.
Weiterhin können vor dem Einbringen der Scheibe in das Formwerkzeug Solarzellen an der Innenseite der Scheibe angebracht oder verklebt werden, die insbesondere von einer Abdeckfolie abgedeckt werden. Die Abdeckfolie ist insbesondere gegen Verschmutzungen beim Herstellungsprozess vorteilhaft einsetzbar.
Als Scheibe kann eine transparente Glas- oder Solarglasscheibe verwendet werden, insbesondere bei einer Scheibe mit unterseitiger Solarzellenanordnung.
Das Fahrzeug-Außenflächenbauteil als Composite-Bauteil mit einer oberseitig angeordneten Scheibe und einer innenseitig angeordneten Sandwichstruktur enthält erfindungsgemäß einen Randbereich, der eine von einem Lack wie einem IMC-Lack gebildete Randaußenhaut aufweist. Als Randbereich wird jeder Bereich bezeichnet, der sich randseitig an die Scheibe anschließt. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Lack an einen Scheibenrand der Scheibe dicht angrenzt und die Scheibe an ihrem Scheibenrand untergreift. Schließlich trägt bei fertiggestelltem Fahrzeug-Außenflächenbauteil die Sandwichstruktur im Randbereich die Randaußenhaut bzw. den Lack. Die Sandwichstruktur bildet somit eine materialeinheitliche Stütz- und Verstärkungsschicht, die sich bis an den Rand oder Randbereich erstreckt. Der Lack bildet einen dichten und kontinuierlichen Übergang hoher Festigkeit und optischer Qualität, da er auch den Randbereich der Scheibe innenseitig überdeckt.
Die Randaußenhaut kann sowohl glatt wie auch strukturiert oder genarbt sein. Der Lack eignet sich für jegliche Oberflächengestaltung.
Wenn eine Entkopplungsschicht zumindest zwischen der Randaußenhaut bzw. dem Lack und der Sandwichstruktur angeordnet ist, können optisch erkennbare Abzeichnungen durch das darunter liegende Composite bzw. die verpresste Sandwichstruktur vermieden werden.
In bevorzugter Gestaltung enthält oder trägt die Scheibe innenseitig Solarzellen. Die Solarzellen sind z. B. mittels einer Schmelzklebstoffschicht an der Innenseite der Scheibe befestigt bzw. verklebt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils und eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Fahrzeug-Außenflächenbauteils unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 in einer Querschnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Fahrzeug-Außenflächenbauteils;
2 in einer Querschnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Fahrzeug-Außenflächenbauteils mit Solarzellenanordnung;
3 in einer Querschnittansicht in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Außenflächenbauteils;
4 in einer perspektivischen Draufsicht das erfindungsgemäßen Fahrzeug-Außenflächenbauteil des zweiten Ausführungsbeispiels;
5 in einer Querschnittansicht ein Fahrzeug-Außenflächenbauteil des Standes der Technik während seiner Herstellung; und
6 in einer Querschnittansicht das fertiggestellte Fahrzeug-Außenflächenbauteil des Standes der Technik.
Ein Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 (siehe 1 und 4) eines Fahrzeugs wie eines PKW ist als Composite-Bauteil gebildet und weist eine Scheibe 2, die z. B. aus Glas oder Kunststoff hergestellt ist, und eine mit der Scheibe 2 verbundene Sandwichstruktur 3 auf, wobei die Scheibe 2 die Außenschicht des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1 bildet. Die Sandwichstruktur 3 enthält eine Kernschicht 4 aus einer Wabenstruktur wie z. B. einer Papierwabe oder aus einem Schaumkern, z. B. aus EPS-Schaum (expandierter Polystyrolschaum, im Ausführungsbeispiel der 3 ist links schematisch eine Papierwabe und rechts schematisch ein Schaumkern dargestellt), sowie eine innere Tragschicht 5 und eine äußere Tragschicht 6, die die Kernschicht 4 beidseits bedecken, bevorzugt aus einem faserverstärkten Durotherm wie z. B. PU bestehen und mit der Kernschicht 4 fest verbunden sind.
Ein Randbereich 7 des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1, der sich seitlich an die Scheibe 2 anschließt, enthält eine Randaußenhaut 8, die von einem Lack 9 gebildet ist, der unmittelbar an die Scheibe 2 angrenzt und den Scheibenrand 10 untergreift. Die Randaußenhaut 8 bzw. der Lack 9 ist mittels der inneren Tragschicht 5 fest mit der Sandwichstruktur 3 verbunden und bildet einen seitlichen Randabschluss des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1, indem sie sich beispielsweise bis zur Unterseite 11 des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1 bzw. zu der äußeren Tragschicht 6 erstreckt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeug-Außenflächenbauteils als Composite-Bauteil wird in einem ersten Schritt die Scheibe 2 in eine erste Werkzeughälfte eines geöffneten Formwerkzeugs eingebracht, wobei die Scheibe 2 an eine umlaufende Dichtung 12 derart angelegt wird (siehe beispielhafte Darstellung der Dichtung 12 in 3), dass die Dichtung 12 exakt auf dem Scheibenrand 10 aufliegt. Eine in der ersten Werkzeughälfte gebildete Vakuumkammer, die nun von der Scheibe 2 abgedeckt ist und von der umlaufenden Dichtung 12 begrenzt ist, wird evakuiert, so dass die Scheibe 2 mittels Unterdruck an der ersten Werkzeughälfte gehalten wird.
In einem folgenden Schritt wird der Lack 9, der als IMC- oder In-mould-coating-Lack bezeichnet wird, in die erste Werkzeughälfte eingesprüht. Die Innenoberfläche der ersten Werkzeughälfte ist entsprechend der Außenkontur des Randbereiches 7 des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1 gebildet und endet an der Dichtung 12 exakt höhengleich mit der Außenoberfläche der Scheibe 2. Die Innen-Oberfläche der ersten Werkzeughälfte kann glattflächig oder strukturiert sein, z. B. genarbt. Der Lack wird auf die Innenoberfläche der Werkzeughälfte außerhalb der an der Scheibe 2 anliegenden Dichtung 12 und auf einen Randabschnitt an der Innenseite der Scheibe 2 aufgesprüht. Der Lack 9 bildet somit einen innigen dichten und exakten niveaugleichen Übergang am Scheibenrand 10 der Scheibe 2.
Nach dem Trocknen und Aushärten des Lackes 9 der Randaußenhaut 8 wird die Sandwichstruktur 3 in das Formwerkzeug eingelegt und mittels einer zweiten Werkzeughälfte beim Schließen des Formwerkzeugs an die Innenseite 14 der Scheibe 2 und den Lack 9 gepresst, wobei die Sandwichstruktur 3 mittels der inneren Tragschicht 5 fest mit der Scheibe 2 und dem Lack 9 verbunden wird und das Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1 seine Form mit dem angeformten Randabschnitt 7 annimmt.
Schließlich wird das Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 nach dem Öffnen des Formwerkzeugs von diesem entnommen. Weitere Bearbeitungsschritte können noch vorgenommen werden, wie z. B. eine Bearbeitung des Randes oder Randabschnittes 7.
In einem alternativen Verfahrensablauf kann vor dem Einlegen der Sandwichstruktur 3 eine Entkopplungsschicht eingebracht werden, die verhindern soll, dass sich die Sandwichstruktur 3 und insbesondere das Material der Kernschicht im Bereich des Lackes 9 nach Fertigstellung des Fahrzeug-Außenflächenbauteils 1 sichtbar abzeichnet.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 enthält gemäß dem in 2 und in 3 ausschnittsweise dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Solarzellenanordnung mit einer Mehrzahl von Solarzellen 13, die an der Innenseite 14 der transparenten Scheibe 2 z. B. mittels einer Schmelzklebstoffschicht 15 angebracht sind. Im Verfahrensablauf der Herstellung werden die Solarzellen 13 an der Innenseite 13 der Scheibe 2 verklebt, bevor die Scheibe 2 als Einheit mit den Solarzellen 13 in die erste Werkzeughälfte eingelegt wird. Der Lack 9 deckt den Scheibenrand 10 der Scheibe 2 unterseitig ab und kann zusätzlich auch den Rand der Schmelzklebstoffschicht 15 überdecken. 4 zeigt in Draufsicht das Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 mit Solarzellen 13 unter der Scheibe 2, die im vorderen Flächenabschnitt des Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 angeordnet ist, während der hintere Flächenabschnitt des Fahrzeug-Außenflächenbauteil 1 vom Lack 9 der Randaußenhaut 8 auf der Sandwichstruktur 3 gebildet ist.
Des weiteren kann eine Abdeckfolie 16 vorgesehen sein, die die Solarzellen 13 rück- oder innenseitig zur Sandwichstruktur 3 hin abdeckt. Sie kann auch an den Zwischenräumen 17 zwischen den Solarzellen 13 an der Innenseite 14 der Scheibe 2 oder der Schmelzklebstoffschicht 15 anliegen, wenn sich diese durchgehend über die Innenseite 14 der Scheibe 2 im Bereich der Solarzellen 13 erstreckt.
Die in der Beschreibung und anhand der Ausführungsbeispiele sowie in den Figuren offenbarten einzelnen Merkmale der Erfindung können in beliebigen technisch zweckmäßigen Anordnungen und Gestaltungen mit dem Erfindungsgegenstand in seiner allgemeinen Form kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug-Außenflächenbauteil
2: Scheibe
3: Sandwichstruktur
4: Kernschicht
5: innere Tragschicht
6: äußere Tragschicht
7: Randbereich
8: Randaußenhaut
9: Lack
10: Scheibenrand
11: Unterseite
12: Dichtung
13: Solarzellen
14: Innenseite
15: Schmelzklebstoffschicht
16: Abdeckfolie
17: Zwischenraum

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) als Composite-Bauteil mit den Schritten: a. Einbringen einer Scheibe (2) in ein Formwerkzeug, wobei die Scheibe (2) an eine umlaufende Dichtung (12) angelegt und im Formwerkzeug befestigt wird, b. Einsprühen eines Lackes (9) in das Formwerkzeug sowohl auf eine Oberfläche des Formwerkzeugs außerhalb der randseitig an der Scheibe (2) anliegenden Dichtung (12) wie auch auf einen Randabschnitt an der Innenseite (14) der Scheibe (2), c. Einbringen einer Sandwichstruktur (3) in das Formwerkzeug an die Innenseite (14) der Scheibe (2) und des Lackes (9), d. Schließen des Formwerkzeugs und Verpressen der Sandwichstruktur (3), die über eine Kunststoff-Tragschicht (5) mit der Scheibe (2) und dem Lack (9) verbunden wird, e. Öffnen des Formwerkzeugs und Entnehmen des Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) aus dem geöffneten Formwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Formwerkzeugs außerhalb der randseitig an der Scheibe (2) anliegenden Dichtung (12) strukturiert, genarbt, hochglänzend oder lackierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsprühen und Erhärten des Lackes (9) (Schritt b) und vor dem Einbringen der Sandwichstruktur (3) (Schritt c) eine Entkopplungsschicht eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Scheibe (2) an der Innenseite der Scheibe (2) Solarzellen (13) angebracht oder verklebt werden, die insbesondere von einer Abdeckfolie (16) abgedeckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Scheibe (2) in das Formwerkzeug eine Vakuumkammer des Formwerkzeugs innerhalb der umlaufenden Dichtung (12) zum Halten der Scheibe (2) mittels Unterdruck evakuiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Scheibe (2) eine transparente Glas- oder Solarglasscheibe verwendet wird.
Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) als Composite-Bauteil mit einer oberseitig angeordneten Scheibe (2) und einer innenseitig angeordneten Sandwichstruktur (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (7) des Fahrzeug-Außenflächenbauteils (1) eine von einem Lack (9) gebildete Randaußenhaut (8) aufweist, dass der Lack (9) an einen Scheibenrand (10) der Scheibe (2) dicht angrenzt und die Scheibe (2) an ihrem Scheibenrand (10) untergreift, und dass die Sandwichstruktur (3) im Randbereich (7) die Randaußenhaut (8) bzw. den Lack (9) trägt.
Fahrzeug-Außenflächenbauteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Randbereich (7) der Lack (9) die Sandwichstruktur (3) rand- oder außenseitig abdeckt.
Fahrzeug-Außenflächenbauteil (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Randaußenhaut (8) strukturiert, genarbt, lackierbar oder hochglänzend ist.
Fahrzeug-Außenflächenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entkopplungsschicht zumindest zwischen der Randaußenhaut (8) bzw. dem Lack (9) und der Sandwichstruktur (3) angeordnet ist.
Fahrzeug-Außenflächenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) innenseitig Solarzellen (13) trägt.
Fahrzeug-Außenflächenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.