DE10342205B4

DE10342205B4 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10342205B4
Application number: DE10342205.6A
Authority: DE
Inventors: Lutz Siedentopf; Klaus Rieck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE10342205A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche, insbesondere eines Bauteils für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs, wobei – eine die Sichtseite bildende flexible elastische Folie über ein zum Hinterschäumen verwendetes Werkzeug gezogen wird; – das Werkzeug dann geschlossen wird; – die flexible Folie nach dem Schließen des Werkzeugs in dem Werkzeug mit einem Kunststoff hinterschäumt wird und – die flexible elastische Folie durch das Hinterschäumen an die Form des Werkzeugs angepasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche, insbesondere eines Bauteils für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Anspruch 1.
Aus der DE 200 14 327 U1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird eine beispielsweise aus einem thermoplastischen Polyurethan bestehende Folie tiefgezogen und in ein Werkzeug eingelegt, in dem sie mit einem Polyurethan hinterschäumt wird. Nach dem Hinterschäumprozess kann die Folie lackiert werden. Das auf diese Weise erhaltene Bauteil kann beispielsweise als Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden.
Auch bei der DE 101 60 374 A1 wird eine beispielsweise aus einem thermoplastischen Polyurethan bestehende Folie tiefgezogen und in ein Werkzeug eingelegt, in dem sie mit einem Polyurethan hinterschäumt wird. Das so erhaltene Bauteil kann ebenfalls als Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden.
In der DE 198 22 113 C1 wird ein Verfahren offenbart, mit dem ein beispielsweise als Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs verwendbares Formteil hergestellt werden kann. Bei dem Verfahren wird eine vorgeformte Dekorfolie in ein Werkzeug eingelegt und mit einem Polyurethan hinterschäumt.
In der DE 41 37 630 A1 wird ein Verfahren offenbart, mit dem ein beispielsweise als Möbelelement verwendbares Formteil hergestellt werden kann. Bei dem Verfahren wird eine als Rollenmaterial vorliegende thermoplastische Folie in ein Werkzeug eingelegt, dort unter Erwärmen verformt und mit einem Polyurethan hinterschäumt.
Die DE 199 56 930 A1 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche. In dem bekannten Verfahren werden Fahrzeug-Außenhautteile mit einer außenseitigen Lackfolie hergestellt, welche eine Karosserieaußenhaut mit einer einwandfreien sichtbaren Oberfläche bildet und auf die Rückseite dieser Lackfolie wird in einem Hinterschäumwerkzeug eine Kunststoff-Schaumschicht aufgebracht. Das Fahrzeug-Außenhautteil soll in bestimmten Bereichen geringfügig elastisch verformbar sein, um dadurch Personen, die unfallbedingt auf dieses Außenhautteil auftreffen, zu schützen. Nach diesem Verfahren werden zum Beispiel Fronthauben für ein Fahrzeug hergestellt, für die jedoch ein vorgefertigtes Trägerteil erforderlich ist, welches zunächst in das Hinterschäumwerkzeug eingelegt wird. Das Trägerteil wird an einer Unterform des Werkzeugs gehalten, während die Folie an der Oberform gehalten wird. Oberform und Unterform weisen dabei die gewünschte Kontur des Außenhautbauteils auf. Bei diesen bekannten Verfahren ist es jedoch notwendig, die die Oberfläche des Außenhautbauteils bildende Lackfolie zunächst tiefzuziehen. Es ist also ein separater Verfahrensschritt erforderlich, in dem die Lackfolie in einem Tiefziehprozess eine gewünschte Formgebung erhält und erst dann wird die bereits tiefgezogene Lackfolie in das Werkzeug eingelegt und hinterschäumt. Die tiefziehfähige Lackfolie besteht aus einem thermoplastischen Material, ist jedoch nach dem Tiefziehvorgang nicht elastisch verformbar, sondern formstabil. Die als geringfügig bezeichnete elastische Verformbarkeit des fertigen Außenhautbauteils, die zur Senkung der Unfallgefahr bei einem Aufprall von Personen erzielt werden soll, resultiert aus der geringfügig elastisch verformbaren Kunststoff-Schaumschicht, mit der die Lackfolie hinterschäumt wird.
Die DE 199 51 785 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem transparente Kunststofffolien zur Herstellung eines Außenhautbauteils einer Fahrzeugkarosserie mit eingefärbtem Kunststoffmaterial hinterspritzt werden. Das Bauteil erhält somit hier die Farbgebung durch die jeweilige Farbe des zum Hinterspritzen verwendeten Kunststoffs, wobei auch mehrfarbige Teile hergestellt werden können, indem die transparente Folie in verschiedenen Bereichen mit unterschiedlich eingefärbten Kunststoffmaterialien hinterspritzt wird.
Die DE 100 48 207 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem von einer Kunststofffolie ausgegangen wird, die so strukturiert ist, dass sie in Glanz- und Oberflächeneindruck einem mit einer Lackschicht versehenen Blechteil entspricht. Dazu werden beispielsweise PTFE-Folien verwendet, die mit einem Primer versehen werden. Die Oberflächenstruktur der die Sichtseite des Bauteils bildenden Folie wird in einer Extrusionsanlage erzeugt mittels einer Stahlwalze, die an ihrem Umfang ein der Oberflächenstruktur eines lackierten Metallblechs entsprechendes Relief aufweist. Als Gegenwalze wird eine polierte Metallwalze verwendet und in den Walzenspalt lässt man eine Schmelze aus Polycarbonat einlaufen, die sich dann mit dem Primer der PTFE-Folie verbindet, so dass die zweilagige Folienverbundstruktur erhalten wird. Es ist davon auszugehen, dass die hier verwendete Kunststofffolie bei Raumtemperatur nicht elastisch ist. Die Erweichungstemperatur der Folie liegt so hoch, dass beim Vorgang des Hinterspritzens unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststofffolie gearbeitet werden kann.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche, insbesondere eines Bauteils für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches einfacher und damit kostengünstiger ist als die bekannten Verfahren.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine die Sichtseite bildende flexible elastische Folie über ein zum Hinterschäumen verwendetes Werkzeug gezogen wird, das Werkzeug dann geschlossen wird, die flexible Folie nach dem Schließen des Werkzeugs in dem Werkzeug mit einem Kunststoff hinterschäumt wird und die flexible elastische Folie durch das Hinterschäumen an die Form des Werkzeugs angepasst wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Folie so elastisch, dass sie sich an die Form des Werkzeugs anpasst und ohne Wärmeeinwirkung in dem Werkzeug umgeformt wird. Dadurch wird das Verfahren wesentlich vereinfacht, da der bisher erforderliche Umformprozess, in dem die zu hinterschäumende Folie zunächst entsprechend der gewünschten Form des Bauteils vorgeformt wurde, insbesondere durch Tiefziehen, entfallen kann. Da ein bislang erforderlicher Prozessschritt vollständig wegfällt, führt dies zu einer erheblichen Vereinfachung des Verfahrens.
Die erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial verwendete Folie kann beispielsweise als Rollenmaterial vorliegen und zu Beginn des Herstellungsverfahrens von einer Rolle abgezogen werden. Vorzugsweise wird die elastische zu hinterschäumende Folie über ein für das Hinterschäumen verwendetes Werkzeug gezogen und danach wird das Werkzeug geschlossen. Anders als bei den bislang bekannten Verfahren wird also die zu hinterschäumende Folie nicht mehr im Werkzeug unter Einwirkung von Wärme einem thermoplastischen Umformprozess unterworfen. Die erfindungsgemäß verwendete Folie ist vielmehr so elastisch, dass sie sich an die Form des Werkzeugs anpasst, ohne dass ein Umformprozess unter Wärmeeinwirkung erforderlich ist.
Vorzugsweise wird die Folie nach dem Schließen des für das Hinterschäumen vorgesehenen Werkzeugs von dem Rollenmaterial abgetrennt und dann erfolgt der Verfahrensschritt des Hinterschäumens. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht von einer Folie in Lackqualität ausgegangen, sondern die die sichtseitige Oberfläche des Bauteils nach dem Hinterschäumprozess bildende Folie wird anschließend in mindestens einem Verfahrensschritt lackiert. Dabei erhält die Folie vorzugsweise eine mehrschichtige Lackierung umfassend vorzugsweise drei Lackschichten.
Als Folienmaterial zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren kommen insbesondere Polyurethanfolien in Betracht. Vorzugsweise werden Polyurethanfolien mit einem Polyurethanschaum hinterschäumt, so dass bei dieser Materialpaarung eine besonders gute Haftung zwischen der Folie und dem Schaum erzielt wird. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Folie kann einseitig strukturiert, beidseitig strukturiert oder auch glatt sein. Für das Hinterschäumen kann gegebenenfalls ein Polyurethan oder ein anders Kunststoffmaterial mit einem Anteil Glasfasern verwendet werden, was insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen mit höheren Anforderungen an die Stabilität und/oder mechanische Belastbarkeit empfehlenswert ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen mit diesbezüglich hohen Anforderungen hergestellt werden, beispielsweise Dächer von Fahrzeugen des Roadster-Typs. Der Glasfaseranteil des verwendeten Schaums kann beispielsweise im Bereich zwischen etwa 10 % und 30 % liegen, besonders gute Ergebnisse wurden mit einem verringerten Glasfaseranteil von unter 25 %, vorzugsweise etwa 15 % bis etwa 20 % erzielt. Als besonders vorteilhaftes Material für das Hinterschäumen haben sich Polyurethanschäume erwiesen, beispielsweise ein Polyurethan mit dem Handelsnamen Elastogran von der Firma Bayer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird angestrebt, die Foliendicke auf ein Minimum zu reduzieren, um damit die Herstellkosten zu verringern. Die Materialstärke der Folie kann beispielsweise zwischen etwa 0,2 mm und etwa 1,5 mm liegen, insbesondere zwischen etwa 0,3 mm und etwa 1,2 mm. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Folien mit einer Materialstärke zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1,0 mm erzielt, wobei diese entweder einseitig strukturiert, beidseitig strukturiert oder glatt waren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der vorangegangenen Beschreibung hergestellt wurde.
Mit anderen Worten ausgedrückt betrifft die Erfindung ein an mindestens einer Oberflächenseite ein folienartiges Material mit hochwertiger Oberflächenqualität aufweisendes Bauteil, insbesondere für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs, welches mit einem Kunststoff hinterschäumt ist und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der vorgenannten Art hergestellt wurde.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Teil davon, welche mindestens ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil umfasst.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Detailbeschreibung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hohen Anforderungen an die Qualität der Oberfläche, insbesondere eines Bauteils für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs, wobei – eine die Sichtseite bildende flexible elastische Folie über ein zum Hinterschäumen verwendetes Werkzeug gezogen wird; – das Werkzeug dann geschlossen wird; – die flexible Folie nach dem Schließen des Werkzeugs in dem Werkzeug mit einem Kunststoff hinterschäumt wird und – die flexible elastische Folie durch das Hinterschäumen an die Form des Werkzeugs angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ausgangsmaterial dienende Folie als Rollenmaterial vorliegt und zu Beginn des Herstellungsverfahrens von einer Rolle abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie nach dem Schließen eines für das Hinterschäumen vorgesehenen Werkzeugs von dem Rollenmaterial abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie nach dem Hinterschäumprozess in mindestens einem Verfahrensschritt lackiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Folie ein thermoplastisches Material, insbesondere ein thermoplastisches Polyurethan dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einem Polyurethanschaum hinterschäumt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie einseitig strukturiert, beidseitig strukturiert oder glatt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Hinterschäumen ein Polyurethanschaum mit einem Anteil Glasfasern verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasfaseranteil in dem für das Hinterschäumen verwendeten Schaum mindestens etwa 10 %, vorzugsweise zwischen etwa 10 % und 30 %, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke der Folie zwischen etwa 0,2 mm und etwa 1,5 mm, vorzugsweise zwischen etwa 0,3 mm und etwa 1,2 mm, liegt.
Bauteil, insbesondere für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde.
Kraftfahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Bauteil gemäß Anspruch 11 aufweist.