DE1943008A1 - Autokarosserieteil aus chemiefaserverstaerktem Kunststoff - Google Patents

Autokarosserieteil aus chemiefaserverstaerktem Kunststoff

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DE1943008A1 DE19691943008 DE1943008A DE1943008A1 DE 1943008 A1 DE1943008 A1 DE 1943008A1 DE 19691943008 DE19691943008 DE 19691943008 DE 1943008 A DE1943008 A DE 1943008A DE 1943008 A1 DE1943008 A1 DE 1943008A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material

Description

  • Position fQX 6 Autokarosserieteil aus chemiefaserverstärktem Kunststoff Gegenstand der Erfindung ist ein Karosserieteil, vorzugsweise ein KotflUgel,eines Kraftfahrzeuges, das aus Kunststoff besteht, der mit Chemiefasern, insbesondere Synthesefasern, verstärkt ist.
  • Bisher werden bekanntlich praktisch alle Karosserieteile,die im Fahrzeugbau verwendet werden, aus Metallblech hergestelLt. lediglich die Karosserieteile, die eine Sicht möglich maschen sollen, werden aus anderen Werkstoffen, wie zum Beispiel Glas oder Plexiglas, her gestellt. Den Karasserieteilen aus Blech haftet jedoch der Nachteil an, daß sie, da sie sehr häufig der Witterung ausgesetzt sind, relativ schnell korrodieren. Man begegnet dieser Korrosion, $indem man diese Teile insbesondere an der Außenseite lackiert. Diese Lack schicht schützt natUrlioh nur solange sie unverletzt ist. Außerdem unterliegt sie selbst einer gewissen Korrosion, so daß sie hin und wieder erneuert werden muß, was mit einem gewissen Aufwand verbunden ist. Ein wesentlioh sohwerwiegender Nachteil der Bleohkarosserie besteht darin, daß sie nur ein geringes Arbeitsaufnahmevermdgen be sitzt und sich sehr leicht bleibend verformt. Dies bedeutet, daß im Zelle eines Unfalles, wenn zum Beispiel das Fahrzeug gegen eine Wand, einen Baum oder ein anderes Fahrzsug prallt, die Karosserieteile in dem Innenraum des Fahrzeuges aufgrund ihres geringen Wider standes gegen Verformung gedrückt werden und auf diese Weise den Wagenführer und die im Wageninneren befindlichen Insassen gefährden0 Außerdem spielt auoh das Gewicht der Karosserie eine entscheidende Rolle. Besonders bei Nutzfahrzugen,die eine größere Nutzlast trans portieren Scllen, ist daß Eigengewicht des Famrzeuges ein wichtiger Faktor. Vor allem bei Lastkraftwagen mit einer Tragfähigkeit von 10 bis 20 Tonnen ist es besonders vorteilhaft, zu Gunsten der zu tragenden Last das Eigengewioht des Lastfahrzeuges so niedrig wie möglich zu halten, um auf diese Weise die Motorleistung vorzugsweise fUr den Transport der Last auszunutzen.
  • Man hat verschiedentlich versucht die Blechkarosserieteile duroh solche aus Kunststoffen zu ersetzen. Die meisten derzeitigen Kunst stoffe sind Jedoch den Anforderungen, die Im Karosseriebau gestellt werden, nicht gewachsen, so daß sie in diesem Sektor noch keine technische Bedeutung erlangen konnten. Lediglich glasfaserverstärkte Kunststoffe eignen sich mit einigen Einschränkungen für diesen Ein Satz. Sie haben daher auch in einem sehr beschränkten Naße Eingang in diesen Einsatzbereich gefunden, Glasfaserverstärkte Kunststof£e verhalten sich im Bezug auf ihre Arbeitsaufnahme günstiger als Metallbleche, da sie eine höhere Arbeitsaufnahme besitzen als Metall bleeh. Sie stellen daher eine gewisse Verbesserung im Vergleich zum Ueblichen Metallbleoh dar. Ihr Nachteil besteht Jedoch darin, daß sie beim Zerbrechen in unangenehmer Weise zersplittern und dabei scharfe und fUr die menschliche Haut gefährliche Kanten bilden, die im Falle eines Unfalles zu erheblichen Verletzungen fUhren können.
  • Es bestand daher die Notwendigkeit, ein Karosserieteil zu entwickeln das diese beschriebenen Nachteile nicht besitzt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Karosserieteile aus Metall blech. oder glasfaserverstärktem Kunststoff durch Karosserieteile aus chemiefaserverstärktem Kunststoff ersetzt werden. Hierbei erden unter Chemiefasern alle Faserarten verstanden, die auf synthetischem Wege gewonnen werden einschließlich der Regeneratzellulose. Wegen ihres geringen Feuchtigkeitsaufnahmevermögens sind Jedoch besonders Synthesefasern auf Polyester- und Polyamidbasis als Verstärkungsma terial für den Kunststoff geeignet. Von den Synthesefasern haben sich besonders Polyesterfasern bewährt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sie sich aufgrund ihrer chemischen Konstitution gut in die Kunststoffe einarbeiten lassen und hierin gut haften und daß sie im unteren Dchnungsbereich eine hohe Formstabilität besitzen, d.h. bei Kraftbeanspruchungen im unteren Dehnungsbereich weichen sie nur sehr wenig in Dehnung aus, um die Kraft aufzunehmen. Bei dem Kunststoff, der mit diesen Fasern verstärkt wird, handelt es sich in den meisten Fällen um ein ungesättigtes Polyesterharz auf Basis Maleinsäure, Styrol und Xthylenglykol. Es kannen Jedoch auoh Epoxidharze oder Metacrylatharze verwendet werden. Ebenso eignen sich Alkyd harze und Pnenolharze als Harzkomponente. Der Verstärkungseffekt durch die. Fasern hängt sehr stark ab von ihrer Konzentration im Marz. Versuche haben ergeben, daß sich der Prozentsatz des Faseranteils in engen Grenzen zu bewegen hat. Hierbei wurde als Ver stärktuigsoptimum ein Zusatz von 50 bis 35 ç Fasern bezogen auf die gesamte Verbundkörpermenge gefunden. Ein höherer Faseranteil als 35 % kann nicht in <las Harz eingebracht werden, da dieHarzmenge in diesem Falle gegenüber der Fasermenge so klein ist, daß sie nicht mehr in der Lage ist, das gesamte Fasermaterial zu umhUllen. Vielmehr bleiben Teile der Fasern, vielfach in Form von Nestern, harztrei und stellen somit Fehlstellen im Verbundkörper dar. Genau wie bei der Begrenzung des Faserprozentsatzes nach oben besteht auoh eine Begrenzung des Faseranteils in Hinsicht auf die optimalen Eigenschaften des Verbundkörpers nach unten. Da bei diesem erfindungsgemäßen Verbundkörper besonderer Wert auf seine hohe Schlagzähigkeit gelegt wird und bekanntlich die Schlagzähigkeit des reinen Harzes relativ niedrig liegt. muß der Faseranteil mindestens 25 % wiegen um noch eine ausreichende Verstärkung auf das Kunstharz in Hinsicht auf die Schlagzähigkeit des Verbundkörpers zu ergeben Bereits bei einem Faseranteil von nur 20 % bezogen auf die Masse des gesamtenVerbundkörpersnähert sich der Wert der Schlagzähigkeit schon sehr stark dem des reinen Harzes, da bei diesem Prozentsatz an Fasern schon sehr viel unverstärktes Harz sich im Verbundkörper befindet, was sich naturgemäß auf die Schlagzähigkeit des Verbundkörpers ungünstig auswirkt. Aus den nachstehend aufgefUhrten Zahlen geht hervor, in welchem Maße die Schlagzähigkeit durch die Faser verbessert wird. Zum Vergleich wird auch der glasfaser verstärkte Kunststoff herangezogen, um zu verdeutlichen, wie die Chemlefaser der Glasfaser überlegen ist.
  • Unverstärktes, ungesättigtes 2 kp x cm/cm³ Polyesterharz (Leguval N 30) Polyesterharz mit 30 % Glasfasern 7 kp x cm/cm³ Polyesterharz mit 30 % Polyesterfasern 60 kp x cm/cm³.
  • Neben der Sohlagzähigkeit ist auch das Arbeitsaufnahmevermögen des chemiefaserverstärkten Kunstharzes nennenswert höher als das des glasfaserverstärkten Kunststoffes sowie des reinen Kunstharzes.
  • Hierbei verhält sich das Arbeitsaufnahmevermögen von reinem Harz zu glas,faserverstärktem Harz zu polyesterfaserverstärktem Harz wie 1 t 10 : 100. Weiterhin ist die Dauerschlagbeständigkeit des chemie faserverstärkten Kunststoffes ungleich besser als die des glasfaser verstärkten Kunststoffes sowie die des reinen Harzes. Bringt man beispielsweise mittels eines Dauerpendelsohlaggerätes auf Prüflinge die Energie auf, die etwa 5 % der Energie ausmacht, die notwendig ist um den PrUfllng in einem Schlag zu durchschlagen, dann ergibt sich daß das reine Harz nach 3 bis 5 Schlägen in 2 Teile zerteilt wird, der glasfaserverstärkte Kunststoff wird nach 2 bis 3000 Schlägen in 2 Teile zerlegt und der chemiefaserverstärkte Kunststoff wird dagegen erst in 200 000 Schlägen zerschlagen. Dieser Versuch beweist deutlich, daß die dynamische Belastbarkeit des chemiefaserverstärkten Kunststoffes wesentlich höher ist als die des glasfaserverstärkten Kunst stoffes sowie des reinen Harzes.
  • Zur Herstellung von Formteilen, die als Karosserieteile dienen können, geht man in folgender Weise vor: Man stellt aus der Faser nach dem Blas- oder Krempelprinzip eine Matte her mit einem Gewicht von etwa 300 g/qm. Diese Matte wird nach dem Umkehrverfahren mit dem Kunstharz, das bereits Härter und Beschleu nigungsmittel enthält, getränkt in der Weise, daß in der getränkten Matte 30 S Faseranteile und 70 % Kunstharzanteile sich befinden.
  • Das Aufbringen flach dem sogenannten Umkehrverfahren bedeutet hierbei, daß die notwendige Harzmenge auf eine Begleitfolie auf gestrichen wird und auf diese bestrichene Folie das Vlies zuläuft und angepresst wird. In den meisten Fällen arbeitet man mit 2 Folien die Jeweils mit der Hälfte der notwendigen Harzmenge berakelt werden und gleichzeitig von beiden Seiten auf das vlies auflaufen und angepresst werden. dieses Vlies, das mit Harz imprägniert ist und das man Prepreg nennt,wird nach einer bestimmten Lagerungszeit auf, die den Formteilen entsprechende Größe zugeschnitten oder gestanzt und nach entfernen der oben und unten befindlichen Polyäthylen-Folie in eine Presse eingelegt und mit einem Flächendruck von 30 bis 50 kp/cm² bei einer Temparatur von 120 bis 170 c verpresst. Nach wenigen Minuten hat der Preßling seine endgültige Form erhalten und kann aus der Presse entfernt und abgekühlt werden.
  • Preßlinge aus chemiefaserverstärktem Kunstharz können durch Zugabe von Farbstoff zum Kunßtharz gefärbt werden und eignen sioh hervor ragend zur Herstellung von Autokarosserieteilen, zum Bespiel Kotflügel. Aufgrund ihrer hohen Schlagzähigkeit und ihres großen Arbeitsaufnahmevermögens verhalten sie sich besonders günstig beim Auffahren des Kraftfahrzeuges auf harte Gegenstände. Hierbei verwan dem sie die Energie des Fahrzeuges aufgrund ihres großen Arbeitsaufnahmevermögens in Wärme und Schwingung und haben somit eine Bremsenwirkung, woduroh der Aurtahruntall in seiner Wirkung gemildert wird. Bei leichterem Auffahren des Kraftfahrzeuges auf harte Gegen stände geht das chemiefaserverstärkte Autokarosserieteil in den meisten Fällen wieder in seine ursprüngliche Form zurUok und zeigt praktisch keinerlei Deformation, so daß das Kraftfahrzeug seine Fahrt nach einem Auffahren unbehindert fortsetzen kann. Neben dieser großen Verbesserung in Hinsicht auf die Unfallminderung besitzt das chemiefaserverstärkte Autokarosserieteil auch eine wesentlich bessere Korrosion und Witterungsbeständigkeit als die bisher gebräuchlichen Werkstoffe.
  • In Figur eins ist ein Autokarosserieteil in Form eines Kotflügels in mehreren Ansichten schematisch dargestellt, Hierbei ist: 1 Vorderansicht.
  • 2 Einsparung für Lampeneinsatz..
  • 3 Seitenansicht von außen.
  • 4 Seitenansicht von innen.
  • 5 Einsparung rur Befestigung.
  • Eine zweite Sorte von Preßlingen aus chemiefaserverstärktem Kunststoff besteht darin, daß man die Fasern nicht in Matten- oder Vliesform verwendet sondern als Stapelfaser, sogenannte Flocke. Hierbei wird das Kunstharz in einem Mischer, der einen relativ langsam laufenden, starken Mischarm enthält die entsprechende Menge Kunstharz mit Beschleuniger und Härtungsmittel vorgelegt und die Flocke hierin allmählich eingerthrt. Beim Einrühren der Flocke ist eine gewisse Vorsicht geboten, da sich bei zu raschem Eintragen mit Harz noch nicht genetzte Flooke zwischen dem RUhrwerkboden und dem -arm setzt und hiermit das RUhrwerk zum Stillstand gebracht werden kann, wobei leicht Defekte auftreten können. Bei langsamem gleichmäßigen Eintragen der Flocke in das vorgelegte Kunstharz entsteht allmählich ein Kunstharz-Fasergemisch, das ein relativ trockenes und sauerkrautartiges Aussehen besitzt und Prerix genannt wird. Dieses Premix kann man anstelle des gebräuchlichen Preprege in die Preßform einbringen und ganau wie den Prepreg zu einem Formling verpressen. Vor allem bei der Herstellung von komplizierten kleineren Formlingen oder Preßlingen ist das Arbeiten mit Premix vorteilhaft, da das Premix durchweg eine bessere Fließfähigkeit in der Preßform besitzt als ein Prepreg und damit die Form in allen ittren Teilen besser ausfüllt und auf diese Weise Leerstellen oder Fehlerhafte Stellen im Preßling vermieden werden. Bei der Verwendung von Premix ist die Stapellänge der eingesetzten Faser bedeutend kUrzer als bei der Verwendung von Prepregs. Zur Herstellung von Matten fUr die Prepregs setzt man Fasern mit einer Schnittlänge von 20 mm und höher ein, vorzugsweise wird eine Stapellänge von etwa 50 mm verwendet. Bei der Herstellung von Premlt kann man dagegen nicht von einem so langen Stapel der einzumischenden Faser ausgehen, da sich die langen Fasern um den Arm des Rührwerkes wickeln und allmählich ein Rühren unmöglich machen. rne Stapellänge der bei Premix verwendeten Fasern beträgt daher nur 10 bis maximal 20 mm. dies hat zur Folge, daß auch die Festigkeitswerte der hieraus hergestellten Formteile etwas ungünstiger liegen als die mittels Prepreg hergestellten. Jedoch ist der Unterschied nicht so gravierend, daß hierdurch das Premix-Verfahren undiskutabel wäre. Beide Verfahren sind zur Herstellung von ohemiefaserverstärkten Autokarosserieteilen geeignet.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r u c h
    Anspruch 1 Aut rosserieteil aus chemiefaserveratärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus einem ungesätttgtem Polyester harz besteht, das mit 20 bis 40 « Polyesterrasern verstärkt ist und eine Schlagzähigkeit von mindestens 20 kp x cm/cm³ besitzt.
    Anspruch 2 Autokarosserieteile aus chemiefaserverstärktem Kunststoff, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß anstelle von ungesättigtem Polyesterharz auch Epoxidharz, Acrylharz, Phenolharz, Alkydharz und andere synthetische. Harze oder deren Mischungen verwendet werden können.
    Anspruch 3 Autokarosserieteil aus chemiefaserverstär'ktem Kunststoff, gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsma'-terial außer Polyesterfasern auch andere Synthesefasern wie zum Beispiel Polyamid-, Polypropylen-, Polyacrylnitril-, Polyvinylalkohol-Fasern oder deren Mischungen wie auoh Naturfasern, zum Beispiel Wolle, Baumwolle, Leinen, Jute usw. und auch Fasern auf Basis regenerierte Zellulose, wie zum Beispiel Reyon, Cupro usw. verwendet werden können.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2755970A1 (de) * 1977-12-13 1979-06-21 Kiss Consulting Eng Formteil zur innenverkleidung von fahrgastzellen in fahrzeugen aus verpressten zellulosefaserwerkstoffen oder gefuellten oder ungefuellten thermoplastischen kunststoffen
DE2937399A1 (de) * 1979-09-15 1981-04-02 Empe-Werke Ernst Pelz Gmbh & Co Kg, 8192 Geretsried Ausstattungsteil fuer fahrzeuge und verfahren zu seiner herstellung
WO2010006718A1 (de) * 2008-07-18 2010-01-21 Webasto Ag Fahrzeug-bauteil aus kunststoff

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