DE19930001A1 - Karosserieteil, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung - Google Patents

Abstract

Ein Karosserieteil besteht aus einem faserverstärkten Kunststoffformteil (1) als tragendes Innenteil und einer damit verbundenen Außenhaut (4) aus Metall.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Karosserieteil mit einem faserverstärkten Kunst­ stoffformteil. Sie hat auch die Herstellung eines solchen Karosserieteils und dessen Verwendung zum Gegenstand.

Für Kraftfahrzeugkarosserieteile, wie Türen, werden verschiedene Leichtbaustruktu­ ren verwendet. So werden beispielsweise Aluminium- und Magnesiumwerkstoffe eingesetzt, die jedoch aufgrund von Materialermüdung, Rissempfindlichkeit beim Tiefziehen, schlechter Verschweißbarkeit und anderes mehr zahlreiche Probleme aufwerfen. Daneben werden zunehmend faserverstärkte Kunststoffkarosserieteile verwendet, beispielsweise SMC (Sheet Mould Compound)-Formteile auf Epoxid- Basis oder LNPP (Langfaserpolypropylen)-Formteile.

Da die fasrige Textur durchscheint, können diese faserverstärkten Kunststoffteile nicht oder nur mit aufwendiger Nacharbeit mit einer Lackierung versehen werden, die höchsten Ansprüchen genügt (Klasse A-Lackierung). Zudem kann die Lackie­ rung auf dem Kunststoffteil einen anderen Farbton als auf der Restkarosse aufwei­ sen. Ein weiteres Problem bilden die stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten von Kunststoff und Metall. Das heißt, wenn beispielsweise eine Metall­ karosserie mit einer Kunststofftür versehen wird, ändert sich z. B. der Türspalt mit der Temperatur. Da SMC-Formteile relativ dick sind, besitzen sie kaum Gewichts­ vorteile und erfordern zudem hohe Investitionskosten da ihre Werkzeugkosten de­ nen von Stahlblech-Formteilen nahekommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares Leichtbaukarosserieteil be­ reitzustellen, das bei geringem Gewicht mit einer auch höchsten Ansprüchen genü­ genden Lackierung versehen werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Karosse­ rieteil erreicht. In den Ansprüchen 2 bis 6 sind vorteilhafte Ausgestaltungen deser­ findungsgemäßen Karosserieteils wiedergegeben. Der Anspruch 7 hat ein bevor­ zugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Karosserieteils zum Ge­ genstand, welches durch die Ansprüche 8 und 9 in vorteilhafter Weise ausgebildet wird. Der Anspruch 10 gibt eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Karosserieteils an, und der Anspruch 11 eine wichtige Verwendungsmöglichkeit desselben.

Das erfindungsgemäße Karosserieteil besteht aus einem faserverstärkten Kunst­ stoffformteil, das ein tragendes Innenteil bildet, und einer mit dem Innenteil verbun­ denen Außenhaut aus Metall.

Da die Außenhaut keine tragende, sondern ausschließlich optische Funktion hat, nämlich eine Trägerschicht für eine auch optisch einwandfreie Lackierung zu bilden und das Innenteil zu verdecken, kann sie entsprechend dünn ausgebildet werden.

Die Außenhaut kann beispielsweise aus einem Stahl-, insbesondere Edelstahlblech bestehen oder aus einem Aluminiumwerkstoff. Die Dicke des Stahlblechs kann bei­ spielsweise 0,2 mm bis 0,8 mm, insbesondere etwa 0,5 mm betragen, die Dicke eines Aluminiumblechs beispielsweise 0,5 mm bis 1,5 mm, insbesondere etwa 1,2 mm.

Das faserverstärkte Kunststoffformteil, dass das tragende Innenteil des erfindungs­ gemäßen Karosserieteils bildet, kann ein duroplastisches oder thermoplastisches Formteil sein. Vorzugsweise wird jedoch ein thermoplastisches Formteil verwendet, also ein Formteil bei dem die Verstärkungsfasern in eine Thermoplast-Matrix einge­ bettet sind.

Faserverstärkte Thermoplast-Formteile können nämlich auf besonders einfache Weise hergestellt werden. Dazu können ein oder mehrere aufeinandergelegte Ge­ webe oder dgl. textile Flächengebilde aus den Verstärkungsfasern, die zusätzlich Fasern aus thermoplastischem Material enthalten, in der Wärme verpresst werden, wodurch die thermoplastischen Fasern aufschmelzen und die Thermoplast-Matrix bilden, in der die Verstärkungsfasern eingebettet sind.

Der Thermoplast kann irgendein bekannter zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen geeigneter Thermoplast sein, beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC) oder ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeres (ABS) oder Gemische dieser Polymeren. Die Verstärkungsfasern können Kohlenstoff-, Glasfasern, Fasern aus synthetischen Kunststoffen, beispielsweise Aramid-Fasern, oder natürliche Fasern, beispielsweise Hanffasern, sein. Kohlenstofffasern werden jedoch bevorzugt.

Zudem sind für Formteile aus thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen Werk­ zeuge mit geringen Kosten einsetzbar, beispielsweise Aluminiumwerkzeuge. Damit sind erfindungsgemäß auch Karosserieteile in kleiner Serie mit geringen Investi­ tionskosten herstellbar.

Da es das Innenteil bildet und durch die Außenhaut abgedeckt wird, kann das faser­ verstärkte Kunststoffformteil erfindungsgemäß mit Versteifungsabschnitten, wie Rip­ pen oder rinnenartigen Abschnitten, versehen werden. Solche Versteifungs­ abschnitte können beim Pressen eines thermoplastischen Formteils problemlos her­ gestellt werden. An den Versteifungsabschnitten kann dann die Außenhaut anliegen oder mit geringem Abstand angeordnet sein, wodurch größere Beulflächen verhin­ dert werden können.

Das Fügen von Kunststoffformteil und Außenhaut als letzter Arbeitsgang der Her­ stellung des erfindungsgemäßen Karosserieteils erfolgt vorzugsweise durch Kleben oder Bördeln, insbesondere durch Kleben und Bördeln.

Sowohl beim Kleben (ohne Bördeln) wie beim Bördeln (mit und ohne Kleben) wird vorzugsweise eine Außenhaut mit nach innen abgekantetem Rand verwendet. Durch die Abkantung wird ein Austreten des Klebstoffs nach außen, also sichtbar, verhindert. Andererseits wird das Bördeln durch den nach innen abgekanteten Außenhautrand vereinfacht.

Das faserverstärkte Kunststoffformteil weist an seinem Rand, der mit der Außenhaut verbunden wird, vorzugsweise einen Flansch auf. Dadurch wird zum einen eine aus­ reichend große Klebefläche gebildet und zum anderen eine Kante an dem Kunst­ stoffformteil, um die der Außenhautrand gebördelt werden kann.

Beim Bördeln hat der Klebstoff vor allem Dichtfunktion, nämlich das Eindringen von Wasser durch den Fügespalt zu verhindern. Demgemäß kann beim Bördeln statt des Klebstoffs auch eine Dichtmasse verwendet werden. Als Klebstoff bzw. Dicht­ masse können handelsübliche Klebstoffe bzw. Dichtmassen für Karosseriestruktu­ ren verwendet werden.

Da Aluminiumblech beim Umbördeln zum Reißen neigt, wird eine Aluminiumaußen­ haut bevorzugt geklebt, eine Edelstahlaußenhaut hingegen bevorzugt gebördelt. Auch ist bei Edelstahl eine Korossion durch Haarrisse, die beim Bördeln auftreten können, unkritisch. Die Beulsteifigkeit, das Gewicht, die Ziehfähigkeit sind bei Edel­ stahl im Vergleich zu Aluminiumwerkstoffen gleich gut oder besser.

Erfindungsgemäß wird eine metallische, leichte Türaußenhaut ohne tragende Funk­ tion, die nur der Optik dient, mit einem leichten, kostengünstigen tragenden Innen­ teil, nämlich einem faserverstärktem Kunststoffformteil, verbunden. Damit kann das erfindungsgemäße Karosserieteil mit der Restkarosse ohne Farbunterschiede "on line" lackiert werden.

Das erfindungsgemäße Karosserieteil kann für alle Außenhautteile eines Kraftfahr­ zeuges eingesetzt werden, also beispielsweise Kotflügel, Dach- oder Heckklappe.

Insbesondere ist es jedoch als Fahrzeugtür einsetzbar. Dabei können an dem als thermoplastisches Formteil ausgebildeten tragenden Innenteil die Anbauteile, wie Schlösser, Scharniere, Führungen und dgl. befestigt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einer Fahrzeugtür beispielhaft näher erläu­ tert. Darin zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1 die Ansicht eines Kunststoffformteils als tragendes Innenteil einer Kraftfahr­ zeugtür;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kraftfahrzeugtür mit dem Kunststoffformteil nach Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 in vergrößerter Wiedergabe im Schnitt den Klebebereich des Innenteils mit der Außenhaut; und

Fig. 4 und 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch einen alternativen Fügebe­ reich, nämlich durch Bördeln, und zwar vor bzw. nach dem Bördeln.

Gemäß Fig. 1 weist das beispielsweise durch Pressen hergestellte faserverstärkte thermoplastische Kunststoffformteil 1 an seinem Rand und diagonal rinnenartige Versteifungsabschnitte 2, 3 auf.

Gemäß Fig. 2 ist das die tragende Struktur der Tür bildende faserverstärkte Kunst­ stoffformteil 1 außen mit einer Außenhaut 4 und innen mit einer Innenabdeckung 5 und einer Türverkleidung 6 versehen. Die Außenhaut 4 besteht beispielsweise aus Edelstahlblech mit einer Dicke von etwa 0,5 mm. Das Formteil 1 kann aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Thermoplast bestehen.

An dem tragenden Innenformteil 1 werden beispielsweise die Führungsschienen 7 für die Glasscheibe 8 und die sonstigen nicht dargestellten Anbauteile der Tür, wie Fensterheber, Scharniere, Schloss, usw. befestigt, und zwar bevor die Außenhaut 4 am Formteil 1 befestigt wird. Das faserverstärkte Kunststoffformteil 1 ist damit zur Montage der Anbauteile der Tür frei zugänglich. Damit wird nicht nur die Türmon­ tage wesentlich vereinfacht, sondern zugleich die Gefahr beseitigt, dass die Außen­ haut 4 bei der Montage der Anbauteile verkratzt werden kann.

Nach der Montage der Anbauteile kann die Innenabdeckung 5 durch Schrauben, Kleben, Clipsen oder in anderer Weise mit dem faserverstärkten Kunststoffformteil 1 verbunden werden, worauf die Außenhaut 4 und die Verkleidung 6 befestigt werden.

Gemäß Fig. 3 wird die Außenhaut 4 mit dem Kunststoffformteil 1 durch einen Kleb­ stoff 9 verbunden. Um ein Austreten des Klebstoffs 9 zu verhindern, ist der Rand 10 der Außenhaut 4 nach innen rechtwinklig abgekantet. Zudem weist das Formteil 1 zur Bildung einer ausreichend großen Klebefläche 9 einen sich seitlich zum abge­ kanteten Rand 10 der Außenhaut 2 erstreckenden Flansch 11 auf.

Alternativ dazu kann gemäß Fig. 4 der abgekantete Rand 10 an der Außenhaut 4 länger ausgebildet sein, sodass er gemäß Fig. 5 um den Flansch 11 an dem Kunst­ stoffformteil 1 gebördelt werden kann. Damit wird durch Kleben und Bördeln eine besonders feste Verbindung zwischen dem Kunststoffformteil 1 und der metalli­ schen Außenhaut 4 geschaffen.

Claims (11)

1. Karosserieteil mit einem faserverstärkten Kunststoffformteil, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffformteil (1) ein tragendes Innenteil bildet und mit einer Außenhaut (4) aus Metall verbunden ist.

2. Karosserieteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das faser­ verstärkte Kunststoffformteil (1) ein faserverstärktes Thermoplast-Formteil ist.

3. Karosserieteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffformteil (1) mit Kohlenstofffasern verstärkt ist.

4. Karosserieteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Außenhaut (4) aus Stahl- oder Aluminium-Blech besteht.

5. Karosserieteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stahlblechs weniger als 1 mm und die des Aluminiumblechs weniger als 1,5 mm beträgt.

6. Karosserieteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffformteil Versteifungsabschnitte (2, 3) aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung des Karosserieteils nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoff­ formteil (1) und die Außenhaut (4) getrennt gebildet und durch Kleben und/oder Bördeln gefügt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kleben und/oder Bördeln eine am Rand (10) nach innen abgekantete Außenhaut (4) verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das fa­ serverstärkte Kunststoffformteil (1) zum Kleben und/oder Bördeln mit einem Flansch (11) versehen ist.

10. Verwendung des Karosserieteils nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Ka­ rosserieteile, an denen Anbauteile befestigt werden.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Karos­ serieteil eine Fahrzeugtür ist.