DE202005012176U1 - Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie - Google Patents

Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie Download PDF

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Abstract

Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Scheibe (12) aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung eines Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie und eine an der Innenseite der Scheibe (12) wenigstens bereichsweise angeformte Trägerschicht (14) aus thermoplastischem Kunststoff, in welcher während des Anformens in einem Sonderspritzgussverfahren ein oder mehrere Hohlräume (24) ausgebildet wurden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie.
  • Ein derartiges Verbundbauteil ist beispielsweise aus der DE 199 46 008 B4 bekannt und umfasst eine Scheibe aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung eines Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie und eine der Innenseite aufgeschäumte Kunststoffschicht (z. B. PUR-Schaum bestehend aus einem Polyol und einem Isocyanat). Zur Herstellung des Verbundbauteils wird die Scheibe in ein Schäumwerkzeug eingelegt und unterschäumt, wobei zur Erhöhung der Formstabilität und Festigkeit des Verbundbauteils die aufgeschäumte Kunststoffschicht mit einer darin eingebetteten Armierung bestehend aus Fasern oder dergleichen vorgesehen sein kann.
  • In einem Ausführungsbeispiel des bekannten Verbundbauteils besitzt die PUR-Schaumschicht einen verdickten Rand, mit welchem ein beträchtlicher Höhenunterschied zu einem Befestigungsflansch im Dachrahmenbereich eines Fahrzeugrohbaus überbrückt wird. Nachteilig ist hierbei ein vergleichsweise großer Materialaufwand, durch welchen sich zudem das Gewicht des Verbundbauteils erhöht.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik die Herstellung von einstückigen Kunststoff-Spritzgussteilen in einem so genannten Gasinnendruckverfahren ("GID-Verfahren") bekannt. Hierzu wird verwiesen auf die DE 38 11 788 C2 , die DE 40 11 310 A1 , die DE 43 34 012 C1 sowie die DE 200 14 371 U1 .
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges, stabiles und insbesondere zur Verwendung für eine Fahrzeugkarosserie gut geeignetes Verbundbauteil bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Scheibe aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung eines Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie und eine an der Innenseite der Scheibe wenigstens bereichsweise angeformte Trägerschicht aus thermoplastischem Kunststoff, in welcher während des Anformens in einem Sonderspritzgussverfahren (z. B. GID; WID; Schäumen) ein oder mehrere Hohlräume ausgebildet wurden.
  • Der hier verwendete Begriff "Scheibe" ist sehr breit zu verstehen und soll jeden eben oder gekrümmt verlaufenden, flächig ausgedehnten Plattenkörper umfassen, von welchem eine Flachseite eine sichtbare Außenfläche des betreffenden Fahrzeugs bildet, sei es im eigentlichen Karosseriebereich oder im transparenten Außenhautbereich, der auch als Verscheibung oder "Glazing" bezeichnet wird.
  • Durch die wenigstens bereichsweise an der Innenseite der Scheibe angeformte Trägerschicht aus thermoplastischem Kunststoff kann dem Verbundbauteil eine besonders große Stabilität, insbesondere Verwindungssteifigkeit, verliehen werden. Durch den oder die in der Trägerschicht im Sonderspritzgussverfahren ausgebildeten Hohlräume kann der von der Scheibe ausgebildete Außenhautbereich mit einer besonders hochwertigen Oberfläche hergestellt werden, z. B. einer "Class-A-Oberfläche", wie sie für Sichtflächen von Fahrzeugkarosserieteilen in der Automobilindustrie üblich sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerschicht wenigstens einen Bereich mit erhöhter Trägerschichtdicke auf. Zur Erzielung einer hohen Qualität der Außenoberfläche der Scheibe ist es hierbei günstig, wenn wenigstens ein Teil der Hohlräume, insbesondere ein Großteil des Hohlraumvolumens, in dem oder den Bereichen mit erhöhter Trägerschichtdicke vorgesehen ist.
  • Wenn wenigstens ein Bereich mit erhöhter Trägerschichtdicke vorgesehen ist, so führt dies bei der Erfindung nicht zwangsläufig zu einem entsprechend erhöhten Materialaufwand, da dieser Bereich einen oder mehrere Hohlräume enthalten kann. Durch die Ausbildung der Trägerschicht in einem Spritzgussverfahren lässt sich die Anzahl und Gestaltung dieser verdickten Trägerschichtbereiche individuell an die für das Verbundbauteil vorgesehene Installationsumgebung anpassen. Die verdickten Bereiche können auch vorteilhaft zur Funktionsintegration an der Innenseite des Verbundbauteils genutzt werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Bereich erhöhter Trägerschichtdicke zur Befestigung des Verbundbauteils an einem Befestigungsflansch eines Fahrzeugrohbaus vorgesehen. Bei der Befestigung, insbesondere z. B. der Verklebung oder Montage von Außenkarosserieteilen in der Automobilindustrie muss in der Regel mit einem vorgegebenen Bauraum konstruiert werden. Mit der vorstehenden Maßnahme lassen sich materialsparend und dennoch stabil gegebenenfalls vorgesehene Höhenunterschiede zwischen einer Karosserieaußenhaut und einem Befestigungsflansch (z. B. Klebeflansch) ausgleichen. Der zur Anbindung des Verbundbauteils an dem Fahrzeugrohbau vorgesehene Bereich erhöhter Trägerschichtdicke macht auch entsprechende Zusatzteile (z. B. Bleche) entbehrlich, die zur Überbrückung solcher Höhenunterschiede vorgesehen werden könnten.
  • In einer Ausführungsform ist der Bereich erhöhter Trägerschichtdicke als Befestigungsbasis für eine an der Innenseite des Verbundbauteils zu befestigende Fahrzeugkomponente vorgesehen. Lediglich beispielhaft sei hierfür eine Führungsschiene für das Beschattungssystem eines transparenten Fahrzeugdachmoduls genannt, welches unter Verwendung des Verbundbauteils ausgebildet ist.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trägerschicht rahmenartig an der Innenseite der Scheibe angeformt ist. Damit kann diese Trägerschicht vorteilhaft die Verwindungssteifigkeit des Verbundbauteils sehr effizient erhöhen. Darüber hinaus kann ein solcher Trägerschichtrahmen vorteilhaft als ein Bereich zur Anbindung des Verbundbauteils an einem Fahrzeugrohbau dienen, der auch bei Überwindung beträchtlicher Höhendifferenzen materialsparend und dennoch stabil ausgebildet sein kann.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verbundbauteil ein Fahrzeugdachmodul darstellt, welches z. B. bereits mit allen wesentlichen Komponenten eines öffnungsfähigen Dachsystems (z. B. Schiebe-Hebe-Dach etc.) versehen wird bevor es bei der Fahrzeugmontage in den Dachrahmen eines Fahrzeugrohbaus eingesetzt und beispielsweise angeklebt wird. Insbesondere für diesen Anwendungsfall ist eine rahmenartig an der Innenseite der Scheibe angeformte Trägerschicht besonders vorteilhaft. Auch kann es sich bei dem Verbundbauteil um eine Komponente zur Ausbildung eines festen (nicht öffnungsfähigen) Fahrzeugdaches handeln ("Glasfestelement"). Ganz allgemein kommen jedoch auch andere Stellen der Fahrzeugkarosserie in Betracht, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils realisiert werden können (z. B. ein Außenbereich eines Fahrzeughecks).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Scheibe zur Ausbildung eines transparenten Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Diese auch als Verscheibung oder "Glazing" bezeichneten Karosseriebereiche können durch entsprechende Wahl des Materials für die Scheibe in einfacher Weise realisiert werden. Vorteilhaft können der oder die Bereiche erhöhter Trägerschichtdicke wieder zur Befestigung der Verscheibung und/oder als Befestigungsbasis für Fahrzeuginnenkomponenten dienen. Die sichtbare Verscheibungsoberfläche kann hierbei mit der geforderten hohen Qualität realisiert werden.
  • Sowohl für eine transparente als auch eine nicht transparente Scheibe kann beispielsweise Polycarbonat (oder Polycarbonat-Blend) als Material gewählt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein derartiges Material auch vorteilhaft zur Ausbildung der Trägerschicht verwendet werden. Weitere für den hier interessierenden Anwendungsbereich geeignete Thermoplaste sind dem Fachmann wohlbekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Scheibe und/oder die Trägerschicht spritzgeprägt wird. Da während des Anformens der Trägerschicht zusätzlich ein Sonderspritzgussverfahren (insbesondere z. B. GID; WID; Schäumen) verwendet wird, kann der zum Spritzprägen bzw. Nachdrücken der Schmelze aufzuwendende Spritz-/Prägedruck vorteilhaft gering gewählt werden, so dass die Gefahr von zu hohen Eigenspannungen im Bauteil und/oder optische Defekte an der Aussenhaut (z. B. "Fenstereffekt") verringert werden, wie sie im Standardspritzguss (sowohl für 1K als auch 2K) bekannt sind. Dies macht das erfindungsgemäße Verbundbauteil wiederum besonders interessant zur Realisierung von Karosserieaußenteilen an Fahrzeugen mit einer Class-A-Oberfläche.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerschicht mittels Gas-Injektions-Technik, Wasser-Injektions-Technik oder Schäumen ausgeformt. Derartige Techniken sind dem Fachmann aus dem Bereich des 1-Komponenten-Spritzgusses wohlbekannt und bedürfen daher hier keiner detaillierten Erläuterung. Wesentlich ist bei all diesen Techniken, dass nach dem Einfüllen der Kunststoffschmelze in das Spritzgusswerkzeug lokal ein Fluid eingebracht wird oder beim Schäumen (physikalisch oder chemisch) ein Gas entsteht, wodurch die Kunststoffschmelze zur Bildung des oder der Hohlräume an den gewünschten Stellen weggetrieben wird. Dieses Material kann z. B. in andere, zuvor noch nicht gefüllte Bereiche der Werkzeugkavität und/oder in eigens hierfür vorgesehene Nebenräume der Werkzeugkavität gedrängt werden.
  • Bei der als Gas-Injektions-Technik bekannten Methode wird typischerweise Stickstoff mit einem Druck von einigen 10 bis einigen 100 bar eingeblasen.
  • Je nach gewählter Technik kann das eingebrachte Gas, Wasser oder Schäummittel zur Kompensation der Kunststoffschwindung und somit zur Vermeidung von Verzug und Einfallstellen wirken. Insbesondere für einheitliche Wanddicken der Trägerschicht kann vorteilhaft ein Schwindungsausgleich durch Schäumen angewendet werden. Gegenüber einem konventionellen Hinterspritzen einer Kunststoffscheibe mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil somit eine drastisch reduzierte Gefahr von Verzugs- und Einfallstellen sowie Eigenspannungen. Mit den in den Bereichen erhöhter Trägerschichtdicke vorgesehenen Hohlräumen kann der Bildung von Einfallstellen an der Außenseite der Scheibe bzw. Karosserieaussenhaut gezielt entgegengewirkt werden.
  • Da beim Anformen der Trägerschicht der entsprechende Formhohlraum nicht beidseitig durch üblicherweise aus Stahl hergestellte Werkzeughälften begrenzt wird, sondern auf einer Seite durch den Vorspritzling (Scheibe) begrenzt wird, der ein vergleichsweise geringes Wärmeleitvermögen besitzt, kann durch eine geeignete ungleichmäßige bzw. asymmetrische Temperaturführung der an den Formhohlraum angrenzenden Werkzeughälfte speziell auf das Verzugsverhalten durch unterschiedliche Wanddicken der Trägerschicht Einfluss genommen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
  • 1 ist eine Schnittansicht eines als Dachmodul ausgebildeten Verbundbauteils im Übergangsbereich zu einem seitlichen Dachrahmen eines Fahrzeugrohbaus,
  • 2 ist eine der 1 entsprechende Ansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
  • 3 ist eine Ansicht gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
  • 1 zeigt ein als Verbundbauteil ausgebildetes Dachmodul 10, umfassend eine aus thermoplastischem Kunststoff (z. B. aus Polycarbonat) hergestellte, transparente Dachscheibe 12, deren Außenseite eine Class-A-Oberfläche des betreffenden Fahrzeugdaches bereitstellt. An der Innenseite der Dachscheibe 12 ist eine ebenfalls aus einem thermoplastischem Kunststoff gebildete Trägerschicht 14 angeformt.
  • Die Trägerschicht 14 bildet einen am Rand der Dachscheibe 12 auf der Innenseite umlaufenden Trägerrahmen, der einerseits zur Aussteifung der Scheibe 12 und andererseits zur Bereitstellung eines von der Außenseite der Scheibe 12 beträchtlich beabstandeten Auflageansatzes dient, der mittels einer Kleberaupe 16 auf einen etwa horizontal sich erstreckenden Tragrand 18 einer seitlichen Holmkonstruktion 20 aufgeklebt ist.
  • Wenngleich dies aus der Randbereichsdarstellung von 1 nicht ersichtlich ist, so erstreckt sich der z. B. schwarz eingefärbte Trägerrahmen 14 lediglich über einen Randbereich der transparenten Scheibe 12, deren mittlerer Bereich an der Unterseite frei von dem Material der Trägerschicht 14 ist. Die Trägerschicht 14 schafft somit einen ästhetisch ansprechenden Übergang von einer großflächig transparenten Dachfläche (z. B. eines so genannten Panoramadaches) zur Außenlackierung der seitlichen Holmkonstruktion 20.
  • Die Trägerschicht 14 weist in dem in 1 dargestellten Bereich einen Bereich 22 mit einer Schichtdicke auf, die beträchtlich größer (z. B. um wenigstens einen Faktor 2) als die Schichtdicken in beiderseits benachbarten Bereichen ist. Innerhalb dieses Bereichs 22 ist ein großvolumiger Hohlraum 24 vorgesehen, der während des Anformens der Trägerschicht 14 bei diesem Beispiel in einem Gasinnendruck-Spritzgussverfahren (GID-Verfahren) ausgebildet wurde.
  • Durch diesen Hohlraum 24 wird die Stabilität des Bereiches 22 zwar geringfügig beeinträchtigt, jedoch eine Einsparung von Material und somit eine Reduzierung des Gewichtes bewirkt.
  • Darüber hinaus ist mit der Ausbildung des Hohlraumes 24 während des Anformprozesses ein weiteres prinzipbedingtes Problem des 2-Komponenten-Spritzgusses in besonders einfacher Weise gelöst. Es handelt sich dabei um die allgemeine Problematik, dass durch ein unzureichendes Nachdrücken einer zweiten Komponente, durch welches ein Schwund der Formmasse auszugleichen ist, oftmals Einfallstellen an der entgegengesetzten Seite des Vorspritzlings entstehen, insbesondere wenn die Wanddicke der zweiten Komponente vergleichsweise groß ist (z. B. wenigstens so groß wie die Dicke der Scheibe) und/oder stark variiert ("Wanddickensprünge"). Bei dem in 1 dargestellten Dachmodul 10 wird der beim Anformen der Trägerschicht 14 praktisch unvermeidliche Materialschwund gewissermaßen intern, nämlich durch den Innendruck des beim GID-Verfahren verwendeten Gases, wenigstens teilweise ausgeglichen. Damit wird der vorstehend erwähnten Problematik entgegengewirkt.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für analoge Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
  • 2 zeigt eine Modifikation, bei welcher ein Dachmodul 10a wieder aus einer Dachscheibe 12a und einer im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren damit hergestellten Trägerschicht 14a gebildet ist. Im Unterschied zu der mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsform kommt es bei der Trägerschicht 14a nach dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in das betreffende Werkzeug durch das beigemengte/zugeführte Treibmittel zu einem Aufschäumen des Materials. Die Ausbildung der Schaumstruktur ist speziell im Bereich großer Wanddicken (24a) stärker ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich wieder vorteilhaft ein Ausgleich des Schwunds durch das expandierende Gas während des Anformprozesses, so dass ein Nachdrücken von Kunststoffschmelze vergleichsweise schonend vorgesehen bzw. ganz entfallen kann.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Dachmoduls 10b, umfassend eine Dachscheibe 12b und eine Trägerschicht 14b. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind im dargestellten Bereich drei in ihrer Wanddicke vergrößerte Bereiche 22b-1, 22b-2 und 22b-3 vorgesehen.
  • Der seitlich äußere Bereich 22b-1 entspricht dem bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen Randbereich des Dachmoduls.
  • Die weiter innen liegenden verdickten Bereiche 22b-2 und 22b-3 veranschaulichen jedoch beispielhaft die vorteilhafte Nutzung derartiger jeweils mit einem Hohlraum versehenen Bereiche zur Funktionsintegration (hier betreffend Funktionen einer Dachkonstruktion). Diese Bereiche können beispielsweise zur Anbringung oder Ausbildung von weiteren Fahrzeugkomponenten, insbesondere Fahrzeuginnenkomponenten oder Komponenten eines Dachöffnungssystems genutzt werden.
  • So ist beispielsweise an der Unterseite des Bereichs 22b-3 über eine Kleberaupe 26b ein Schiebedachrahmen 28b zur Lagerung bzw. Schiebeführung eines Beschattungssystems 30b vorgesehen.
  • Bei den oben beschriebenen 2K-Glazing-Bauteilen wird in fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger Weise eine Gestaltung mit großen Wanddicken und/oder Wanddickenanhäufungen und/oder Wanddickensprüngen ohne Beeinträchtigung der Oberflächenqualität auf der Sichtseite der Bauteile ermöglicht. Neben den bereits beschriebenen Vorteilen der in den Bereichen erhöhter Wanddicke ausgebildeten Hohlräume führt das Vorsehen von Hohlräumen auch zu einer im Vergleich zu massivem Trägermaterial rascheren Abkühlung der Kunststoffformmasse, was wiederum kürzere Zykluszeiten in der Fertigung ermöglicht.
  • 10
    Dachmodul
    12
    Dachscheibe
    14
    Trägerschicht
    16
    Kleberaupe
    18
    Tragrand
    20
    seitliche Holmkonstruktion
    22
    verdickter Bereich
    24
    Hohlraum
    26
    Kleberaupe
    28
    Schiebedachrahmen
    30
    Beschattungssystem

Claims (12)

  1. Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Scheibe (12) aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung eines Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie und eine an der Innenseite der Scheibe (12) wenigstens bereichsweise angeformte Trägerschicht (14) aus thermoplastischem Kunststoff, in welcher während des Anformens in einem Sonderspritzgussverfahren ein oder mehrere Hohlräume (24) ausgebildet wurden.
  2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, wobei die Trägerschicht (14) wenigstens einen Bereich (22) mit erhöhter Trägerschichtdicke aufweist.
  3. Verbundbauteil nach Anspruch 2, wobei wenigstens ein Teil der Hohlräume (24), insbesondere ein Großteil des Hohlraumvolumens (24), in dem oder den Bereichen (22) mit erhöhter Trägerschichtdicke vorgesehen ist.
  4. Verbundbauteil nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Bereich (22) erhöhter Trägerschichtdicke zur Befestigung des Verbundbauteils an einem Befestigungsflansch (18) eines Fahrzeugrohbaus (20) vorgesehen ist.
  5. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Bereich (22) erhöhter Trägerschichtdicke als Befestigungsbasis für eine an der Innenseite des Verbundbauteils zu befestigende Fahrzeugkomponente (28) vorgesehen ist.
  6. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (14) rahmenartig an der Innenseite der Scheibe (12) angeformt ist.
  7. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundbauteil ein Fahrzeugdachmodul (10) darstellt.
  8. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Scheibe (12) zur Ausbildung eines transparenten Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist.
  9. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Scheibe (12) zur Ausbildung eines nicht transparenten Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist.
  10. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als thermoplastischer Kunststoff Polycarbonat oder ein Polycarbonat-Blend gewählt ist.
  11. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Scheibe (12) und/oder die Trägerschicht (14) in einem 2-Komponenten-Verfahren spritzgegossen und/oder spritzgeprägt wurden.
  12. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (14) mittels Gas-Injektions-Technik, Wasser-Injektions-Technik oder Schäumen ausgeformt ist.
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