DE2910173C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Karosserieteilen und ähnlichen, unregelmäßig geformten Bau­ teilen in Sandwichbauweise, wobei zwischen zwei Außenschichten aus faserverstärktem, aushärtendem Kunststoff eine mit den Außenschichten fest verbundene, aus einem Schaumkunststoff bestehende Zwischenschicht angeordnet ist, und die erste die Außen- oder Sichtfläche bildende Außenschicht auf einer starren, wiederverwendbaren Form aufliegt.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Die Karosserieteile, mit denen sich die Erfindung beschäftigt, können Karosserieteile von Kraftfahrzeugen sein, also bei­ spielsweise Kotflügel, Motorhauben oder ähnliche Bauteile. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auch bei anderen Karosse­ rieteilen anwendbar, beispielsweise bei Bauteilen von Flug­ zeugen oder Booten. Auch können gemäß der Erfindung andere Bauteile, die ähnlich unregelmäßig geformt sind wie Karosse­ rieteile, für beliebige Zwecke hergestellt werden.

Ein Verfahren der eingangs genannten Gattung wird beispiels­ weise bei der Herstellung von Bauteilen für Segelflugzeuge angewandt. Dabei wird in einer Form aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material, das ein exaktes Negativ des zu bildenden Teils darstellt, die erste Außenschicht als Laminat eingebracht. Dabei werden Gewebestreifen aus Glasfasern oder einem anderen Faserwerkstoff in die Form eingelegt, nachdem zunächst die Form zur Erleichterung des Ausformens entspre­ chend vorbereitet und behandelt worden ist und gegebenenfalls auch zuerst eine Farbschicht eingebracht worden ist. Der Kunststoff, mit dem das Laminat getränkt wird, kann beispiels­ weise ein Epoxydharz sein, wobei bezüglich der Aushärtezeit des aus zwei Komponenten gemischten Kunststoffes auf die Vor­ bereitungsdauer in der Form Rücksicht zu nehmen ist. Ist die erste, die Außen- oder Sichtfläche bildende Außenschicht, in die Form eingebracht, wird auf die Innenflächen der ersten Außenschicht Schaumkunststoff aufgelegt, der entsprechend zu­ geschnitten und bearbeitet ist, um sich möglichst gut der in der Regel gewölbten Form des Karosserieteils anzupassen. Die Anpassung gelingt bei Wölbungen, die abwickelbar sind, ver­ gleichsweise gut. Bei Wölbungen mit kleinem Radius und insbe­ sondere bei sphärischen Bauteilen steigt jedoch der Aufwand zur Vorbereitung des Schaumkunststoffes an die jeweilige Gestalt stark an. Ist die die Zwischenschicht bildende Schaum­ kunststoffschicht aufgebracht, wird ähnlich wie bei der ersten Außenschicht die zweite Außenschicht aufgebracht. Um eine sichere Verbindung der drei Schichten der Sandwichbauweise zu erreichen, ist es anschließend notwendig, die drei Schichten mechanisch gegeneinander zu drücken. Die Verwendung einer ent­ sprechenden Innenform verbietet sich hierbei, weil nur dann befriedigende Ergebnisse erhalten würden, wenn die Außen- und die Innenform in der Lage wären, die notwendigen hohen Drücke aufzubringen bzw. zu übertragen. Im allgemeinen wird daher auf die Innenschicht eine luftundurchlässige Abdeckung abgelegt, und es wird zwischen dieser Abdeckung und der Form ein Vakuum erzeugt.

Der beschriebene Herstellungsvorgang mit den Nebenarbeiten erfordert Stunden, dem die Aushärtezeit des Kunststoffes anzu­ passen ist, und nur in Ausnahmefälle wird es möglich sein, eine Form mehr als einmal pro Arbeitstag zu beschicken. Zur Herstellung von größeren Stückzahlen ist dieses Verfahren daher unbrauchbar.

Aus der DE-OS 15 04 973 ist ein Verfahren bekannt geworden zur Herstellung von Behältern zur Lagerung von Druckmitteln. Diese Behälter sollen thermisch isoliert werden. Dabei wird derart vorgegangen, daß die Behälter auf einem zerstörbaren oder abnehmbaren Dorn geformt werden, und zwar durch einen Wickel­ vorgang. Auf die erste, auf dem Dorn oder dergleichen geformte Außenschicht wird eine sich erhärtende Schaummasse aufge­ bracht, und schließlich wird die zweite Außenschicht ähnlich wie der erste Außenschicht aufgewickelt. Bei diesem Verfahren hat die Zwischenschicht im wesentlichen die Aufgabe einer thermischen Isolation.

Abgesehen davon, daß die angegebene Druckschrift nicht aus­ führt, wie bei einem geschlossenen Behälter der Dorn entfernt werden könnte, ohne diesen völlig zu zerstören, ist dieses Verfahren nur bei im wesentlichen rotationssymmetrischen Teilen anwendbar. Sehr unregelmäßig geformte Karosserieteile oder dergleichen können aber nicht durch einen Wickelvorgang hergestellt werden.

In der DE-OS 27 59 077 ist ein ähnliches Wickelverfahren be­ schrieben, wobei ein zusammenlegbarer Dorn vorgeschlagen wird.

Die DE-OS 24 26 095 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Großbehältern, wobei auf einen aufblasbaren Sack die verschiedenen Schichten aufgebracht werden und der Sack nach der Aushärtung entfernt wird. Ein aufblasbarer Sack besitzt aber keine hinrreichend exakte Gestalt, um darauf komplizierte Karosserieteile zu formen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs ange­ gebene Verfahren zur Herstellung von Karosserieteilen und ähnlichen, unregelmäßig geformten Bauteilen, dahingehend zu verbessern, daß es möglich wird, die Arbeitsgeschwindigkeit und den Ausnützungsgrad der einzelnen Formen beträchtlich zu steigern, ohne dabei den Arbeitsaufwand zu vergrößern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß auf die erste Außenschicht die Zwischenschicht aufgespritzt wird, und daß auf diese Zwischenschicht, nachdem diese eine hin­ reichende Formbeständigkeit erreicht hat, die zweite, die Innenfläche bildende Außenschicht, aufgebracht wird.

Da bei der Erfindung die Zwischenschicht aufgespritzt wird, paßt sich diese ohne besondere Maßnahme der jeweiligen Gestalt der ersten Außenschicht an. Es ist klar, daß hierdurch der ganze Aufwand für das Einbringen der aus Schaumkunststoff bestehenden Zwischenschicht reduziert wird. Eine Vorberei­ tungszeit für das Aufbringen dieser Zwischenschicht entfällt, und auch die Anpassung an komplizierte Formen bereitet keine Schwierigkeiten. Es ist nur durch geeignete Mittel darauf zu achten, daß die Zwischenschicht jeweils annähernd die ge­ wünschte Stärke besitzt, wobei die Stärke dieser Zwischen­ schicht auch durchaus veränderlich sein kann.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor, daß die Zwischen­ schicht aufgebracht wird, bevor die erste Außenschicht ausge­ härtet ist. Auch ist es günstig, daß die Zwischenschicht nach dem Aufspritzen aufschäumt, und die zweite Außenschicht nach dem Aufschäumen aufgebracht wird. Es ist gefunden worden, daß diese Herstellungsart die besten Ergebnisse bringt. Mittels einer Spritzpistole wird beispielsweise Polyurethan-Schaum­ kunststoff aufgebracht, der kurz vor dem Verspritzen aus seinen beiden Komponenten gemischt worden ist. Die Spritz­ pistole wird in geeigneter Geschwindigkeit entweder von Hand oder auch maschinell über die Form geführt, wobei ähnlich wie beim Farbspritzen auch mehrfache Schichten übereinander gelegt werden können, so daß eine sehr gleichmäßige Schicht erhalten wird. Auch Automaten, die nach einem bestimmten Programm die Beschichtung aufbringen, wobei auch die Ausrichtung der Spritzpistole der Form anzupassen ist, können angewandt werden und es ist gefunden worden, daß auf diese Weise sehr befrie­ digende Ergebnisse erhalten werden.

Schon beim Randspritzvorgang kann eine sehr gleichmäßige Schichthöhe erzielt werden und die Schwankungen der Schichtstärke können leicht in der Größenordnung eines Zehntels der Gesamt­ schichthöhe und geringer gehalten werden.

Gemäß der Erfindung wird dann auf diese aufgespritzte, aufge­ schäumte Zwischenschicht die zweite Außenschicht aufgebracht, die dann in der Regel die Innenschicht des Karosserieteils bildet.

Das Aufspritzen der aus Polyurethan-Schaum bestehenden Zwischen­ schicht auf die Außenschicht, die vorzugsweise noch nicht aus­ gehärtet ist, ergibt ohne besondere Maßnahmen eine absolut feste Verbindung der beiden Schichten untereinander. Es besteht keinerlei Gefahr eines Lufteinschlusses. Wegen des Aufschäumvor­ ganges ergibt sich auch eine großflächige Kontaktstelle zwischen den benachbarten Schichten, die ausreichend in der Lage ist, die auftretenden Schubkräfte bei der Belastung des Bauteils zu übertragen.

Wird die zweite Außenschicht auf die Schaumschicht aufgebracht, ist die Schaumschicht zwar schon ausgehärtet, sie bildet aber ebenfalls eine ungestörte Fläche ud ergibt eine sehr gute Flächenhaftung an der aufgebrachten zweiten Außenschicht, so daß auch in diesem Bereich eine sichere Verbindung der beiden Schichten untereinander gewährleistet ist. Es ist daher bei der Erfindung nicht notwendig, nach dem Aufeinanderfügen der drei Schichten einen Zusammendrückvorgang anzuwenden, um eine sichere Haftung zu gewährleisten.

Alle Maßnahmen, die bisher hierfür notwendig waren, können entfallen.

Dadurch erreicht die Erfindung weiter eine Beschleunigung beim Herstellungsvorgang, was wiederum dazu führt, daß eine Sicherheit besteht, daß innerhalb einer be­ stimmten Zeit alle Arbeitsgänge abgeschlossen sind. Man kann da­ her Kunststoffe für die Außenschichten benützen mit einer Aus­ härtezeit, die sich nur nach Minuten bemißt, wobei die Aushärte­ zeit für die Zwischenschicht ohnehin weit unterhalb einer Minute liegt. Dadurch wird weiter erreicht, daß auch im Rand­ bereich, wo die beiden Außenschichten in der Regel aufeinander­ liegen, eine feste Verbindung der Außenschichten untereinander sicher gewährleistet ist.

Wenn auch bei der Erfindung gerade durch die mögliche schnelle Herstellungsweise ohne besondere Maßnahmen eine sichere Haftung der einzelnen Schichten aneinander gewährleistet sein wird, schließt dies doch nicht aus, bei der Anwendung besonderer Kunststoffe zwischen den einzelnen Schichten auch Klebeschichten od. dgl. vorzusehen, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung entscheidend verändert würde.

Die Außenschichten, die die Erfindung anwendet, können als Laminat herkömmlicher Ausgestaltung aufgebaut sein. Es können also beispielsweise Gewebestreifen aus Glasfasergewebe in Kunststoff getränkt verarbeitet werden. Die Erfindung schließt auch die Verwendung von Kohlefasern und anderen Fasern ein.

Besonders günstig wird das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn eine oder wenn beide Außenschichten im Faser­ spritzverfahren aufgebracht werden. Beim Faserspritzver­ fahren wird beispielsweise in der Weise vorgegangen, daß Fasern, beispielsweise Textilglasroving einem Schneidwerk zugefüht werden, das die Fasern in Abschnitte unterteilt und daß diese Fasern dann durch Druckluft zusammen mit einer geeigneten Kunststoff- vorzugsweise Kunstharzsprühvorrichtung bespritzt werden. Die Fasern lagern sich dann wirr in den Kunststoff ein und ergeben eine ähnliche Wirkung, wie die bekannten Fasergewebe. Zwar ist es in der Regel so, daß die Festigkeitswerte beim Faserspritzverfahren geringer sind, als beim herkömmlichen Verfahren des Verarbeitens von Gewebe. Die Verminderung der Festigkeit ist jedoch in vielen Fällen durchaus hinnehmbar, wenn dazu die sonstigen Vorteile, ins­ besondere die Vorteile im Hinblick auf die Beschleunigung des Arbeitsablaufes berücksichtigt werden.

Insgesamt erreicht die Erfindung ein Verfahren, mit dem es möglich ist, Karosseriebauteile, auch solche sehr komplizierter Form auf einfachem Wege herzustellen. Es ist nur notwendig, daß eine geeignete Negativform vorliegt, die aber leicht her­ stellbar ist, weil die Negativform bei der Erfindung praktisch keinerlei mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Die Negativform kann also beispielsweise aus Kunststoff geringer Festigkeit bestehen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ge­ kennzeichnet durch eine Maskenanordnung zum Aufspritzen der Zwischenschicht, von der die eine Maske auf dem Rand­ bereich und/oder einem Zwischenbereich der ersten Außen­ schicht aufliegt, während die andere Maske in einem Ab­ stand von der ersten Außenschicht angeordnet ist; hierdurch läßt sich ein verlaufender Randbereich der Zwischenschicht bilden.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich leicht und ohne besonderen Aufwand die Randausbildung erreichen, die bei der Sandwichbauweise in der Regel erwünscht ist. Es wird am Karosserieteil od. dgl. ein fester Rand erhalten, der die Verbindung mit anderen Elementen zuläßt und die Verbindung der Außen- und Innenschicht erhält eine solche Form, daß die äußeren Kräfte gut ein- und weitergeleitet werden.

Als Werkstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren können die an sich bekannten Werkstoffe verwendet werden. Beispielsweise kann das Laminat der Außenschicht und Innenschicht durch die bekannten Fasern, also Glasfasern, Kohlefasern oder auch andere Fasern gebildet sein, die in einem Kunststoff bzw. Kunstharz eingebettet sind. Hierbei findet beispielsweise Epoxydharz Verwendung oder auch Polyesterharz.

Die Aushärtezeit kann, wenn gewünscht, durch Wärmeeinwirkung beschleunigt werden.

Für die Zwischenschicht findet vorzugsweise Polyurethanschaum Verwendung, der an sich bekannt ist.

Polyurethanschaum, der nach dem Verarbeiten durch Spritzung aufschäumt, ist bisher beispielsweise verwendet worden für die Abdichtung von Dächern. Die beiden Komponenten, die nach der Vermischung miteinander reagieren, sind Polyol und Isocyanat. Diese Komponenten werden unter Druck und bei ge­ eigneter Erwärmung der Spritzpistole zugeführt. Vor dem Aus­ tritt aus der Spritzpistole werden die Komponenten unter­ einander gemischt, so daß nach dem Auftreffen auf der Innen­ seite der Außenschicht sofort der Aufschäumvorgang beginnt.

In der Zeichnung ist schematisch eine Einzelheit der Erfindung dargestellt.

Die Negativform 7 vor dem Einbringen der ersten Außen­ schicht 5 in geeigneter Weise vorbereitet, so daß die Aus­ formung nach dem Ablauf aller Arbeitsgänge ohne Schwierig­ keiten möglich ist. Es kann eine geeignete Farbschicht einge­ bracht werden, die dann die äußere Farbbeschichtung des Karosserieteiles od. dgl. bildet.

Nach entsprechender Vorbereitung wird das Laminat der ersten Außenschicht 5 aufgebracht. Die Aushärtezeit kann beispiels­ weise fünf Minuten betragen. In das noch feuchte Laminat wird die Zwischenschicht 3 eingespritzt, und zwar mittels der Spritz­ einrichtung 8, die entweder von Hand oder maschinell im Sinne des Doppelpfeiles 9 geführt wird. Der Spritzeinrichtung 8 werden die beiden Komponenten des Polyurethanschaums durch die Rohrleitungen 10 und 11 zugeführt.

Die Maske 1 sorgt dafür, daß beim Aufspritzen der Zwischen­ schicht 3 der Randbereich 4 nicht vom Schaum belegt wird. Die Maske 2 bringt einen verlaufenden Randbereich 6.

Nach dem Aufbringen und Aufschäumen der Zwischenschicht 3 wird die Maskenanordnung 1, 2 entfernt und die mit strich­ punktierten Linien angedeutete zweite Außenschicht 12 auf­ gebracht, vorzugsweise in gleicher Weise wie die erste Außen­ schicht 5.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können in verschiedener Weise abgewandelt und weiterentwickelt werden. Wenn es in der Regel auch zu bevorzugen ist, das Aufschäumen nach dem Aufbringen auf die erste Außenschicht zu bewirken, so kann bei bestimmten Werkstoffen doch auch so vorgegangen werden, daß ein noch nicht erhärteter, plastischer Schaum aufge­ bracht wird, der nach einer gewissen Zeitspanne erhärtet. Die Einschaltung von Streichvorgängen kann die Erreichung einer gewünschten Schichtstärke erleichtern.

In besonderen Fällen kann die Erreichung einer bestimmten Innenkontur am Karosserieteil wünschenswert sein, die sich nicht allein durch entsprechende Steuerung der Stärke der Zwischen­ schicht 3 erreichen läßt. Für diese Fälle ist es beispielsweise durchaus möglich, auf die zweite Außenschicht nochmals eine Schaumschicht aufzusetzen und diese durch eine weitere Außen­ schicht abzudecken. Auch die Einbettung von Beschlagteilen und deren ganze oder teilweise Überdeckung ist ohne weiteres durchführbar.

In der Regel wird die erste Außenschicht diejenige Schicht sein, die von außen sichtbar ist, während die zweite Außen­ schicht keine Sichtfläche besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch angewandt werden, wenn es darum geht, Bauteile ohne äußere Sichtflächen zu schaffen oder auch, wenn beide Außenschichten sichtbar sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Karosserieteilen und ähn­ lichen, unregelmäßig geformten Bauteilen in Sandwich­ bauweise, wobei zwischen zwei Außenschichten aus faser­ verstärktem, aushärtendem Kunststoff eine mit den Außen­ schichten fest verbundene, aus einem Schaumkunststoff bestehende Zwischenschicht angeordnet ist, und die erste die Außen- oder Sichtfläche bildende Außenschicht auf einer starren, wiederverwendbaren Form aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Außenschicht die Zwischenschicht aufgespritzt wird, und daß auf diese Zwischenschicht, nachdem diese eine hinreichende Form­ beständigkeit erreicht hat, die zweite die Innenfläche bildende Außenschicht aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aufgebracht wird, bevor die erste Außenschicht ausgehärtet ist.

3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht nach dem Aufspritzen aufschäumt, und die zweite Außen­ schicht nach dem Aufschäumen aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder beide Außenschichten im Faserspritzverfahren aufgebracht werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Randbereich die Außenschichten direkt aufeinanderliegend aufge­ bracht werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichet durch eine Maskenanordnung (1, 2) zum Auf­ spritzen der Zwischenschicht (3), von der die eine Maske (1) auf dem Randbereich (4) und/oder einem Zwischen­ bereich der ersten Außenschicht (5) aufliegt, während die andere Maske (2) in einem Abstand von der ersten Außenschicht angeordnet ist.