DE60120835T2

DE60120835T2 - Warmgeformte Radhausschale und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60120835T2
Application number: DE60120835T
Authority: DE
Inventors: Luigi Fiorinelli; Umberto Demichelis; Franco Tasca
Original assignee: San Valeriano SpA
Current assignee: San Valeriano SpA
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: EP1157798B1; IT1320370B1; EP1157798A3; EP1157798A2; BR0102813A; DE60120835D1; US20020012771A1; ITTO20000483A1; US6821605B2; ATE330766T1; ITTO20000483A0

Description

Diese Erfindung betrifft eine thermogeformte Radkastenplatte, die man von einer Tafel aus einem thermoformbaren Kunststoff erhält, sowie ein Verfahren für deren Herstellung.
Thermoformverfahren für thermoformbare Kunststoffe sind auf dem Fachgebiet bekannt und werden aus wirtschaftlicher Sicht bei der Herstellung von geformten Platten vorzugsweise verwendet. Eine Einschränkung bei diesen Verfahren besteht im Allgemeinen darin, dass die thermogeformten Gegenstände, die man damit erhält, gegenüber liegende Flächen besitzen, die so geformt sind, dass sie einander komplementär sind. Wenn Platten hergestellt werden sollen, die Verstärkungsrippen oder Wülste besitzen, um beispielsweise die mechanische Festigkeit gegen ein Verbiegen zu verbessern, oder um auf jener Fläche der Platte, auf der sich die Vorsprünge befinden, ein gutes Aussehen und nützliche Eigenschaften zu erhalten, um die Platte in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Gestalt zu formen, umfasst ein herkömmliches Thermoformverfahren das Verformen von beiden Flächen der Platte. Im Allgemeinen verursacht das Vorhandensein von einer Rippe, die von einer Fläche der Platte vorspringt, das Vorhandensein einer entsprechenden Konkavität auf der anderen Fläche, wobei dies eine Einschränkung im Hinblick auf jene Formen darstellt, die man mit einem Thermoformverfahren erhalten kann.
Besonders bei Platten mit großen Abmessungen ist das Ausbilden von Verstärkungsrippen oft eine wesentliche Forderung, um eine hinreichende Struktursteifigkeit zu erreichen, wobei dies, wie oben erwähnt wurde, zu Einschränkungen im Hinblick auf das gute Aussehen von einer der beiden Flächen in der Platte führt.
WO98/30466A beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz eines großvolumigen Behälters mit einer dreischichtigen Kunststoffwand, die eine kompakte Außenschicht, eine kompakte Innenschicht und eine geschäumte Zwischenschicht besitzt. Die Vorrichtung wird dadurch hergestellt, dass eine vorgegebene Länge eines rohrförmigen Vorformlings mit einer dreischichtigen wand oder einem dreischichtigen Kunststoff in eine offene Form extrudiert wird. Ein Formkern wird von unten in den ausgedehnten rohrförmigen Vorformling eingebracht und die offene Form geschlossen, um einen Formhohlraum zwischen der Form und dem Formkern so auszubilden, dass der rohrförmige Vorformling im Formhohlraum angeordnet ist. Die Innenschicht der dreischichtigen Wand wird dann geschäumt, um die kompakte Innenschicht und die kompakte Außenschicht mit den Wänden des Formhohlraums in Berührung zu bringen, um die Vorrichtung zu formen.
EP-A-0 755 762 beschreibt einen geformten Gegenstand aus einem faserverstärktem Harz, der in einem Verfahren hergestellt wird, das folgende Schritte enthält: Herstellen einer Pressmasse durch das Luftmischen eines thermoplastischen Harzes und Verstärkungsfasern, Plastifizieren und Formpressen der Formmasse; wobei ein schallabsorbierender Teil gebildet wird, da die Verstärkungsfasern in einen bestimmten Oberflächenbereich des geformten Harzgegenstands aufgeschüttelt werden und/oder ein leerer Raum teilweise im geformten Harzgegenstand gebildet wird, da sich die zusammengedrückten Verstärkungsfasern wieder ausdehnen.
EP-A-0 810 145 beschreibt eine Radkasten-Abdeckplatte für ein Kraftfahrzeug, die eine Strukturschicht aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Kunststoff sowie eine Schicht aus einem ausgedehnten Kunststoff auf jener Fläche aufweist, die zur Karosserie gerichtet ist.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Einschränkungen zu überwinden. Dazu besteht ein erster Gegenstand der Erfindung in einer thermogeformten Radkastenplatte, wie sie in den folgenden Ansprüchen festgelegt ist. Die Platte der Erfindung kann man mit einem Verfahren erhalten, das folgende Schritte enthält:

– Extrudieren einer Tafel aus einem Kunststoffmaterial, wobei dem Material ein Treibmittel beigegeben ist, wobei die Extrusion unter solchen Bedingungen ausgeführt wird, dass eine Ausdehnung des Materials verhindert oder nur eine teilweise Ausdehnung des Materials hervorgerufen wird;
– Wiedererwärmung der auf diese Weise erhaltenen Tafel auf eine Temperatur, um eine nachträgliche Ausdehnung des Materials hervorzurufen; und
– Thermoformen der Tafel in einem Hohlraum für eine Thermoformung, der eine Form besitzt, die komplementär zur Form der gewünschten Radkastenplatte ist, so dass die erzeugte thermogeformte Radkastenplatte zumindest in den Bereichen, die eine größere Dicke als die Basisdicke besitzen, einen erweiterten Zellenaufbau besitzt, in dem das Material eine geringere Dichte als die Dichte des Materials in den Bereichen mit der Basisdicke besitzt.

Es ist beabsichtigt, dass dann, wenn man die Beigabe eines Treibmittels zum Kunststoff berücksichtigt, das bei der Extrusion im Wesentlichen gleichmäßig innerhalb der Materialmasse verteilt wird, die erzeugte Platte auch in den Bereichen mit einer minimalen Dicke einen geschäumten Zellenaufbau besitzen wird, wobei das Material jedoch eine größere Dichte als die Dichte des Materials in Bereichen mit einer größeren Dicke besitzt.
Die Erfindung weist weiters eine thermogeformte Radkastenplatte auf, wie sie in den folgenden Ansprüchen festgelegt ist, die man mit dem oben beschriebenen Verfahren erhält.
Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens und der Platte gemäß der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
1 den Schrägriss einer Abdeckplatte für den Kofferraum eines Kraftfahrzeugs;
2 den Schnitt entlang der Achse II-II von 1;
3 den Schrägriss einer Radkastenplatte für ein Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung; und
4 den Schnitt durch eine Platte von 3, die an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angebracht ist.
Platten, auf die sich die Erfindung bezieht, werden allgemein aus einer Kernschicht aus einem thermoformbaren Material hergestellt, die der Platte eine geeignete Strukturfestigkeit verleiht und mit Oberflächen- oder Verkleidungsschichten versehen werden kann.
Im Bereich der Erfindung werden für die Kernschicht typisch polymere Werkstoffe verwendet, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder deren Copolymere. Im Besonderen können auch recycelte Kunststoffe verwendet werden, die polymere Mischungen enthalten, deren Mehrheit von Polypropylen, Polyethylen, Polyester, im Besonderen Polyethylenterephthalat, zusammen mit kleineren Mengen von anderen Polymeren gebildet wird, einschließlich im Besonderen von Polyethylenvinylacetat und SBR-Gummi. Es ist jedoch beabsichtigt, dass die Auswahl des Materials im Hinblick auf das Verfahren und die Platte gemäß der Erfindung nicht bindend ist, solange das Material in einem Extruder verarbeitet werden kann und thermoformbar ist.
Die Verkleidungsschichten, falls diese vorhanden sind, können beispielsweise von Folien oder Tafeln aus polymeren Werkstoffen, Geweben oder Faservliesen und Ähnlichem gebildet werden. In diesem Fall wird die Auswahl der Materialien, aus denen die Verkleidungsschichten gebildet werden, nur durch die Bedingung eingeschränkt, dass ihr Aufbringen auf die Kernschicht die Thermoformbarkeit des so gebildeten Schichtstoffs nicht beeinträchtigen soll.
1 und 2 zeigen eine Platte 1 zum Verschließen des Kofferraums eines Kraftfahrzeugs, wobei die Fig. dazu dienen, um das Fertigungsverfahren darzustellen, mit dem man die Radkastenplatte der Erfindung erhalten kann. Die Platte 1 besitzt eine Kernschicht 2 aus einem polymeren Werkstoff, die auf beiden Seiten mit Verkleidungsschichten 3 und 4 verkleidet ist, die typisch aus einem Faservlies bestehen. Die Platte besitzt beispielsweise Längs- und Querrippen 5 und 6, die sowohl dazu dienen, um die Steifigkeit der Platte zu erhöhen, als auch dazu, um Abteilungen zu bilden, um verschiedenartige Gegenstände auf der Platte aufzunehmen, um zu verhindern, dass derartige Gegenstände auf der Auflagerfläche verrutschen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Ausbildung von Radkastenplatten, die Rippen oder Wülste 5 oder 6 auf einer Seite der Platte besitzen, ohne dass das gute Aussehen der anderen Fläche der Platte beeinflusst wird, die im wesentlichen eben gehalten werden kann. Wenn die Rippen oder Wülste im Wesentlichen nur dazu dienen, um die Steifigkeit zu verbessern, ist vorgesehen, dass sie nur auf der unsichtbaren Fläche der Platte ausgebildet werden können, wobei die sichtbare Fläche eben gehalten werden kann, wenn dies erwünscht ist.
Wie der Schnitt von 2 zeigt, besitzt die Kernschicht 2 der Platte im Allgemeinen einen ausgedehnten, inhomogenen Zellenaufbau, wobei das Material in den Bereichen mit größerer Dicke, die mit der Bezugsziffer 8 versehen sind und den Rippen 5 und 6 entsprechen, einen größeren Ausdehnungsgrad, als dies beim Ausdehnungsgrad in den Bereichen 9 mit kleinerer Dicke der Fall ist, und damit eine entsprechend niedrigere Dichte (Gewicht/Volumen) des Materials besitzt.
Beim Fertigungsverfahren wird der polymere Werkstoff – bei dem es sich vorzugsweise um eine recycelte Verbindung handelt – in Übereinstimmung mit herkömmlichen Verfahren einer Extrusion unterworfen, wobei ein Schaumbildner beigegeben wird, vorzugsweise ein chemischer Schaumbildner, beispielsweise Natrium- oder Ammoniumbicarbonat, Zitronensäure und organische Verbindungen, die zu den Azo- und Stickstoffverbindungen sowie zu den Hydraziden gehören, im Besonderen Azodicarbonamid. Die Auswahl des Treibmittels sowie dessen Konzentration wird natürlich als Funktion der Art des verwendeten Kunststoffs und des gewünschten Ausdehnungsgrads festgelegt. Bei der Verwendung einer recycelten Verbindung, die einen Schmelzpunkt in der Größenordnung von 180–190°C besitzt, ist es beispielsweise üblich, Azodicarbonamid in Konzentrationen von etwa 0,5 Gewichtsprozenten des Materials zu verwenden.
Das Extrusionsverfahren wird so ausgeführt, dass man am Ausgang vom Extruder entweder eine im Wesentlichen nicht ausgedehnte oder eine teilweise ausgedehnte extrudierte Tafel erhält. Dazu können die Temperaturzustände des Extruders so geregelt werden, dass die Schmelztemperatur im Extruder die Zersetzungstemperatur des Treibmittels nicht überschreitet. wenn andernfalls die Extrudertemperaturen die Zersetzungstemperatur überschreiten, kann die Einsatzzeit des Treibmittels bei dieser Temperatur so begrenzt werden, dass eine Zersetzung verhindert wird oder nur eine teilweise Zersetzung stattfindet. Dazu kann das Treibmittel in den Extruder über einen geeigneten Einlass in einem Zwischenbereich des Extruders stromabwärts des Beschickungseinlasses für die Kunststoffe eingebracht werden.
Weiters ist ins Auge gefasst, dass die Tafel mit einer veränderlichen Dicke extrudiert wird, oder eher Bereiche mit unterschiedlicher Dicke haben sollte. Derartige Tafeln kann man in Übereinstimmung mit Verfahren erhalten, die für sich bekannt sind, wobei ein Extruder verwendet wird, der eine Extrusionsöffnung mit veränderlichem Querschnitt besitzt.
Wenn vorgesehen ist, dass es sich bei der Platte um einen Schichtstoff handelt, der von zwei oder mehreren Schichten gebildet wird, kann man einen derartigen Schichtstoff auch direkt mit einem Koextrusionsverfahren erhalten, das für sich bekannt ist.
Die Tafel aus Kunststoff oder aus dem extrudierten Schichtstoff wird entweder direkt am Ausgang des Extruders oder nach einem Abkühlen und Lagern einer Erwärmung in einem Ofen bei einer Temperatur unterzogen, die dazu geeignet ist, um die Zersetzung des Schaumbildners und eine folgende Ausdehnung des Materials hervorzurufen. Die ausgedehnte Tafel oder der Schichtstoff mit einem ausgedehnten Kern, die man damit erhält, wird dann einem Thermoformvorgang in einem Formhohlraum unterworfen, der eine Form besitzt, die der Form der Platte komplementär ist, die hergestellt werden soll.
Wenn das nachträgliche Ausdehnen des polymeren Werkstoffs in einem Ofen ausgeführt wurde, erfolgt durch das Thermoformen eine größere Verdichtung des Materials in jenen Bereichen der Form, die eine geringere Dicke besitzen, wodurch die Dichte des Materials selbst erhöht wird, und eine geringere Verdichtung in den Bereichen mit größerer Dicke, wo ein ausgedehnter Zellenaufbau mit geringerer Dichte erreicht wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung fasst auch jenen Fall ins Auge, bei dem die extrudierte Tafel entweder beim Austritt aus dem Extruder oder nach einer Abkühlung und Lagerung der Form zum Thermoformen zugeführt und dort. auf die Ausdehnungstemperatur erhitzt wird, um eine Ausdehnung direkt in der Form zu erreichen.
In 3 und 4 trägt eine Radkastenplatte für Kraftfahrzeuge die Bezugsziffer 11. Eine derartige Platte besitzt typisch eine Kernschicht aus einem polymeren Werkstoff mit einer Strukturfestigkeit, wobei die Kernschicht auf einer oder auf beiden Seiten mit Schichten einer Verkleidung verkleidet ist, die typisch aus einem Faservlies besteht und schallschluckend und/oder gut aussehend ist. Platten aus einer einzigen Schicht eines polymeren Werkstoffs werden im Bereich der Erfindung ebenfalls ins Auge gefasst. Die Radkastenplatte gemäß der Erfindung besitzt auf ihrer Fläche, die im Betrieb zum Metallblech gerichtet sein soll, eine Vielzahl von Verstärkungsrippen 12 und 13, von denen zumindest einige komplementär zu entsprechenden Rillen ausgebildet sind, die im Metallblech L des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, an dem die Platte befestigt werden soll.
Wie man aus dem vereinfachten Schnitt von 4 erkennt, in dem die Platte so dargestellt ist, dass sie aus einer einzigen Schicht besteht, um die Darstellung zu vereinfachen, besitzt diese Schicht einen gesamten ausgedehnten Zellenaufbau mit unterschiedlicher Dicke. In den Bereichen mit gröberer Dicke, die beispielsweise den Rippen 13 entsprechen, die sich den entsprechenden Rillen des Metallblechs anpassen, besitzt das ausgedehnte Material Ausdehnungsporen mit einer größeren Abmessung als die Abmessungen jener Ausdehnungsporen, die in den Bereichen mit kleinerer Dicke vorhanden sind, und damit eine geringere Dichte. Daraus folgt der besondere Vorteil, dass die Innenfläche 14, die zum Rad des Kraftfahrzeugs gerichtet ist, auch in jenen Bereichen, in denen auf der gegenüber liegenden Fläche die Rippen 13 ausgebildet sind, glatt und frei von Konkavitäten gehalten werden kann.
Dadurch wird die Ausbildung von Hohlräumen vermieden, die Sitze für die Ansammlung von Schmutz sein können, der – im Besonderen dann, wenn die Platte eine Oberflächenschicht aus einem Faservlies besitzt – eine Beeinträchtigung des Materials verursachen kann. Weiters verhindert das Fehlen von Ecken auf der Innenfläche in Übereinstimmung mit den Rippen die Ausbildung von Bereichen, die besonders einer Abnutzung unterworfen sind.
Der ausgedehnte Zellenaufbau mit unterschiedlicher Porosität ermöglicht weiters allgemein eine Verbesserung der Schalldämmung durch die Platte, während gleichzeitig – infolge des Vorhandenseins der Verstärkungsrippen – eine geeignete Strukturfestigkeit erreicht wird.

Claims

Thermogeformte Radkastenplatte (11), die zumindest eine Schicht (2) aus einem geschäumten, thermoformbaren Kunststoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine oder mehrere Verstärkungsrippen oder Wülste (12, 13) besitzt, die von einer Fläche der Schicht vorspringen, wobei das geschäumte Material in den Bereichen, die den Verstärkungsrippen oder Wülsten entsprechen, eine geringere Dichte als die Dichte des Materials in jenen Bereichen besitzt, die keine derartigen Rippen besitzen, und wobei die Innenfläche (14) der Schicht, die im Betrieb zum Rad des Kraftfahrzeugs gerichtet sein soll, in den Bereichen frei von Austiefungen ist, die jenen Bereichen entsprechen, in denen auf der anderen Fläche der Schicht die Verstärkungsrippen oder Wülste (12, 13) vorhanden sind.
Radkastenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine oder mehrere Schichten einer Auskleidung (3, 4) enthält, die mit einer oder mit beiden Flächen der Schicht (2) des thermoformbaren Kunststoffs verbunden ist.
Radkastenplatte gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Auskleidung (3, 4) von Geweben oder Faservliesen gebildet werden.
Verfahren für die Herstellung einer Radkastenplatte gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Platte zumindest eine Schicht (2) aus einem thermoformbaren Kunststoff enthält, der getrennte Bereiche von unterschiedlicher Dicke (8, 9) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte enthält: – Extrudieren einer Tafel aus einem Kunststoffmaterial, wobei dem Material ein Treibmittel beigegeben ist, wobei die Extrusion unter solchen Bedingungen ausgeführt wird, dass eine Ausdehnung des Materials verhindert oder nur eine teilweise Ausdehnung des Materials hervorgerufen wird; – Wiedererwärmung der auf diese Weise erhaltenen Tafel auf eine Temperatur, um eine nachträgliche Ausdehnung des Materials hervorzurufen; und – Thermoformen der Tafel in einem Hohlraum für eine Thermoformung, der eine Form besitzt, die komplementär zur Form der gewünschten Radkastenplatte ist, so dass die erzeugte thermogeformte Radkastenplatte in den Bereichen mit größerer Dicke (8) einen erweiterten Zellenaufbau besitzt, in dem das Material eine geringere Dichte als die Dichte des Materials in den Bereichen mit geringerer Dicke (9) besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierte Tafel erwärmt wird, um eine nachträgliche Ausdehnung der Tafel zu ermöglichen, und im Thermoform-Schritt die nachträglich ausgedehnte Tafel einem Druck ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierte Tafel im Formhohlraum erwärmt wird, um im Zuge der Thermoformung eine Ausdehnung der Tafel hervorzurufen.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsschritt davon begleitet wird, dass das Material während der Extrusion einer Temperatur unterworfen wird, die niedriger als die Zersetzungstemperatur des Treibmittels ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel dem Material im Extruder in einem Zwischenbereich des Extruders beigegeben und im Extruder für eine Zeit gehalten wird, die nicht ausreicht, um einen Zersetzung hervorzurufen.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tafel einen geschichteten Aufbau besitzt, der eine oder mehrere Schichten einer Verkleidung (3, 4) besitzt, die mit einer oder beiden Flächen der Schicht verbunden sind, wobei die Auskleidungsschichten auf die Schicht in einem gemeinsamen Extrudiervorgang aufgebracht werden.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ein Schaumbildner ist, der vorzugsweise aus Zitronensäure, Bicarbonat und Azodicarbonamid ausgewählt wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) aus einem thermoformbaren Kunststoff von einem recycelten Kunststoff gebildet wird, einschließlich von Polymeren, die aus einer Gruppe ausgewählt werden die Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Copolymere von Ethylen und SBR-Gummi umfasst.