DE68913649T2 - Formteil für Fahrzeugkarosserien und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents
Formteil für Fahrzeugkarosserien und Verfahren zu dessen Herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein gegossenes Karosserieteil für Kraftfahrzeuge und sein Herstellungsverfahren.
- Gegenwärtig werden Karosserieteile für Kraftfahrzeuge meistens aus Blech hergestellt, aber es besteht zumindest für bestimmte Teile die Tendenz, sie gegen aus Kunststoff gegossene zu ersetzen, die unter anderem den Vorteil haben, kleinen Stößen besser zu widerstehen.
- Auf alle Fälle werden diese gegossenen Teile im allgemeinen aus Materialien hergestellt, welche die höheren Temperaturen in der Größenordnung von z.B. 180 bis 200 ºC der Bäder, die die Karosserieteile nach dem Zusammensetzen auf den Lackierstraßen der Fahrzeughersteller beim Lackieren zwangsläufig durchlaufen, nicht aushalten.
- Auf diesen Lackierstraßen werden die Karosserieteile zunächst einer Antikorrosionsbehandlung durch Kataphorese unterzogen und erhalten anschließend nacheinander die Grundierungs- und endgültige Lackschichten.
- Die Schutzbehandlung durch Kataphorese hat auf aus Kunststoff gegossene Karosserieteile, die nicht elektrisch leitfähig sind, keine Wirkung. Die durch die Kataphorese auf Metallteilen abgelagerte Schutzschicht fehlt also auf den aus Kunststoff gegossenen Teilen, die trotzdem einer zu der Behandlung der Metallteile völlig identischen Behandlung unterzogen werden müssen, um jeglichen Unterschied im Aussehen am Ende der Lackierstraße zu vermeiden.
- Außerdem müssen die aus Kunststoff gegossenen Teile eine sehr gute Oberflächenbeschaffenheit haben, um als Karosserieteile verwendet werden zu können, ohne das Aussehen der Kraftfahrzeuge zu verschlechtern. Des weiteren umfassen sie, um ausreichende mechanische Qualitäten zu besitzen (Tragfähigkeit, Steifheit, mechanischer Widerstand, Temperaturbeständigkeit) Einlagerungen, zum Beispiel mineralische, und/oder Verstärkungselemente, wie z.B. eine Glasfasermatte, deren Struktur mehr oder weniger ausgeprägt an der Oberfläche sichtbar ist, wenn diese Teile nicht in relativ teuren Spezialverfahren hergestellt werden.
- Aus diesen Gründen werden Karosserieteile aus Kunststoff im allgemeinen unabhängig von den Metallteilen behandelt und gestrichen, bevor sie an den Karosserien befestigt werden, was sich in höheren Kosten und im Risiko von Farbunterschieden zwischen aus Kunststoff gegossenen und metallischen Karosserieteilen ausdrückt.
- Aus der Schrift GB-A-2 079 667 ist ein Verfahren zum Gießen von Karosserieteilen aus Plastik bekannt, nach dem eine Schicht zum Auskleiden der Oberfläche auf dem Boden einer Gußform abgelagert wird, eine Verstärkung in die Gußform eingebracht wird und schließlich in die Gußform polymerisierbares Material eingespritzt wird. Das auskleidende Material umfaßt einen Promotor, der die Polymerisierungsreaktion des später eingespritzten Materials fördert und der gleichzeitig dazu vorgesehen ist, "die Auskleidung vom Boden der Gußform auf das gegossene Teil zu übertragen" und "die Auskleidung mit dem gegossenen Teil zu verbinden". Dieser Reaktionspromotor hat auf das Auskleidungsmaterial keinen Einfluß, das sich chemisch vom Kunststoff des Teiles unterscheidet und mit ihm nicht kompatibel ist.
- Aus der Schrift US-A-4.587.160 ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserieteiles bekannt, das aus Kunststoff gegossen und mit einer elektrisch leitenden Auskleidung versehen ist, die das Lackieren durch elektrostatische Zerstäubung ermöglicht. Dazu wird auf der inneren Oberfläche einer Gußform elektrostatisch eine Schicht eines Graphit enthaltenden Pulvers abgelagert, in die Gußform ein Plastikmaterial in Form von Blättem eingebracht, die Form geschlossen und das Plastikmaterial gesintert, ausgeformt und ein Teil mit einer elektrisch leitenden Beschichtung auf der Oberfläche erhalten. Dieses Verfahren erlaubt es nicht, ein Teil herzustellen, das beim Verlassen der Gußform bereits eine grundierende Farbschicht umfaßt, die fest an dem gegossenen Teil haftet.
- Ziel der Erfindung ist es im besonderen, für diese Probleme des Standes der Technik eine einfache, effektive und preiswerte Lösung zu bieten.
- Sie hat Karosserieteile zum Gegenstand, die aus Kunststoff gegossen sind und starr und tragfähig sind, fähig, die hohen Temperaturen der fließbänder beim Lackieren in den Fabriken der Fahrzeughersteller auszuhalten und die außerdem die für Karosserieteile nötige Oberflächenbeschaffenheit besitzen.
- Sie hat auch Teile dieses Typs zum Gegenstand, die durch Gießen auf einfache, preisgünstige Weise hergestellt werden können.
- Sie hat auch Teile dieses Typs zum Gegenstand, die Kataphoresebehandlungen zum Schutz und Lackierungsbehandlungen auf den Lackierstraßen bei der Herstellung ebenso wie die anderen, metallischen, Karosserieteile aushalten.
- Dazu schlägt die Erfindung ein gegossenes Karosserieteil für Kraftfahrzeuge vor, das aus synthetischem polymerisierten Material hergestellt ist und eine Einlagerung und/oder ein Verstärkungselement umfaßt, wie z.B. eine Glasfasermatte, eventuell Befestigungseinlagen und auf der Oberfläche, zumindest auf der äußeren sichtbaren Oberfläche, eine glatte Lackschicht, im besonderen eine Lackgrundierung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem gegenüber hohen Temperaturen in der Größenordnung von zum Beispiel 180 bis 200 ºC beständigen Material besteht und dadurch, daß das besagte synthetische polymerisierte Material und der Lack der besagten Oberflächenschicht chemisch kompatibel sind und Polymerisationsreaktionen des selben Typs eingehen, was die Haftung des besagten Materials und des Lacks aneinander ermöglicht.
- Ein solches Karosserieteil kann ohne Nachteile mit den Metallteilen die Lackierstraßen einer Fabrik zur Herstellung von Kraftfahrzeugen durchlaufen. Es hat außerdem ein gutes Aussehen der Oberfläche und kann deshalb als äußeres Karosserieteil verwendet werden, ohne dem Erscheinungsbild des Fahrzeugs zu schaden, weil das Verstärkungselement an der Oberfläche von einer glatten Lackschicht bedeckt wird.
- Nach einem anderen Kennzeichen der Erfindung ist der besagte Lack elektrisch leitend und/oder selbstausformend.
- Auf diese Weise wird beim Gießen eine erste Schicht gebildet, auf der die anderen Lackschichten, Grundierungslack und endgültiger Lack, aufgetragen werden und die aus Kunststoff gegossenen Teile verhalten sich bei der Kataphorese wie Teile aus Metall und können auf den Lackierstraßen der selben Behandlung unterzogen werden.
- Nach einer Variante der Erfindung umfaßt das gegossene Teil eine Zwischenschicht aus einem anderen Kunststoff, zwischen dem Verstärkungselement und der Lackschicht auf der Oberfläche, wobei die Zwischenschicht mit der Lackschicht und dem vorgenannten Kunststoff, um eine gute Verbindung zwischen ihnen sicherzustellen, chemisch kompatibel ist.
- Diese Zwischenschicht aus Kunststoff erlaubt es, die Struktur des Verstärkungselementes vollständig zu maskieren und sie von außen unsichtbar zu machen und verleiht dem gegossenen Stück auch völlige Glattheit.
- Der oder die vorgenannten Kunststoffe sind von einem Typ, wie er bei RIM-Verfahren verwendet werden kann, wie z.B. ein Polyisocyanat, ein Polycarbonat, ein Polyacrylamat, ein Polyester oder ein Polyurethan, respektive.
- Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Karosserieteilen für Kraftfahrzeuge vor, das darin besteht, auf den den Hohlraum der Gußform begrenzenden Wänden eine Schicht flüssigen Lacks aufzutragen, im besonderen Grundierungslack, in den Hohlraum der Gußform ein Verstärkungselement, wie z.B. eine Glasfasermatte und/oder Einlagen, die dazu vorgesehen sind, die spätere Befestigung des Teiles zu ermöglichen, einzubringen, anschließend in den Hohlraum der Gußform ein polymerisierbares, synthetisches Material einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, das Teil aus einem gegen hohe Temperaturen in der Größenordnung von z.B. 180 bis 200 ºC beständigen, synthetischen Material zu gießen, das chemisch mit dem besagten Lack kompatibel ist und den selben Typ von Polymerisierungsreaktionen eingeht wie dieser. Das erlaubt es, eine gute Haftung der Lackschicht auf dem eingespritzten Kunststoff sicherzustellen.
- Nach einem anderen Kennzeichen der Erfindung besteht das Verfahren nach dem Auftragen einer Schicht des besagten Lacks auf den Wänden des Hohlraums der Gußform und vor dem Anbringen des Verstärkungselementes und eventuell der Einlagen in diesem Hohlraum auch im Auftragen einer Schicht eines anderen synthetischen polymerisierbaren und chemisch mit dem eingespritzten Kunststoff und mit der Lackschicht auf der Oberfläche kompatiblen Material auf dieser Lackschicht.
- Dieses andere synthetische Material ist ebenso wie das erste, oben genannte synthetische Material vorzugsweise von einem für RIM-Verfahren verwendbaren Typ.
- In der folgenden Beschreibung, die als Beispiel angeführt wird, wird auf die angefügten Abbildungen Bezug genommen, in denen:
- Abbildung 1 eine schematische Schnittzeichnung einer Gußform und eines erfindungsgemäßen Teils ist,
- Abbildung 2 eine zu Abbildung 1 ähnliche Darstellung für eine andere Ausführungsform ist.
- Auf Abbildung 1 ist also ein teilweiser Querschnitt der Gußform 10 dargestellt, die einen oberen Teil 12 und einen unteren Teil 14 umfaßt, die aufeinander entlang einer Verbindungsebene 16 angebracht sind und zwischen sich einen Hohlraum zum Gießen 18 in der Form des herzustellenden Teils begrenzen.
- Dieses Teil ist Bestandteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, z.B. eine Stoßstange, eine Tür, ein Kotflügel, eine Haube, u. s. w. Es wird durch Einspritzen eines polymerisierbaren synthetischen, vorzugsweise eines bei RIM-Verfahren (Reaction Injection Moulding) verwendbaren Materials in den Hohlraum der Gußform 18 hergestellt, durch ein Verfahren, bei dem die verschiedenen Bestandteile eines synthetischen polymerisierbaren Materials miteinander unmittelbar stromaufwärts vom Hohlraum der Gußform in einem Einspritzkopf gemischt werden. Unter den für RIM verwendbaren Materialien werden diejenigen ausgewählt, die hohen Temperaturen in der Größenordnung von 180 bis 200 ºC widerstehen können, d.h. Materialien, wie z.B. ein Polyisocyanat, Polycarbonat, Polyacrylamat, Polyester oder analoge Materialien.
- Um die erwünschten mechanischen und thermischen Kennzeichen zu erhalten (Tragfähigkeit, Starrheit, mechanischer Widerstand, Temperaturverhalten) kann das gegossene Teil eine z.B. mineralische Einlage und ein Verstärkungselement, wie z.B. eine Glasfasermatte 20, umfassen, das im allgemeinen am Boden der Gußform angebracht wird, d.h. auf der Wand 22 des Hohlraumes der Gußform 18, die vom unteren Teil 14 der Form 10 gebildet wird.
- Um zu vermeiden, daß die Struktur des Verstärkungselements 20 auf der äußeren Fläche des gegossenen Teils sichtbar ist, sieht es die Erfindung vor, auf der Wand 22 eine Schicht 24 eines Produktes, wie z.B. eines Grundierungslacks, aufzutragen, anschließend in dem Hohlraum der Gußform 18 auf dieser Schicht des Produktes 24 das Verstärkungselement 20 und eventuell, z.B. metallische, Einlagen anzubringen, die der Befestigung des gegossenen Teiles dienen. Der Lack der Schicht 24 muß mit dem Kunststoff des Teiles chemisch kompatibel sein, d.h., er muß nach dem selben Reaktionstyp polymerisieren, um auf diese Weise, z.B. durch die Bildung eines Copolymers zwischen dem Lack und dem Kunststoff des Teiles, zu haften.
- Der für die Schicht 24 verwendete Lack ist vorzugsweise elektrisch leitend und selbstausformend.
- Das Herstellungsverfahren der gegossenen Teils nach des Erfindung ist das folgende: während die Gußform 10 geöffnet ist, wird auf die Wand 22 des unteren Teils 14 der Gußform eine Lackschicht 24 aufgetragen, z.B. durch Zerstäubung, und dann läßt man das Lösungsmittel verdampfen. Anschließend werden das Verstärkungselement 20 und eventuell die Einlagen am Boden der Form auf der Schicht 24 angeordnet, dann wird die Form geschlossen und in den Hohlraum der Gußform 18 das synthetische polymerisierbare Material, das dazu vorgesehen ist, das gegossene Teil zu bilden, eingespritzt. Vorzugsweise wird das RIM-Verfahren verwendet, nach dem die verschiedenen Bestandteile dieses synthetischen Materials unmittelbar, bevor sie in den Hohlraum der Gußform eingespritzt werden, gemischt werden. Nach der Polymerisation wird die Gußform 10 zur Ausformung des Karosserieteils geöffnet. Diese Ausformung wird erleichtert, wenn der für die Schicht 24 verwendete Lack 24 selbstausformend ist.
- Das auf diese Weise erhaltene gegossene Teil hat ein gutes Aussehen der Oberfläche aufgrund der Tatsache, daß das Gewebe des Verstärkungselements 20 von der Lackschicht 24 bedeckt wird.
- Dieses Verfahren erlaubt es im besonderen, Karosserieteile mit körnigem Aussehen der Oberfläche herzustellen und erlaubt dabei, die von der Lackschicht 24 bedeckte Struktur des Verstärkungselementes 20 zu verbergen.
- Das auf diese Weise erhaltene Karosserieteil kann mit anderen Karosserieteilen, z.B. solchen aus Metall, auf einem Montagefließband verbunden werden, und anschließend ohne Probleme die Kataphoresebäder und die Lackierbäder mit relativ hoher Temperatur durchlaufen.
- Natürlich kann ein ähnliches Resultat erhalten werden, wenn das Teil unter Anbringung des Verstärkungselementes 20 am Boden der Gußform und anschließender Injektion des synthetischen polymerisierbaren Materials in den Hohlraum der Form gegossen wird, aber es ist dann notwendig, die äußere Oberfläche des gegossenen Teiles zu entfetten, dort eine grundierende Lackschicht aufzutragen und diese Schicht einzubrennen, bevor das gegossene Teil mit anderen Karosserieteilen zusammengebaut werden kann, was sehr viel teurer wäre.
- Bei der in Abbildung 2 dargestellten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren zunächst darin, eine Schicht 24 aus einem flüssigen Produkt, wie z.B. einem Lack, auf die Wand 22 des unteren Teiles 14 der Gußform aufzutragen, anschließend auf diese Schicht 24 eine Schicht 26 eines synthetischen polymerisierbaren Materials mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 mm aufzutragen und auf dieser Schicht 26 das Verstärkungselement 20 und eventuelle Einlagen anzuordnen, bevor in den Hohlraum der Gußform 18 ein polymerisierbares synthetisches Material eingespritzt wird, das identisch oder ähnlich zu demjenigen ist, das bei dem in Abbildung 1 dargestellten Prozeß verwendet wird. Die Materialien der Schichten 24 und 26 sind chemisch miteinander und mit dem eingespritzten Plastikmaterial kompatibel, um eine gute Verbindung zwischen ihnen sicherzustellen.
- Bei dem auf diese Weise erhaltenen gegossenen Teil maskiert die Schicht 26 aus synthetischem Material das Verstärkungselement 20 vollständig und ist selbst wiederum von der Lackschicht 24 bedeckt so daß dieses gegossene Teile eine sehr hochwertige Oberflächenbeschaffenheit aufweist ( Klasse A nach den amerikanischen Bezeichnungen).
- Das zur Bildung der Schicht 26 verwendete Material ist ein polymerisierbares, im RIM- Verfahren verwendbares Material vom Typ Polyisocyanat oder Polyurethan, das eine dünne, glatte Haut auf dem Verstärkungselement 20 bildet. In der Praxis bedeckt diese Haut das Verstärkungselement, das den Hohlraum der Gußform auskleidet, vollständig. Wenn das zur Herstellung dieser Haut verwendete polymerisierbare Material mit der inneren Oberfläche des oberen Teils 12 der Gußform in Kontakt kommt, kann ein selbstausformendes Material verwendet werden.
- Ein nach der Erfindung gegossenes Teil kann z.B. die folgende Zusammensetzung haben:
- - eingespritztes polymerisierbares Material: Polyisocyanat
- - Verstärkungselement 20: Glasfasermatte
- - Schicht 24: Zweikomponenten-Polyurethan, leitend und selbstausformend
- - Schicht 26: Polyisocyanat
- - die Einspritztemperatur und der Einspritzdruck in die Form können zwischen 50 und 150ºC und 3 und 40 bar, respektive, variieren, je nach verwendetem Material.
- Im allgemeinen erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, gegossene Karosserieteile aus Kunststoff zu erhalten, die wahlweise eine Oberflächenbeschaffenheit der Klasse A oder eine gekörnte Struktur besitzen, die mit Karosserieteilen aus Metall verbunden werden können und anschließend den gewöhnlichen Behandlungen bei der Kataphorese und beim Lackieren dieser Metallteile unterzogen werden können.
Claims (11)
1. Gegossenes Karosserieteil für Fahrzeuge, das aus polymerisiertem synthetischen
Material hergestellt ist, und einen Füllstoff, zum Beispiel einen mineralischen, und/oder
ein Verstärkungselement (20), wie zum Beispiel eine Glasfasermatte, unter
Umständen Einlagen zur Fixierung, und eine glatte Oberflächenschicht (24) aus
Lackfarbe, zumindest an der äußeren sichtbaren Oberfläche eine Grundierung,
vorzugsweise aus Grundierungslack, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
einem Material hergestellt ist, das erhöhten Temperaturen, zum Beispiel in der
Größenordnung zwischen 180 und 200 ºC widersteht, und dadurch, daß der Lack der
Oberflächenschicht und das polymerisierte synthetische Material chemisch kompatibel
sind und Polymerisationsreaktionen vom gleichen Typ eingehen, die eine Verbindung
des besagten Materials und des Lacks miteinander erlauben.
2. Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Lack elektrisch
leitend ist und/oder sich selbst aus der Form löst.
3. Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zwischenschicht
(26) aus einem anderen synthetischen Material, zwischen dem Verstärkungselement
(20) und der besagten Lackschicht an der Oberfläche (24) umfaßt, wobei das Material
dieser Zwischenschicht chemisch mit dem Lack und dem vorher genannten
synthetischen Material kompatibel ist.
4. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die
vorher genannten synthetischen Materialien von einer Art sind, die im RIM-Verfahren
verwendbar sind, wie zum Beispiel ein Polyisocyanat, ein Polycarbonat, ein
Polyacrylat, ein Polyester oder ein Polyurethan, respektive.
5. Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Karosserieteils für Kraftfahrzeuge, das
darin besteht, daß auf die Wände (22), die eine Gußform begrenzen, eine Schicht (24)
aus flüssigem Lack, insbesondere Grundierungslack, aufgetragen wird, in der
Gußform (18) ein Verstärkungselement (20), wie zum Beispiel eine Glasfasermatte
und/oder Einlagen, die die spätere Fixierung des Teils ermöglichen, angebracht
werden, dann in die Gußform ein synthetisches polymerisierbares Material eingespritzt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, das Teil aus einem synthetischen
Material zu gießen, das erhöhten Temperaturen, zum Beispiel zwischen 180 und 200
ºC widersteht, und das chemisch mit dem besagtem Lack kompatibel ist und
Polymerisationsreaktionen vom gleichen Typ wie dieser eingeht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Oberflächenschicht
bildende Lack (24) elektrisch leitend ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die
Oberflächenschicht bildende Lack sich selbständig aus der Form löst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es nach
dem Auftragen der besagten Lackschicht (24) auf die Wände (22) der Gußform und
vor dem Anbringen des Verstärkungselementes (20) und der eventuellen Einlagen in
diese Gußform darin besteht, daß auf die Lackschicht (24) eine Schicht (26) aus
einem anderen synthetischen polymerisierbaren Material, das chemisch mit dem
eingespritzten synthetischen Material und mit dem Lack der Oberflächenschicht (24)
kompatibel ist, abgeschieden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte andere Schicht
(26) aus synthetischem polymerisierbaren Material eine Dicke in der Größenordnung
zwischen einem und 2 Millimeter aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichent, daß dieses andere
synthetische polymerisierbare Material von einer An ist, die im RIM-Verfahren
verwendbar ist, zum Beispiel ein Polyisocyanat oder ein Polyurethan.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in
die Gußform eingespritzte synthetische Material von einer Art ist, die im RIM-Verfahren
verwendbar sind, wie zum Beispiel ein Polyisocyanat, ein Polycarbonat, ein
Polyacrylat, ein Polyester.
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