WO2012136235A1 - Faserverbund-mehrschicht-karosseriebauteil und dessen herstellungsverfahren - Google Patents

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Jan Krüger
Holger Rothenburger
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    • B29L2031/3005—Body finishings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber composite multilayer body component with a Class A surface and a body component.
  • Fiber-reinforced plastics are increasingly used in automotive engineering for body parts, since they are easily malleable and have low weight with high stability.
  • varnished fiber-reinforced plastic components in the field of vision, the effect of climatic changes such as heat, cold or atmospheric moisture results in clearly visible images of individual fibers on the paint surface.
  • the resulting restless and matte surface does not meet the quality requirements of a Class A surface for the field of vision of a motor vehicle body.
  • a body component with a high-quality surface and a method for its production are described in DE 102 07 295 A1.
  • First, an outside, thin, colored plastic film is provided here, on the inside of a protective layer is applied to form an intermediate product.
  • the shaping can be done either on the plastic film or on the intermediate product of plastic film and inside protective layer by deep drawing.
  • the intermediate product is then backfoamed on the inside with a plastic to form a fiber-reinforced layer, wherein at the same time the supply of the reinforcing fibers takes place. Because the plastic film is extremely smooth on the outside, it can form a Class A surface.
  • DE 103 08 582 A1 proposes to provide a deep-drawn, film-like outer skin, onto which a thin film of liquid plastic is applied, which, after curing, prevents the external appearance of the outer skin from being impaired during the subsequent backfoaming with a fiber-reinforced material becomes.
  • DE 10 2006 049 913 A1 discloses a molded part with a decorative surface and a method for its production. Again, the decorative surface consists of a thermoplastic film, on the inside of an elastic intermediate layer is applied. The thermoplastic film is first deep-drawn before the elastic intermediate layer is applied by pouring, spraying or co-extruding. is brought. Finally, a plastic carrier part is produced by injection molding, foam back, rear or back lamination.
  • a disadvantage with these procedures is that first of all a plastic film has to be produced, from which subsequently a self-supporting component shape is produced by a forming process such as deep-drawing. To ensure sufficient mechanical stability, the plastic film used for this purpose must have a sufficient thickness. In DE 102 07 295 A1, for example, 1, 3 mm disclosed.
  • the prior art manufacturing processes require a number of process steps to achieve Class A surfaces and can only be achieved with an increased cost of materials.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for producing a body component with Class A surface.
  • the inventive method for producing a fiber composite multilayer body component with a Class A surface first comprises the first step a) spray an in-mold coating system with internal release agent in a form whose inside images the surface of the body component. As a result, a first layer is formed, which is at least partially allowed to harden.
  • a polymer material is also sprayed in and at least partially allowed to cure, this second layer being formed as a damper layer.
  • a fiber material and another matrix-forming polymer material are introduced into the mold on the damper layer, and the fiber material is impregnated with the matrix-forming polymer material.
  • a further step d) follows with the at least partial curing of the matrix-forming polymer material, wherein a fiber-reinforced composite layer is formed, which is the damper layer, but not the IMC Layer contacted.
  • a fiber-reinforced composite layer is formed, which is the damper layer, but not the IMC Layer contacted.
  • the fibers of the fiber material can not be imaged on the surface of the body component.
  • the finished, multilayer fiber composite body component is removed from the mold.
  • the damper layer arranged between the first layer and the fiber-reinforced composite layer reliably prevents individual fibers from the fiber material from being imaged in the outer IMC layer and thus adversely affecting the external appearance of the body component.
  • the present method is efficient because it requires few process steps.
  • the outer IMC layer which directly forms the Class A surface, is produced directly in the mold for the body component and provided with the inner damper layer. Therefore, no separate film has to be produced and, for example, formed by deep-drawing. Thus, in addition to the number of process steps, the expenditure on equipment can be reduced. In addition, the amount of materials used can be reduced because less material can be used as the outer surface for the IMC layer than for a separate film.
  • the spray-in of the damper polymer material into the mold can take place separately in time, so that spraying is carried out on the in-mold coating layer.
  • the first and second layers can also be combined to form a combined IMC damper layer by carrying out the first two steps a), b) jointly by spraying a combined in-mold coating and damper polymer material.
  • the introduction of the fiber material in step three can be realized by the insertion of one or more fiber arrangement.
  • a fiber arrangement is understood to mean a fiber mat, a fiber braid, a fiber fabric, a nonwoven fabric, a fiber ribbon, a fiber bundle, etc.
  • the insertion of the fiber arrangement (s) in the mold takes place before the matrix-forming polymer material is introduced into the mold, which can be done for example by spraying, spraying, brushing or pouring.
  • cut short, long or continuous fibers may be used which are introduced into the mold in a mixture together with the matrix-forming polymer material, such as by spraying, spraying, brushing or pouring.
  • formation of the fiber-reinforced composite layer may be carried out in a known manner by a fiber spray method, a resin transfer molding (RTM) process, or a sheet molding compound (SMC) process.
  • the introduction of the fiber material for example, by a fiber spray process, depending on the type of fiber material used allows a great flexibility in terms of thickness and density of the introduced fiber layer.
  • the use of an RTM process allows for the body component according to the invention a lightweight series production with large quantities.
  • the SMC process makes it possible to premix the necessary components fiber material and polymer material and to feed directly to the further processing in the mold.
  • the IMC layer can be generated by the entry of the IMC layer, depending on the quality claim, a tool-dropping surface layer or a Lackiercampus.
  • the IMC layer for example, by means of a coloring IMC system as a finished paint surface without any post-processing steps or due to the generated Class-A surface as Lackiercampus be executed.
  • the use of the IMC layer as the surface of the body component has the advantage of a great freedom of design and, depending on the materials used, a very good resistance to light and aging. Since only a thin IMC layer is applied in the mold in the process according to the invention, solvent contents may be low, with which the emissions could be reduced. In addition, the IMC layer allows a very good adhesion to the simultaneously or subsequently applied inner damper layer.
  • the method according to the invention can use an IMC system with internal release agent, which essentially comprises a curable lacquer or a plastic.
  • IMC system with internal release agent which essentially comprises a curable lacquer or a plastic.
  • Two-component paint systems can be used.
  • the polymer materials for forming the damper layer and the matrix of the fiber-reinforced composite layer may substantially contain a synthetic resin or a polyurethane; a different or advantageously the same polymer material can be used for both layers, so that both layers bond well.
  • the fibers of the fiber material may consist of a carbon, carbon or carbon, glass or plastic material or combinations thereof, also conceivable is the use of ceramic or metal fibers.
  • the use of a curable lacquer for the outer I MC layer provides in the body component according to the invention the finished surface, without rework is necessary. Since the IMC layer contains color pigments and thus can already have a desired color, a subsequent coating can be omitted cost-saving.
  • a plastic may be used, which serves as a Lackiercampuslage.
  • the material for the damper layer can be selected to allow optimum adhesion of the layers to each other.
  • the polymer material of the fiber-reinforced composite layer which, like the material of the damper layer, may contain various synthetic resins or polyurethanes.
  • the present invention provides a body member having a Class A surface. This can be obtained in particular by the above-described method according to the invention for producing a body component.
  • the body component comprises a first layer, which is an outer IMC layer, the surface of which is designed as a finished paint surface or as a paint base.
  • a second layer is formed by an internal damper layer, which rests against a side of the in-mold coating layer facing away from the surface.
  • Adjacent to the internal damper layer is a fiber-reinforced composite layer.
  • the damper layer is designed such that the fibers of the fiber-reinforced composite layer do not come into contact with the outer IMC layer and thus do not form on the surface of the body component, which is formed by the in-mold coating layer.
  • a major advantage of the body component according to the invention is in addition to the avoidance of the superficial Faseraboeuvre in its simple production, is created by the lower process costs and reduced use of materials, a body part with Class-A surface.
  • a negative tool mold For the production of the body component according to the invention, first of all a negative tool mold can be provided.
  • the IMC system with internal release agent is "painted into the mold" to form the IMC layer, ie preferably applied by spray application, and finished in a subsequent curing process. Due to the goodness of the negative tool shape and the advantageous properties of the IMC system is a Post-processing of the resulting surface superfluous.
  • a paint system with color pigments can already be used, which corresponds in color and surface structure of the paint of the rest of the body. An elaborate repainting of the body component according to the invention can thus be dispensed with.
  • the body component is resistant to aging even after long-term weathering effects due to light, moisture and temperature fluctuations, and exhibits no imaging of the fibers.
  • a fiber content in the fiber-reinforced composite layer may be about 15% by volume to about 60% by volume.
  • a still liquid reaction mixture for example polyurethane
  • fibers for example long fibers with a typical length of 5 to 25 mm
  • the reaction mixture can cure under pressure and / or heat to the fiber reinforced layer.
  • RTM process Another method is the RTM process, which makes it possible to handle larger quantities in lightweight series production.
  • a fiber arrangement or fiber insert is placed on the damper layer in the negative mold, this is closed to introduce the matrix-forming polymer material in the mold cavity, for example, to inject.
  • the polymer material is cured at the predetermined processing temperature.
  • a predetermined closing force must be applied through the closed mold to keep it closed.
  • an SMC process may be suitable for forming the fiber reinforced composite layer.
  • the necessary components of fiber material and polymer material are already premixed and are ready for processing.
  • the component mixture is processed into flexible films or plates and thus provided as SMC semifinished product.
  • the SMC semi-finished can be cut to a desired shape and in the Insert negative tool shape.
  • the SMC semi-finished product is further processed into the finished component by extrusion or other suitable processes.
  • the finished body component is demolded and can be fed directly to the assembly without further surface treatment.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Mehrschicht-Karosseriebauteils mit einer Class -A-Oberflache und Faserverbund-Mehrschicht-Karosseriebauteil selbst bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte des Sprüheintragens eines In-Mould-Coating - Systems mit internem Trennmittel unmittelbar auf die Innenseite der Form und zumindest teilweise aushärten lassen, dabei Ausbilden einer ersten Schicht. Weiter erfolgt das Sprüheintragen eines Polymerwerkstoffs und zumindest teilweise aushärten lassen, dabei Ausbilden einer zweiten Schicht als eine Dämpferlage. Dann folgt das auf die Dämpferlage in die Form Einbringen eines Faserwerkstoffs und eines matrixbildenden Polymerwerkstoffs, dabei Imprägnieren des Faserwerkstoffs mit dem matrixbildenden Polymerwerkstoff, und das zumindest teilweise aushärten lassen des matrixbildenden Polymerwerkstoffs und Bilden einer faserverstärkten Verbundschicht, und schließlich das Entformen des fertigen Karosseriebauteils.

Description

Daimler AG
Faserverbund-Mehrschicht-Karosseriebauteil und dessen Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Mehrschicht- Karosseriebauteils mit einer Class-A-Oberfläche sowie ein Karosseriebauteil.
Faserverstärkte Kunststoffe werden im Kraftfahrzeugbau zunehmend für Karosseriebauteile eingesetzt, da sie leicht formbar sind und bei hoher Stabilität ein geringes Gewicht aufweisen. Allerdings kommt es bei lackierten faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Sichtbereich bei der Einwirkung von klimatischen Veränderungen wie Wärme, Kälte oder Luftfeuchtigkeit zu deutlich sichtbaren Abbildungen einzelner Fasern an der Lackoberfläche. Die dadurch entstehende unruhige und matte Oberfläche erfüllt nicht die Qualitätsanforderungen einer Class-A-Oberfläche für den Sichtbereich einer Kraftfahrzeugkarosserie.
Ein Karosseriebauteil mit qualitativ hochwertiger Oberfläche und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind in der DE 102 07 295 A1 beschrieben. Zunächst wird hier eine außenseitige, dünne, gefärbte Kunststofffolie bereitgestellt, auf die innenseitig eine Schutzschicht zur Bildung eines Zwischenprodukts aufgebracht wird. Die Formgebung kann entweder an der Kunststofffolie oder an dem Zwischenprodukt aus Kunststofffolie und innenseitiger Schutzschicht durch Tiefziehen vorgenommen werden. Das Zwischenprodukt wird anschließend innenseitig mit einem Kunststoff zur Bildung einer faserverstärkten Schicht hinterschäumt, wobei gleichzeitig die Zufuhr der Verstärkungsfasern erfolgt. Da die Kunststofffolie außenseitig extrem glatt ist, kann sie eine Class-A-Oberfläche bilden.
In ähnlicher Weise schlägt die DE 103 08 582 A1 vor, eine tiefgezogene, folienartige Außenhaut bereitzustellen, auf die ein dünner Film aus flüssigem Kunststoff aufgetragen wird, der nach dem Aushärten verhindert, dass beim anschließenden Hinterschäumen mit einem faserverstärkten Werkstoff das äußere Erscheinungsbild der Außenhaut beeinträchtigt wird. In der DE 10 2006 049 913 A1 werden ein Formteil mit einer dekorativen O- berfläche und ein Verfahren zu seiner Herstellung offenbart. Auch hier besteht die dekorative Oberfläche aus einer thermoplastischen Folie, auf die innenseitig eine elastische Zwischenschicht aufgebracht ist. Die thermoplastische Folie wird zunächst tiefgezogen, bevor die elastische Zwischenschicht durch Gießen, Sprühen oder Koextrudieren aufge- bracht wird. Abschließend wird ein Kunststoffträgerteil durch Hinterspritzen, Hinterschäumen, Hinterpressen oder Hinterlaminieren hergestellt.
Ein Nachteil bei diesen Vorgehensweisen ist, dass zunächst eine Kunststofffolie hergestellt werden muss, aus der anschließend durch ein Umformverfahren wie Tiefziehen eine freitragende Bauteilform erzeugt wird. Um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten, muss die hierfür eingesetzte Kunststofffolie eine ausreichende Dicke aufweisen. In der DE 102 07 295 A1 sind beispielsweise 1 ,3 mm offenbart. Die Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik erfordern zur Erreichung von Class-A-Oberflä- chen eine Reihe von Verfahrensschritten und sind nur mit einem gesteigerten Materialaufwand realisierbar.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils mit Class-A-Oberfläche bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Karosseriebauteil mit Class-A- Oberfläche zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Mehrschicht-Karosseriebauteils mit einer Class-A-Oberfläche umfasst zunächst den ersten Schritt a), ein In-Mould-Coating-System mit internem Trennmittel in eine Form sprüheinzutragen, deren Innenseite die Oberfläche des Karosseriebauteils abbildet. Dadurch wird eine erste Schicht gebildet, die zumindest teilweise aushärten gelassen wird. Im nächsten Schritt b) wird ein Polymerwerkstoff ebenfalls sprüheingetragen und zumindest teilweise aushärten gelassen, wobei diese zweite Schicht als Dämpferlage ausgebildet wird. Sodann wird in einem dritten Schritt c) ein Faserwerkstoff und ein weiterer, matrixbildender Polymerwerkstoff in die Form auf die Dämpferlage eingebracht, und der Faserwerkstoff mit dem matrixbildenden Polymerwerkstoff imprägniert. Ein weiterer Schritt d) folgt mit dem zumindest teilweise aushärten lassen des matrixbildenden Polymerwerkstoffs, wobei eine faserverstärkte Verbundschicht gebildet wird, die die Dämpferlage, nicht jedoch die IMC- Schicht kontaktiert. So können sich vorteilhaft die Fasern des Faserwerkstoffs nicht an der Oberfläche des Karosseriebauteils abbilden. Im letzten Schritt e) wird das fertige, mehrschichtige Faserverbund-Karosseriebauteil entformt.
Durch die zwischen der ersten Schicht und der faserverstärkten Verbundschicht angeordnete Dämpferlage wird zuverlässig verhindert, dass sich einzelne Fasern aus dem Faserwerkstoff in der außen liegenden IMC-Schicht abbilden und damit das äußere Erscheinungsbild des Karosseriebauteils beeinträchtigen.
Ferner ist das vorliegende Verfahren effizient, da es wenige Verfahrensschritte benötigt. Die außen liegende IMC-Schicht, die direkt die Class-A-Oberfläche ausbildet, wird unmittelbar in der Form für das Karosseriebauteil erzeugt und mit der innen liegenden Dämpferlage versehen. Es muss daher keine separate Folie hergestellt und beispielsweise durch Tiefziehen umgeformt werden. Damit lässt sich neben der Anzahl der Verfahrensschritte auch der apparative Aufwand verringern. Zudem kann die Menge der eingesetzten Materialien reduziert werden, da für die IMC-Schicht als außen liegende Oberfläche weniger Material verwendet werden kann als für eine separate Folie.
Das Sprüheintragen des Dämpfer-Polymerwerkstoffs in die Form kann zeitlich getrennt erfolgen, so dass auf die In-Mould-Coating-Schicht gesprüht wird. Alternativ können aber auch die erste und die zweite Schicht zu einer kombinierten IMC-Dämpferschicht zusam- mengefasst werden, indem die ersten beiden Schritte a), b) gemeinsam durch Sprüheintragen eines kombinierten In-Mould-Coating- und Dämpfer-Polymerwerkstoffs durchgeführt werden.
Das Einbringen des Faserwerkstoffs in Schritt drei kann durch das Einlegen einer oder mehrerer Faseranordnung realisiert werden. Unter einer Faseranordnung wird hierbei eine Fasermatte, ein Fasergeflecht, ein Fasergewebe, ein Faservlies, ein Faserband, ein Faserbündel etc. verstanden. Das Einlegen der Faseranordnung(en) in die Form erfolgt, bevor der matrixbildende Polymerwerkstoff in die Form eingebracht wird, was beispielsweise durch Sprühen, Spritzen, Streichen oder Gießen geschehen kann. Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung einer Fasereinlage können geschnittene Kurz-, Lang- oder Endlosfasern verwendet werden, die in einem Gemisch zusammen mit dem matrixbildenden Polymerwerkstoff etwa durch Sprühen, Spritzen, Streichen oder Gießen in die Form eingebracht werden. So kann die Bildung der faserverstärkten Verbundschicht auf bekannte Weise durch ein Fasersprüh-Verfahren, einen Resin-Transfer-Moulding-Prozess (RTM-Prozess) oder einen Sheet-Moulding-Compound-Prozess (SMC-Prozess) ausgeführt werden.
Das Eintragen des Faserwerkstoffs, beispielsweise durch ein Fasersprüh-Verfahren, ermöglicht abhängig von der Art des verwendeten Faserwerkstoffs eine große Flexibilität in Bezug auf die Dicke und die Dichte der eingebrachten Faserschicht. Der Einsatz eines RTM-Prozesses ermöglicht für das erfindungsgemäße Karosseriebauteil eine Leichtbau- Serienfertigung mit großen Stückzahlen. Alternativ dazu bildet der SMC-Prozess die Möglichkeit, die notwendigen Komponenten Faserwerkstoff und Polymerwerkstoff vorgemischt bereitzustellen und direkt der Weiterverarbeitung in der Form zuzuführen.
Vorteilhafter Weise kann durch den Eintrag der IMC-Schicht, je nach Qualitätsanspruch, eine werkzeugfallende Oberflächenschicht oder eine Lackiergrundlage erzeugt werden. So kann die IMC-Schicht beispielsweise mittels eines farbgebenden IMC-Systems als fertige Lackoberfläche ohne jegliche Nachbearbeitungsschritte oder aufgrund der erzeugten Class-A-Oberfläche als Lackiergrundlage ausgeführt werden.
Die Verwendung der IMC-Schicht als Oberfläche des Karosseriebauteils hat den Vorteil einer großen Designfreiheit, sowie abhängig von den eingesetzten Werkstoffen, eine sehr gute Licht- und Alterungsbeständigkeit. Da im erfindungsgemäßen Verfahren nur eine dünne IMC-Schicht in der Form aufgebracht wird, können Lösemittelgehalte gering sein, womit die Emissionen verringert werden könnten. Zudem ermöglicht die IMC-Schicht eine sehr gute Haftung an der gleichzeitig oder anschließend aufgebrachten innen liegenden Dämpferlage.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein IMC-System mit internem Trennmittel einsetzen, das im Wesentlichen einen härtbaren Lack oder einen Kunststoff umfasst. Es können Zwei-Komponenten-Lacksysteme zum Einsatz kommen.
Die Polymerwerkstoffe zur Bildung der Dämpferlage und der Matrix der faserverstärkten Verbundschicht können im Wesentlichen ein Kunstharz oder ein Polyurethan enthalten; es kann für beide Schichten ein unterschiedlicher oder vorteilhaft der gleiche Polymerwerkstoff verwendet werden, so dass sich beide Schichten gut verbinden. Die Fasern des Faserwerkstoffs können aus einem Kohle-, bzw. Carbon- oder Kohlenstoff-, Glas- oder Kunststoffmaterial oder Kombinationen davon bestehen, denkbar ist ferner der Einsatz von Keramik- oder Metallfasern. Die Verwendung eines härtbaren Lacks für die außen liegende I MC-Schicht stellt bei dem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil die fertige Oberfläche bereit, ohne dass Nacharbeiten nötig sind. Da die IMC-Schicht Farbpigmente enthalten und somit bereits eine gewünschte Farbgebung aufweisen kann, kann eine nachfolgende Lackierung Kosten sparend wegfallen.
Alternativ dazu kann ein Kunststoff verwendet werden, der als Lackiergrundlage dient. Abhängig von dem Material der außen liegenden IMC-Schicht kann das Material für die Dämpferlage ausgewählt werden, um eine optimale Haftung der Schichten aneinander zu ermöglichen. Das gleiche gilt für den Polymerwerkstoff der faserverstärkten Verbundschicht, der wie das Material der Dämpferlage verschiedene Kunstharze oder Polyurethane enthalten kann.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Karosseriebauteil mit einer Class-A-Oberflä- che. Dieses kann insbesondere durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils erhalten werden. Das Karosseriebauteil umfasst eine erste Schicht, die eine außen liegende IMC-Schicht ist, deren Oberfläche als fertige Lackoberfläche oder als Lackiergrundlage ausgebildet ist. Eine zweite Schicht wird durch eine innen liegende Dämpferlage gebildet, die an einer von der Oberfläche abgewandten Seite der In-Mould-Coating-Schicht anliegt. Anliegend an der innen liegenden Dämpferlage befindet sich eine faserverstärkte Verbundschicht. Die Dämpferlage ist dabei so ausgeführt, dass die Fasern der faserverstärkten Verbundschicht nicht mit der außen liegenden IMC-Schicht in Kontakt kommen und sich somit nicht an der Oberfläche des Karosseriebauteils abbilden, die durch die In-Mould-Coating-Schicht gebildet wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils liegt neben der Vermeidung der oberflächlichen Faserabbildung in seiner einfachen Herstellung, durch die mit geringerem Verfahrensaufwand und reduziertem Materialeinsatz ein Karosseriebauteil mit Class-A-Oberfläche geschaffen wird.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils kann zunächst eine Negativwerkzeugform bereitgestellt werden. Das IMC-System mit internem Trennmittel wird zur Bildung der IMC-Schicht "in die Form lackiert", d. h. vorzugsweise durch Sprüheintrag appliziert, und in einem anschließende Härtungsprozess fertig gestellt. Durch die Güte der Negativwerkzeugform und die vorteilhaften Eigenschaften des IMC-Systems ist eine Nachbearbeitung der entstehenden Oberfläche überflüssig. Hierfür kann bereits ein Lacksystem mit Farbpigmenten verwendet werden, das in Farbe und Oberflächenstruktur dem Lack der übrigen Karosserie entspricht. Ein aufwändiges Nachlackieren des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils kann somit entfallen.
Durch die mittels der Dämpferlage von der Faserverbundschicht getrennte IMC-Schicht ist das Karosseriebauteil auch nach dauerhaften Witterungseinflüssen durch Licht, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen alterungsbeständig und weist keine Abbildung der Fasern auf.
Ein Faseranteil in der faserverstärkten Verbundschicht kann bei ca. 15 Vol.-% bis ca. 60 Vol.-% liegen. Durch die geeignete Auswahl des matrixbildenden Polymerwerkstoffs und des Faserwerkstoffs sowie der Variation der Volumenverhältnisse können Schwin- dungsverhalten und Wärmedehnung in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Beispielsweise kann in einem Fasersprüh-Verfahren ein noch flüssiges Reaktionsgemisch (beispielsweise Polyurethan) mit Fasern (beispielsweise Langfasern mit einer typischen Länge von 5 bis 25 mm) im Sprühauftrag aus einem beweglichen Mischkopf auf die Dämpferlage aufgetragen werden. Hierbei können die Fasern unmittelbar am Mischkopf geschnitten und in den Sprühstrahl befördert werden. Das Reaktionsgemisch kann unter Druck und/oder Einwirkung von Wärme zur faserverstärkten Schicht aushärten.
Ein weiteres Verfahren ist der RTM-Prozess, der es ermöglicht, in der Leichtbauserienfertigung größere Stückzahlen zu bewältigen. Zunächst wird eine Faseranordnung bzw. Fasereinlage auf die Dämpferlage in der Negativwerkzeugform eingelegt, diese wird geschlossen, um den matrixbildenden Polymerwerkstoff in die Werkzeugkavität einzubringen, bspw. zu injizieren. Nach der vollständigen Füllung der Kavität wird der Polymerwerkstoff bei der vorgegebenen Verarbeitungstemperatur ausgehärtet. Je nach verwendetem Polymerwerkstoff muss eine vorgegebene Schließkraft durch das geschlossene Formwerkzeug aufgebracht werden, um es im geschlossenen Zustand zu halten.
Ferner kann ein SMC-Prozess zur Bildung der faserverstärkten Verbundschicht geeignet sein. Dabei werden die notwendigen Komponenten aus Faserwerkstoff und Polymerwerkstoff bereits vorgemischt und liegen fertig zur Verarbeitung vor. Das Komponentengemisch wird zu flexiblen Folien oder Platten verarbeitet und so als SMC-Halbzeug bereitgestellt. Das SMC-Halbzeug lässt sich auf eine gewünschte Form zuschneiden und in die Negativwerkzeugform einlegen. Mittels Fließpressen oder anderer geeigneter Vorgänge wird das SMC-Halbzeug zum fertigen Bauteil weiter verarbeitet.
Nach dem abschließenden Aushärten der Komponenten und dem Verbund zwischen den Schichten wird das fertige Karosseriebauteil entformt und kann ohne weitere Oberflächenbehandlung direkt der Montage zugeführt werden.

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Mehrschicht-Karosseriebauteils mit einer Class-A-Oberfläche,
umfassend die Schritte:
in eine Form zur Fertigung von Faserverbund-Karosseriebauteilen, deren Innenseite die Oberfläche des Karosseriebauteils abbildet,
a) Sprüheintragen zumindest eines In-Mould-Coating-Systems mit internem Trennmittel unmittelbar auf die Innenseite der Form und zumindest teilweise aushärten lassen, dabei Ausbilden einer ersten Schicht,
b) Sprüheintragen eines Polymerwerkstoffs und zumindest teilweise aushärten lassen, dabei Ausbilden einer zweiten Schicht als eine Dämpferlage,
c) auf die Dämpferlage in die Form Einbringen eines Faserwerkstoffs und eines matrixbildenden Polymerwerkstoffs, dabei Imprägnieren des Faserwerkstoffs mit dem matrixbildenden Polymerwerkstoff,
d) zumindest teilweise aushärten lassen des matrixbildenden Polymerwerkstoffs und Bilden einer faserverstärkten Verbundschicht, und
e) Entformen des fertigen Karosseriebauteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt b) das Sprüheintragen des Polymerwerkstoffs auf die In-Mould-Coating- Schicht erfolgt, nach dem Schritt a) ausgeführt wurde, oder
gemeinsam Ausführen der Schritte a) und b) durch Sprüheintragen eines kombinierten In-Mould-Coating- und Dämpfer-Polymerwerkstoffs, wobei die erste und die zweite Schicht eine kombinierte In-Mould-Coating- Dämpferschicht bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt c) das Einbringen des Faserwerkstoffs
- durch Einlegen zumindest einer Faseranordnung, insbesondere einer Fasermatte, eines Fasergeflechts, eines Fasergewebes, ein Faservlieses, ein Faserbandes, eines Faserbündels,
vor dem Einbringen des matrixbildenden Polymerwerkstoffs durch Sprühen,
Spritzen, Streichen oder Gießen erfolgt,
und/oder
- durch Sprühen, Spritzen, Streichen oder Gießen von Kurz-, Lang- oder Endlosfasern zusammen dem matrixbildenden Polymerwerkstoff erfolgt.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
Schritt c) durch ein Fasersprüh-Verfahren, einen Resin-Transfer-Moulding-Prozess oder einen Sheet-Moulding-Compound-Prozess ausgeführt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die In-Mould-Coating-Schicht als fertige Lackoberfläche oder als Lackiergrundlage ausgeführt wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das In-Mould-Coating-System einen härtbaren Lack oder einen Kunststoff enthält und/oder
der Polymerwerkstoff der Dämpferlage ein Kunstharz oder ein Polyurethan ist und/oder
der Faserwerkstoff Verstärkungsfasern aus Kohle, Glas, und/oder Kunststoff enthält und/oder
der matrixbildende Polymerwerkstoff ein Kunstharz oder ein Polyurethan umfasst.
7. Faserverbund- ehrschicht-Karosseriebauteil mit einer Class-A-Oberfläche, das mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 herstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Karosseriebauteil zumindest
- als eine erste Schicht eine außen liegende In-Mould-Coating-Schicht aufweist, deren Oberfläche als fertige Lackoberfläche oder als Lackiergrundlage ausgebildet ist, und - als eine zweite Schicht eine Dämpferlage aufweist, die an einer von der Oberfläche abgewandten Seite der In-Mould-Coating-Schicht anliegt, und
- eine an der Dämpferlage anliegenden faserverstärkten Verbundschicht hat, wobei die Dämpferlage so ausgeführt ist, dass die Fasern der faserverstärkten Verbundschicht sich nicht in der Oberfläche des Karosseriebauteils abbilden, die durch die In-Mould-Coating-Schicht gebildet wird.
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