DE10260525A1

DE10260525A1 - Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwich-Bauweise

Info

Publication number: DE10260525A1
Application number: DE2002160525
Authority: DE
Inventors: Christoph Tobias Lante; Jörg Pöltl
Original assignee: BASF SE; Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-21
Filing date: 2002-12-21
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2022-12-22
Also published as: DE10260525B4

Abstract

Ein Karosseriebauteil in Sandwich-Bauweise weist folgenden Schichtaufbau von außen nach innen auf, nämlich eine Außenschicht (1) in Form eines Metallblechs oder einer Kunststofffolie, eine darunter liegende Tragschicht (2) aus einem Schaummaterial, eine unter dieser liegende Dämmschicht (3) aus einem weiteren Schaummaterial mit geringerer Dichte und eine Innenschicht (4) als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums. Dieses eignet sich besonders für ein modulares Dach eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren zur Herstellung ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (1, 2, 3, 4) nacheinander in einem Unterwerkzeug (5) einer Schäumform, beginnend mit der in das Unterwerkzeug (5) eingelegten Außenschicht (1), aufgebaut und durch Ausreaktion der beiden inneren Schichten (2, 3) miteinander verbunden werden. Es zeichnet sich durch eine einfache Handhabung und effiziente Fertigung aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwich-Bauweise. Sie eignet sich insbesondere für ein modulares Fahrzeugdach, bei dem sowohl eine Außenschicht als auch ein Dachhimmel in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Karosseriebauteil mit folgendem Schichtaufbau von außen nach innen: einer Außenschicht in Form eines Metallblechs oder einer Kunststofffolie, einer darunterliegenden Tragschicht aus einem Schaummaterial, einer unter dieser liegenden Dämmschicht aus einem weiteren Schaummaterial mit geringerer Dichte und einer Innenschicht als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums.

Modulare Karosseriebauteile in Sandwich-Bauweise sind im Stand der Technik in großer Zahl bekannt. Beispielhaft sein nachfolgend einige, im Zusammenhang mit Fahrzeugdächern bekannte Lösungsansätze erläutert.

So wird beispielsweise in der DE 197 09 016 C2 und in der EP 1 106 485 A2 jeweils ein Dreischichtaufbau offenbart, bei dem der Raum zwischen einem Dachhimmel und einer Fahrzeugaußenwand ausgeschäumt ist.

Weiterhin wird in der EP 1 088 749 A2 die Möglichkeit eines zweischaligen Aufbaus beschrieben. Sowohl die Außenschale mit der Außenwand als auch die Innenschale mit einem Dachhimmel sind jeweils mit einer Schaumkunststoffschicht hinterlegt. Beide Schalen sind lösbar miteinander zu verrasten, um den Dachhimmel bei Bedarf auszutauschen.

Diese Lösungen sind jedoch im Hinblick auf die Biegesteifigkeit und die akustische Dämmwirkung verbesserungsbedürftig.

Aus der WO 99/16657 ist eine Wandstruktur mit fünf Schichten bekannt. Diese ist in der Herstellung sehr aufwendig, insbesondere auch deswegen, weil die einzelnen Schichten mit Hilfe von Zwischenlagen oder Klebschichten miteinander verbunden werden müssen.

In dieser Hinsicht etwas günstiger ist die in der DE 199 55 167 C2 offenbarte Sandwich-Bauweise mit vier Schichten, da dort das Aufbringen von Klebschichten zumindest bei der Endmontage entfällt. Dieses bekannte Karosseriebauteil umfaßt eine Außenschale und eine Innenschale. Beide Schalen besitzen jeweils einen Schaumgrundkörper bzw. eine Schaumschicht, die an ihren gegeneinander gerichteten Seiten miteinander verbunden sind. Die Schaumschicht der Außenschale ist als Hartschaumschicht ausgebildet, während die Schaumschicht der Innenschale eine Weichschaumschicht ist. An ihren Außenseiten sind beide Schaumschichten jeweils mit einer Deckschicht versehen. Die Deckschicht auf der Außenseite der Hartschaumschicht ist als relativ harte und feste Außenschicht ausgebildet und besteht beispielsweise aus Kunststoff oder Blech, während die Deckschicht der Weichschaumschicht ein Dekorstoff ist, der zur Innenseite des Fahrzeugs weist.

Zur Herstellung des bekannten Karosserieteils wird zunächst die Außenschicht mit Hilfe eines Kerns in einem Formwerkzeug gepreßt. Nach Entfernen des Kerns wird die bereits extern vorgefertigte Innenschale eingesetzt, die aus der Weichschaumschicht und dem Dekorstoff besteht. Auf die Innenseite der Außenhaut wird dann ein Schaummaterial, beispielsweise Polyurethan aufgetragen. Anschließend wird das Formwerkzeug erneut geschlossen, damit das aufgetragene Schaummaterial ausreagieren und die Außenwand mit der Innenschale verbinden kann.

Es ist unmittelbar ersichtlich, daß diese Art und Weise der Herstellung in der Handhabung etwas aufwendig ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für ein Karosseriebauteil mit dem eingangs genannten Vierschichtaufbau die Handhabung bei der Fertigung zu vereinfachen.

Zu Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, bei dem eingangs genannten Verfahren die einzelnen Schichten nacheinander in einem Unterwerkzeug einer Schäumform beginnend mit der in das Unterwerkzeug eingelegten Außenschicht aufzubauen und durch Ausreaktion der beiden inneren Schichten miteinander zu verbinden.

Auf diese Weise lassen sich einerseits separate Klebschichten oder Kleber vollständig vermeiden. Andererseits ergibt sich ein einfacher Arbeitsablauf, bei dem keine vorgefertigten Elemente benötigt werden. Gegenüber dem in der DE 199 55 167 C2 vorgeschlagenen Verfahren resultiert durch den Entfall des Kerns eine Handhabungsvereinfachung. Auch der aufeinanderfolgende Aufbau der einzelnen Schichten erleichtert die Endmontage, da die einzelnen Rohlinge der Schaumschichten unmittelbar aufeinander gelegt werden. Ein externes Zusammenfügen von Schichten entfällt vollständig.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Fertigungsverfahrens wird in einem ersten Schritt lediglich die Tragschicht an die Außenschicht angeschäumt.

In einem zweiten Schritt kann dann die Dämmschicht gleichzeitig an die Tragschicht und die Innenschicht angeschäumt werden.

Die schrittweise Vorgehensweise erlaubt eine gute Kontrolle der Maßhaltigkeit.

In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens wird zunächst die vorgeformte Außenschicht in ein Unterwerkzeug der Schäumform eingelegt. Hernach wird ein erster Rohling für die Tragschicht eingelegt und nach Schließen der Form mit einem ersten Oberwerkzeug die Tragschicht ausreagiert. Dabei verbindet sich die Tragschicht mit der Außenschicht.

Vorzugsweise anschließend wird die Innenwand in ein Oberwerkzeug eingelegt. Ein Rohling für die Dämmschicht wird auf die Tragschicht aufgelegt. Danach wird das Unterwerkzeug mit dem Oberwerkzeug geschlossen und der Dämmschicht-Rohling ausreagiert, wobei sich die Dämmschicht mit der Tragschicht und der Innenwand verbindet. Dabei wird vorzugsweise ein zweites Oberwerkzeug verwendet, das auf den benötigten Raum zur Ausreaktion der Dämmschicht abgestimmt ist.

Damit kann das Karosseriebauteil in einem einzigen Unterwerkzeug sukzessive vollständig aufgebaut werden, ohne daß einzelne Schichten zunächst extern miteinander verbunden werden müßten. Für die beiden inneren Schichten werden Materialien verwendet, die eine Verbundhaftung mit den jeweils benachbarten Schichten ermöglichen.

Mit dem vorstehend erläuterten Verfahren läßt sich ein modular verwendbares Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug herstellen. Es ergibt sich damit als weitere Lösung der obengenannten Aufgabe ein Karosseriebauteil, insbesondere Fahrzeugdach, in Sandwich-Bauweise mit folgendem Schichtaufbau von außen nach innen: einer Außenschicht in Form eines Metallblechs oder einer Kunststofffolie, einer darunterliegenden Tragschicht aus einem Schaummaterial, einer unter dieser liegenden Dämmschicht aus einem weiteren Schaummaterial mit geringerer Dichte, und einer Innenschicht als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums, bei dem alle benachbarten Schichten ausschließlich durch Verbundhaftung unmittelbar aneinander befestigt sind.

Insbesondere ist hierbei vor allem auch die Innenschicht durch Anschäumen an der Dämmschicht befestigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Karosseriebauteils weist die Tragschicht biegesteifigkeitserhöhende Elemente auf. Die Tragschicht kann so im Prinzip die mechanischen Anforderungen des gesamten Sandwichs aufnehmen.

Sie kann beispielsweise als LFI-PU-Schaumschicht (LFI: Long-fibre-injection; PU: Polyurethan) oder als ein Sandwich aus PU-Schaum mit Wabenstruktur ausgebildet sein.

Der Dämmschicht kommt die Aufgabe der Schalldämmung zu. Sie ist deswegen weicher als die Tragschicht. Vorzugsweise enthält die Dämmschicht keine oder nur einem geringen Anteil an Glasfasern. Sie gibt überdies der Innenwand, welche vorwiegend unter optischen Gesichtspunkten gestaltet wird, eine gute Haptik.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Dämmschicht aus einem akustischen Dämmstoff, insbesondere einem akustisch dämmenden PU-Schaum.

Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines Karosseriebauteils mit erfindungsgemäßem Schichtaufbau, und in den
2 bis 7 eine schematische Darstellung der Abfolge des Fertigungsprozesses zur Herstellung des Schichtaufbaus in 1.
1 zeigt ein Karosseriebauteil in Sandwich-Bauweise mit vierschichtigem Aufbau. Das Karosseriebauteil integriert dabei sowohl die Außenwand des Fahrzeugs als auch eine zur Fahrgastzelle weisende Innenwand mit deren Wandverkleidung.
Prinzipiell kann das Karosseriebauteil für beliebige, zur Fahrgastzelle weisende Wandbereiche eingesetzt werden. Es eignet sich jedoch insbesondere für großflächige Abschnitte wie beispielsweise das Fahrzeugdach. Dieses kann als Modul ausgebildet werden, das dann in die Karosserie eingebaut wird.
Die Sandwichstruktur des Karosseriebauteils umfaßt von außen nach innen eine Außenschicht 1, eine darunterliegende Tragschicht 2, eine unter dieser liegende Dämmschicht 3 sowie eine Innenschicht 4 als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums.
Jede dieser Schichten übernimmt dabei eigene Aufgaben.
Die Außenschicht 1 dient im wesentlichen dazu, eine in Wagenfarbe eingefärbte Class-A-Oberfläche zu erzeugen. Sie ist daher vorzugsweise als dünnes Metallblech ausgebildet, worunter hier auch Metallfolien verstanden werden. Insbesondere kann die Außenschicht 1 aus einer tiefgezogenen, eingefärbten Coextrusionsfolie oder einem Coilcoated Aluminiumblech oder Stahlblech bestehen oder eine Folie aus einem geeigneten Kunststoff sein.
Die eigentliche Festigkeit der Sandwichstruktur wird durch die nicht-metallische Tragschicht 2 bewirkt, welche unter den Schichten 1 bis 4 die größte Steifigkeit aufweist.
Zu diesem Zweck kann die Tragschicht 2 durch Versteifungselemente verstärkt werden, die beispielsweise in diese eingebettet sind. Denkbar sind hier sowohl lose Fasern, insbesondere Glasfasern, als auch Fasergewebe. Im Hinblick auf einen einfachen Fertigungsprozeß ist die Tragschicht 2 hier beispielhaft als LFI-PU-Schaumsystem ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Sandwich aus PU-Schaum (Polyurethan-Schaum) mit einer Wabenstruktur verwendet werden. Dabei können alle solchen Materialien verwendet werden, die mit der metallischen Außenschicht 1 eine Verbundhaftung eingehen und sich aufschäumen lassen.
Der Dämmschicht 3 kommt hingegen die Aufgabe zu, den Schall des Sandwichs zu absorbieren und gleichzeitig dem Dekor, d. h. der Innenschicht 4 eine gute Haptik zu verleihen. Sie ist ebenfalls als PU-Schaumschicht ausgebildet. Während jedoch für die Tragschicht 2 bevorzugt ein Hartschaummaterial zum Einsatz kommt, wird für die Dämmschicht 3 ein Weichschaummaterial verwendet. Jedenfalls weist die Dämmschicht 3 eine geringere Dichte und eine geringere Steifigkeit als die Tragschicht 2 auf. Sie enthält überdies keine oder nur einen geringen Anteil an Fasermaterial. Auch ist die aus einem akustischen Dämmstoff bestehende Dämmschicht 3 hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften so gewählt, daß diese sowohl mit der Tragschicht 2 als auch mit der Innenwand 4 beim Ausreagieren während der Endmontage eine Verbundhaftung eingeht.
Die Innenschicht 4 dient als Wandverkleidung und wird daher im wesentlichen unter Gesichtspunkten einer angenehmen Gestaltung des Fahrzeuginnenraums gewählt. Bei einem Fahrzeugdach dient diese als Ersatz für den üblichen Dachhimmel. Zu Einsatz gelangen bevorzugt textile Materialien.
Die Herstellung einer solchen Vierschicht-Sandwichstruktur wird nun anhand der 2 bis 7 näher erläutert. Kennzeichnend für das Herstellungsverfahren ist, daß die einzelnen Schichten 1 bis 4 nacheinander in einem Unterwerkzeug 5 einer Schäumform aufgebaut werden und zwar beginnend mit der in das Unterwerkzeug 5 eingelegten Außenschicht 1. Die jeweils benachbarten Schichten 1 bis 4 werden dann durch Ausreaktion der beiden inneren Schichten 2 und 3 miteinander verbunden.
2 in zeigt in diesem Zusammenhang das Unterwerkzeug 5 der Schäumform. In dieses wird das zuvor durch Tiefziehen einer Folie oder eines Bleches vorgeformte Außenteil 1 eingelegt, so daß dessen Rückseite bzw. Innenseite nach oben weist.
Auf das Außenteil 2 wird dann ein Tragschicht-Rohling abgelegt, wie dies in 3 zu erkennen ist.
Anschließend wird, wie in 4 dargestellt, die Schäumform mit einem ersten Oberwerkzeug 6 geschlossen. Nach dem Schließen reagiert das Polyurethan der Tragschicht 2 aus. Über das Oberwerkzeug 6 kann dabei eine Formgebung der Tragschicht erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, dickere und dünnere Tragschichtabschnitte entsprechend den auftretenden Belastungen vorzusehen. Insbesondere ist es auch möglich, durch Schichtdickenunterschiede eine rippenartige Struktur oder Gitterstruktur zu erzeugen. Eine weitere Verstärkung erfolgt durch in den Tragschichten-Rohling eingebettete Versteifungselemente, die eine wabenartige oder gitterförmige Struktur aufweisen können. Beim Schließen der Form wird berücksichtigt, daß sich der ausreagierende Rohling ausdehnt.
Nach Beendigung dieses Vorgangs wird in das Oberwerkzeug die Innenschicht 4 eingelegt. Anstelle des ersten Oberwerkzeugs 6 kommt hier vorzugsweise ein zweites Oberwerkzeug 7 zum Einsatz (vgl. 5).
In einem weiteren Schritt, der in 6 dargestellt ist, wird nun der Dämmschicht-Rohling auf die bereits ausreagierte Tragschicht 2 in der Schäumform aufgelegt.
Anschließend erfolgt das in 7 dargestellte Ausreagieren der Dämmschicht 3, bei dem sich diese gleichzeitig mit der Innenschicht 4 und der Tragschicht 2 verbindet. Zu diesem Zweck fährt entweder das erste Oberwerkzeug 6 wieder zu, schließt jedoch nicht so tief ab, um einen Hohlraum für die Ausdehnung der Dämmschicht 3 bereitzustellen, oder aber es wird das zweite Oberwerkzeug 7 verwendet, bei dessen Gestaltung der verbleibende Hohlraum für die Dämmschicht 3 bereits berücksichtigt ist.
Nach dem Ausreagieren wird das nunmehr fertige Karosseriebauteil entformt. Durch eine entsprechende Konturierung der Schäumform wie auch der Oberwerkzeuge kann dieses bereits seine Einbauform aufweisen. Es jedoch auch möglich, durch eine Bearbeitung beispielsweise der Ränder nach der Formgebung noch Anbindungsstellen für die Karosserie zu schaffen.
Bei dem in 7 schematisch dargestellten Karosseriebauteil reicht die Außenschicht 1 bis an die Innenschicht 4 heran und ummantelt so seitlich die dazwischen angeordnete Tragschicht 2 und Dämmschicht 3. Dies ist jedoch nicht zwingend. Denkbar ist vielmehr auch, das Karosseriebauteilen gegebenenfalls ohne eine solche seitliche Ummantelung als Füllung in einem Rahmen zu verwenden.
Das vorstehend erläuterte Karosseriebauteil zeichnet sich durch eine besonders günstige Handhabung bei der Fertigung aus. Es weist darüber hinaus eine hohe Steifigkeit sowie gute Schalldämmungseigenschaften auf.
Zudem läßt sich bei einer Verwendung als Fahrzeugdach der für dieses benötigte Raum sehr gering gehalten.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel eines Karosseriebauteils samt zugehörigem Herstellungsverfahren beschränkt, sondern umfaßt vielmehr sämtliche in den Patentansprüchen angegebenen Karosseriebauteile und Herstellungsverfahren.

1: Außenschicht
2: Tragschicht
3: Dämmschicht
4: Innenschicht
5: Unterwerkzeug
6: erstes Oberwerkzeug
7: zweites Oberwerkzeug
PU: Polyurethan
LFI: Long-fibre-injection (Langfasereinspritzung)

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils, insbesondere eines Fahrzeugdachs, in Sandwich-Bauweise mit folgendem Schichtaufbau von außen nach innen: – einer Außenschicht (1) in Form eines Metallblechs oder einer Kunststofffolie, – einer darunterliegenden Tragschicht (2) aus einem Schaummaterial, – einer unter dieser liegenden Dämmschicht (3) aus einem weiteren Schaummaterial mit geringerer Dichte, und – einer Innenschicht (4) als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten (1, 2, 3, 4) nacheinander in einem Unterwerkzeug (5) einer Schäumform beginnend mit der in das Unterwerkzeug (5) eingelegten Außenschicht (1) aufgebaut und durch Ausreaktion der beiden inneren Schichten (2, 3) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Tragschicht (2) an die Außenschicht (1) angeschäumt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Schritt die Dämmschicht (3) gleichzeitig an die Tragschicht (2) und die Innenschicht (4) angeschäumt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformte Außenschicht (1) in ein Unterwerkzeug (5) der Schäumform eingelegt wird, hernach ein erster Rohling für die Tragschicht (2) eingelegt und nach Schließen der Form mit einem ersten Oberwerkzeug (6) die Tragschicht (2) ausreagiert wird, wobei sich diese mit der Außenschicht (1) verbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand in ein Oberwerkzeug (6; 7) eingelegt wird, ein Rohling für die Dämmschicht (3) auf die Tragschicht (2) aufgelegt wird, anschließend das Unterwerkzeug (5) mit dem Oberwerkzeug geschlossen und der Dämmschicht-Rohling ausreagiert wird, wobei sich die Dämmschicht (3) mit der Tragschicht (2) und der Innenschicht (4) verbindet.
Karosseriebauteil, insbesondere Fahrzeugdach, in Sandwich-Bauweise mit folgendem Schichtaufbau von außen nach innen: – einer Außenschicht (1) in Form eines Metallblechs oder einer Kunststofffolie, – einer darunterliegenden Tragschicht (2) aus einem Schaummaterial, – einer unter dieser liegenden Dämmschicht (3) aus einem weiteren Schaummaterial mit geringerer Dichte, und – einer Innenschicht (4) als Wandverkleidung des Fahrzeuginnenraums, dadurch gekennzeichnet, daß alle benachbarten Schichten (1, 2, 3, 4) durch Verbundhaftung aneinander befestigt sind.
Karosseriebauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschicht (2) biegesteifigkeitserhöhende Elemente aufweist.
Karosseriebauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschicht (2) eine LFI-PU-Schaumschicht ist.
Karosseriebauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, die Tragschicht (2) ein Sandwich aus PU-Schaum mit Wabenstruktur ist.
Karosseriebauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht (3) glasfaserfrei ist.
Karosseriebauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht (3) aus einem akustischen Dämmstoff, insbesondere einem akustisch dämmenden PU-Schaum besteht.