DE10031697A1

DE10031697A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks

Info

Publication number: DE10031697A1
Application number: DE2000131697
Authority: DE
Inventors: Martin Westerbecke; Axel Schultz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstückes, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht und bei dem das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt wird; die Kunststofffolie in ein Formtiefzieh-Werkzeug eingebracht wird, in dem das Metallbauteil als Stempel oder Matrize eingesetzt wird und anschließend in einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs die Kunststofffolie konturgerecht umgeformt und mit dem Metallbauteil verbunden wird. DOLLAR A Alternativ hierzu ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt und die Kunststofffolie in einem Formtiefzieh-Werkzeug konturgerecht umgeformt werden; die Kunststofffolie und das Metallbauteil in ein temperierbares Presswerkzeug eingebracht werden und anschließend in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeugs die Kunststofffolie und das Metallbauteil verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, ein nach dem Verfahren hergestelltes Verbundwerkstück sowie dessen Verwendung.

An in der Transportmittelindustrie eingesetzten Werkstücken bestehen unterschiedlichste Anforderungen. So sollen beispielsweise Steifigkeit, Wärmeisolation und Handhabbarkeit in Fertigungsverfahren möglichst einfach und kostengünstig sichergestellt werden, ohne dass eine Gewichtszunahme und damit eventuell ein Kraftstoffmehrverbrauch in Kauf genommen werden muss. Darüber hinaus werden viele dieser Werkstücke, insbesondere Werkstücke mit Metallbauteilen, aus Gründen des Korrosionsschutzes und/oder aus ästhetischen Aspekten heraus mit einer oder mehreren Schutzschichten - meist zumindest einem Lack - versehen. Somit besteht das nach der Lackierung entstehende Verbundwerkstück zumindest aus einem Metallbauteil, das zumindest bereichsweise auf seiner Oberfläche die Lackierung trägt.

Ferner sind zahlreiche Lackierprozesse bekannt, um Metallbauteile mit einem Lack und gegebenenfalls weiteren Schutzschichten zu beschichten. Häufig ist die Herstellung von Lackierungen hoher Oberflächenqualität, insbesondere auf den besonders gewichtsgünstigen Magnesium-Bauteilen, nur aufwendig und mit hohen Kosten realisierbar. So müssen häufig Vorbehandlungsschritte zur Aktivierung der Oberflächen der Metallbauteile vorgenommen werden und ebenso müssen die zu lackierenden Metallteile während des Lackierprozesses in zahlreichen Verfahrensschritten eingetaucht, besprüht, getempert, wieder abgekühlt, getrocknet und so weiter werden. Sofern mehrschichtige Lackierungen aufgebracht werden sollen, müssen diese Verfahrensschritte zumeist mehrfach wiederholt werden. Häufig fallen bei den Lackierprozessen Lösungsmittelrückstände an, deren Entsorgung sehr kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für Verbundwerkstücke aus einem Metallbauteil mit einer zumindest teilweisen Oberflächenbeschichtung zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks mit den im Anspruch 1 und den im Anspruch 2 genannten Merkmalen gelöst. Nach einem ersten Verfahren wird

a) das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt;
b) die in einem vorgelagerten Verfahren erzeugte Kunststofffolie in ein temperierbares Formtiefzieh-Werkzeug eingebracht, in dem das Metallbauteil als Stempel oder Matrize eingesetzt wird;
c) gegebenenfalls ein Haftmittel auf einen Fügebereich der Kunststofffolie und/oder des Metallbauteils aufgebracht und
d) anschließend in einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs die Kunststofffolie konturgerecht umgeformt und mit dem Metallbauteil verbunden.

Nach einem alternativen Verfahren wird

a) das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt und die Kunststofffolie in einem Formtiefzieh-Werkzeug konturgerecht umgeformt;
b) die Kunststofffolie und das Metallbauteil in ein temperierbares Presswerkzeug eingebracht;
c) gegebenenfalls ein Haftmittel vor und/oder nach Einbringung in das Presswerkzeug auf einen Fügebereich der Kunststofffolie und/oder des Metallbauteils aufgebracht und
d) anschließend in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeugs die Kunststofffolie und das Metallbauteil verbunden.

Nach beiden Verfahren kann demnach in sehr einfacher Weise und ohne Abstriche an die Qualität ein Verbundwerkstück mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Die Verfahren eignen sich vorzugsweise dazu, lackähnliche Kunststofffolien einzusetzen, so dass eine Lackierung nach herkömmlicher Art entfällt. Derartige Kunststofffolien können selbstverständlich für die unterschiedlichsten Anforderungen mehrschichtig aufgebaut sein, so dass die nach herkömmlichen Verfahren notwendigen, aufwendigen Verfahrensführungen zur Aufbringung dieser Schichten entfallen können.

Bevorzugt ist ferner, dass das Metallbauteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt wird. Derartige Magnesium-Bauteile können insbesondere durch Magnesium- Spritzgießen oder Magnesium-Druckguss unter Rückgriff auf bestehende Techniken gefertigt werden. Als Werkstoffe für die Bauteile eignen sich auch Aluminiumlegierungen, Zinklegierungen, Stahl oder dergleichen.

Das ebenfalls beanspruchte, nach dem Verfahren hergestellte Verbundwerkstück findet bevorzugt Verwendung als strukturrelevantes Karosseriebauteil und/oder Karosserie- Außenhaut-Komponente im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstückes in vier Verfahrensschritten (I) bis (IV) und

Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens in den Verfahrensschritten (II) und (III).

Die Fig. 1 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Verbundwerkstück 10, das zumindest aus einem Metallbauteil 12 und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche 14 des Metallbauteils 12 aufgebrachten Kunststofffolie 16 besteht. Derartige Verbundwerkstücke 10 finden Verwendung als strukturrelevante Karosseriebauteile und/oder Karosserie- Außenhaut-Komponenten im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau. Das Metallbauteil 12 ist aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung nach einem hier nur schematisch im Teilschritt (I) dargestellten Magnesium-Spritzgieß- oder Magnesium-Druckgussverfahren hergestellt. Dazu wird ein Formwerkzeug 18 mit einer für die Geometrie des Metallbauteils 12 entsprechend ausgeformten Kavität genutzt. Da die eingesetzten Magnesium-Schmelzen häufig Temperaturen von über 500°C haben, muss das Metallbauteil 12 zunächst abgekühlt werden, ehe es für den nachfolgenden Teilschritt (II) dieses Herstellungsverfahrens genutzt werden kann. Gegebenenfalls kann die durch das Urformen des Metallbauteils 12 enthaltene Wärme noch für einen Formgebungsprozess der Kunststofffolie 16 genutzt werden.

In einem sich anschließenden Teilschritt (II) wird das Metallbauteil 12 als Stempel oder Matrize in ein Formtiefzieh-Werkzeug 20 eingesetzt. Ferner wird in das geöffnete Formtiefzieh-Werkzeug 20 die noch nicht konturgerecht geformte Kunststofffolie 16 eingelegt. Die Kunststofffolie 16 ist in diesem Falle eine coextrudierte lackähnliche Folie.

Nachfolgend wird im Teilschritt (III) gegebenenfalls mittels einer Düse 22 ein Haftmittel 24 auf einen Fügebereich der Kunststofffolie 16 und/oder des Metallbauteils 12 aufgebracht. Der Fügebereich ist hierbei selbstverständlich so gewählt, dass nach Abschluss des Herstellungsverfahrens die Kunststofffolie 16 die Oberfläche 14 des Metallbauteils 12 bedeckt und an dieser dauerhaft haftet.

In einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang wird durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs 20 einerseits die Kunststofffolie 16 konturgerecht geformt und andererseits mit dem Metallbauteil 12 dauerhaft verfügt. Das auf diese Weise hergestellte Verbundwerkstück 10 kann dann mit bekannter Auswerfertechnik entnommen werden.

In einer alternativen Verfahrensführung können die Teilschritte (II) und (III) durch die in Fig. 2 dargestellten Teilschritte (IIa), (IIb) und (IIIa) ersetzt werden. Nach den Teilschritten (IIa) und (IIb) wird die Kunststofffolie 16 in einem Formtiefzieh-Werkzeug 26 durch Tiefziehen und Pressen vorgeformt. Die vorgeformte Kunststofffolie 16 wird nun im Teilschritt (IIIa) in ein Presswerkzeug 28, in das zuvor das Metallbauteil 12 eingebracht wurde, eingesetzt. Das Haftmittel 24 kann - wie hier dargestellt - nach dem Einsetzen oder aber auch vorher auf die beiden Komponenten 12, 16 aufgebracht werden. Anschließend wird in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeuges 28 die Kunststofffolie 16 und das Metallbauteil 12 verbunden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Verbundwerkstück

12

Metallbauteil

14

Oberfläche des Metallbauteils

16

Kunststofffolie

18

Formwerkzeug

20

Formtiefzieh-Werkzeug

22

Düse

24

Haftmittel

26

Formtiefzieh-Werkzeug

28

Presswerkzeug

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht, und bei dem

a) das Metallbauteil (12) in einem Formwerkzeug (18) konturgerecht hergestellt wird;
b) die Kunststofffolie (16) in ein temperierbares Formtiefzieh-Werkzeug (20) eingebracht wird, in dem das Metallbauteil (12) als Stempel oder Matrize eingesetzt wird und
c) anschließend in einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs (20) die Kunststofffolie (16) konturgerecht umgeformt und mit dem Metallbauteil (12) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haftmittel (24) auf einen Fügebereich der Kunststofffolie (16) und/oder des Metallbauteils (12) aufgebracht wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht, und bei dem

a) das Metallbauteil (12) in einem Formwerkzeug (18) konturgerecht hergestellt und die Kunststofffolie (16) in einem Formtiefzieh-Werkzeug (20) konturgerecht umgeformt werden;
b) die Kunststofffolie (16) und das Metallbauteil (12) in ein temperierbares Presswerkzeug (28) eingebracht werden und
c) anschließend in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeugs (28) die Kunststofffolie (16) und das Metallbauteil (12) verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haftmittel (24) vor und/oder nach Einbringung in das Presswerkzeug (28) auf einen Fügebereich der Kunststofffolie (16) und/oder des Metallbauteils (12) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (12) aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt wird (Magnesium-Bauteil).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesium-Bauteil durch Magnesium-Spritzgießen oder Magnesium-Druckguss hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lackähnliche Kunststofffolie verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftmittel (24) ein Primer oder Klebemittel verwendet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzusammensetzung der Kunststofffolie derart gewählt wird, dass auf ein Haftmittel und die Aufbringung desselben verzichtet werden kann.

10. Verbundwerkstück, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht und das nach einem in den Ansprüchen 1 bis 9 offenbarten Verfahren hergestellt ist.

11. Verwendung eines Verbundwerkstücks nach Anspruch 10 als strukturrelevantes Karosseriebauteil und/oder Karosserie-Außenhaut-Komponente im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau.