Mehrschichtiges, aus Faserstoffen und Kunststoffen bestehendes Formpressteil für den Aufbau von Fahrzeugen, insbesondere für den Karosseriebau. Die Erfindung bezieht sich auf ein mehr schichtiges, aus Faserstoffen und Kunststof fen bestehendes Formpressteil für den Auf bau von Fahrzeugen, insbesondere für den Karosseriebau.
Es ist bekannt, Kraftwagenkarosserien, Aussenhäute von Flugzeugen und :die Auf bauten von sonstigen Fahrzeugen durch Be kleiden oder Beplanken einer Rahmenkon struktion mit Holzschichten (Sperrholz) her zustellen. Die Bearbeitung :des Materials ge schieht dabei auf rein handwerklichem. Wege. da einheitliche Holzformteile durch Pressung in Formen nicht zu erzielen sind.
Die Beklei dung der Rahmen kann auch mit Blechteilen erfolgen, welche unter Ausnutzung der Zieh fähigkeit der Metalle durch Pressen in Ge- senken gewonnen werden. Bei diesen Blech teilen handelt es sich jedoch immer um Form pressteile mit überall praktisch gleicher Wandstärke, da die Formbarkeit der Metalle nicht ausreicht, um eine unregelmässige und stark unterschiedliche Querschnittsgestaltung zu erzielen.
Es sind ferner ,rahmenlose Aufbauten von Karosserien bekannt, bei welchen als Bau stoffe bisher nur Metalle in Frage kamen. Die für solche selbsttragende Karosserien not wendigen tragfähigen und verwindungsstei fen Metallformteile können nicht durch ein einfaches Formpressen hergestellt werden.
Karosserieteile mit unregelmässigem Quer schnitt - nur solche sind bei dem verlang- ten geringsten Gewicht formsteif genug müssen bei Metall als Baustoff auf umständ- liche Weise .durch Verschweissen oder Ver nieten aus Blechen und Metallprofilen auf gebaut werden. Die .dafür notwendigen Ein richtungen, wie Punktschweissmaschinen etc., sind so kompliziert und teuer, dass sich die selbsttragende Metallkarosserie wegen Mangel an Wirtschaftlichkeit nicht überall einführen lässt.
In Erkenntnis dieser Mängel hat es nicht an Versuchen gefehlt, die bekannten leicht formbaren Massen, vorzugsweise die auf der Basis von Phenol-Formaldehyd-Harz her gestellten Kunstharzpressmassen und die ther moplastischen Kunststoffe in ihren vielen Formen und Variationen, z. B. als formbare Pulvermassen, Schnitzelmassen und als form bare flächige Gebilde, und in den verschie densten Variationen hinsichtlich Füllstoff, Fültstoffmenge, Weichmachermenge, Binde mittelart etc., für die Herstellung von trag fähigen Aufbauteilen für Fahrzeuge nutzbar zu machen.
Bei den Versuchen in dieser Rich tung hat sich nun gezeigt, dass die Herstel lung der für den Aufbau notwendigen Ein zelteile mit unregelmässiger Form und un regelmässigem Querschnitt bei ausreichender Tragfähigkeit durch Pressen in Formen zwar gelingt, dass jedoch auch die mit den hoch wertigsten dieser Massen erzielbaren Festig keitseigenschaften nicht hoch genug liegen, um dem Enderzeugnis einen den eintretenden Beanspruchungen genügenden Gebrauchswert zu verleihen.
Es konnte nämlich festgestellt werden, dass die so hergestellten Karosserien zwar einen normalen Fahrbetrieb aushalten, dass sie jedoch bei Überbeanspruchungen, welche nicht vermeidbar sind, insbesondere bei ausgesprochenen Unfällen, an den davon betroffenen Stellen unter übermässiger ge fährlicher Splitterwirkung restlos zerstört werden. Wegen dieser Erfahrungen massten die bisher bekannten formbaren Kunstharz bezw.
Kunststoffpressmassen in ihrer bis herigen Anwendungsart und Züsammen- setzung als Baustoffe für Fahrzeugaufbauten abgelehnt werden, auch die weicheren thermoplastischen Arten, weil mit zunehmen- ,der Weichheit eher .die Steifigkeit und Trag fähigkeit vernichtet wird, alt dass durch sie die nötige Splittersicherheit erzielt wird.
Es wurde nun gefunden, dass durch Pres sen in Formen hergestellte Konstruktions teile, die druckfeste harte Kunststoffschich ten und zähe holz- oder pappenartige Faser- schichten aufweisen. sowohl ausreichend formsteif und tragfähig, als auch mechanisch genügend fest und vor allem sehr splitter sicher sind. Nach :sehr hohen Beanspruchun gen weisen derartige Formpressteile nur weichkantige Pisse auf, ohne dass sich irgend welche Splitter aus denn Verband heraus lösen.
Die Risse sind dabei örtlich begrenzt und können meist durch Überkleben, Aus spachteln oder dergleichen verdeckt und repa riert werden, so dass nicht das ganze Form pressteil ausgewechselt werden mass.
Hiervon geht die Erfindung aus, gemäss welcher bei dem mehrschichtigen, aus Faser stoffen und Kunststoffen bestehenden Form- preMA ;auf beiden Oberflächen eigner mitt leren Schicht aus Faserstoffen Deckschichten aufgebracht sind, von welchen die eine härter und weniger elastisch ist als die andere.
Die härtere und weniger elastische Deck schicht kann zum Beispiel aus Phenol bestehen, während die mittlere Schiebt zum Beispiel eine pappen artige oder holzartige zähe Faserschicht .sein kann, die nur einen geringen Anteil an Bindemittel in etwa der zur Papierverlei- mung oder Furnierung üblichen Menge ent hält.
Die andere Deckschicht, die zweck mässig nach der Montage die Innenfläche der Karosserie darstellt. kann vorzugsweise aus einer thermoplastischen Kunststoff- oder Kunstgummifolie mit oder ohne Füllstoffe und Weichmachern bestehen; diese Schicht gibt insofern noch eine zusätzliche Sicher heit, als sie sieh beim Reissen der andern Schichten dehnt und ein Durchdringen der Risskanten verhindert.
Bei einem derartigen, aus drei Schichten kombinierten Formpressteil, welches zum Bei spiel zum Zusammenbau selbsttragender Karosserien dienen kann, fällt jeder Schiebt eine besondere Aufgabe zu.
Die äussere härtere und weniger elastische Deckschicht schützt die darunterliegende Faserschicht gegen Beschädigung und Yeucb- tigkeit. Durch ihre Steifigkeit erzeugt diese Deckschicbt die Tragfähigkeit des Aufbau teils. Sie wird vorzugsweise so angeordnet.. da ss sie bei Biegungsbeanspruchungen im Be reich der gedrückten Faser liegt, da diese Deckschicht grosse Druckbeanspruchungen aufzunehmen vermag.
Die mittlere Schicht ist vermöge ihrer durch die Faserstruktur bedingten grossen Zähigkeit und Zusammendrückbarkeit .geeig net. erhebliche Formänderungsarbeit aufzu nehmen, ohne dass der Faserverband zerstört wird. Ferner verstärkt sie vermöge ihrer Dicke das Widerstandsmoment ,des Form- pressteilquerschnittes, ohne das Gesamtge wicht wesentlich zu vergrössern, .da eine ver filzte Faserschicht wesentlich leichter ist als etwa eine durchimprägnierte Hartpapier schicht.
Die zweite Deckschicht schliesslich, die zweckmässig eine besonders zähelmtische oder dehnbare Schicht ist, wie z. B. eine Folie aus synthetischem Kautschuk oder Polyvinyl chlorid und Weichmachern, erfüllt in erster Linie die Aufgabe, die Splitterwirkung, soweit sich dieselbe noch durch die Faser schicht hindurch bemerkbar machen sollte, vollständig aufzuhalten und auch bei stärk sten Beanspruchungen den Zusammenhalt des Formpressteils zu gewährleisten.
Da diese Schicht ferner bei Biegungs beanspruchungen im Bereich der gezogenen Faser liegt, kann durch sie, sofern sie zug fest ist, das Widerstandsmoment des Form- presste-ilquerschnittes in der einen Belastungs richtung wesentlich vergrössert werden.
Rahmenpartien des Formpressteils können dabei aber auch hart ausgebildet sein, also zum Beispiel aus einer bindemittelreichen Kunstharzfasermasse, wie sie die Aussendeck bestehen. Im letzteren Falle bilden Rahmen und Aussendeckschicht, breit flächig ineinander übergehend, :den statisch steifen, tragenden Verband, in den die bruch hemmenden zähen und dehnbaren Schichten eingelagert sind. Diese an sich harten Rah menteile beeinträchtigen die Gesamtbruch- festigkeit nicht nennenswert, :
da sie infolge ihrer erheblich stärkeren Querschnittsdimen- sionierung meist den höheren Anforderungen gewachsen sind, anderseits auch in ihren Ausmassen nur einen kleinen Teil der gesam ten Karosserieoberfläche darstellen.
Die Herstellung .des erfindungsgemässen Formpressteils ,geschieht zweckmässig durch Pressen in Formen, vorzugsweise unter gleichzeitiger Anwendung von Hitze und .ge gebenenfalls mit nachfolgender Abkühlung. Beim Ausgehen von Faserformlingen kann jedoch gegebenenfalls ein weiteres Pressen in Formen unterbleiben und nur eine dem Bindemittel entsprechende Behandlung, z. B. bei Kunstharzen eine Wärmeeinwirkung zum Zwecke des Aushärtens, durchgeführt wer den.
Bei Anwendung von Bindemitteln in Form von Lösungen oder Emulsionen kann auch eine einfache Trocknung zu dem ge wünschten Ziele führen.
An Stelle einer verfilzten und verleimten mittleren Faserstoffschicht kann vorteilhaft auch eine einlagige oder eine .aus mehreren schwach verleimten Furnieren gebildete Holzschicht verwendet sein, auf welcher die Deckschichten aufgebracht sind. Bei Ver wendung von .dickeren und dünneren Holz schichten, welche vorteilhaft untereinander verleimt sind, wird ein Formpressteil erzielt, welches neben der gewollten :Splittersicher heit und Bruchfestigkeit ausserdem noch eine ausserordentlich hohe Steifigkeit besitzt, die viel höher liegt als .die mit pappenartigen Massen erzielbare.
Für verschiedene Anwen dungen kann diese zusätzliche hohe Steifig- keit von erheblichem Wert sein, weil sie naturgemäss die Tragfähigkeit erhöht und bei erwünschtem, besonders niedrigem Ge- wicht eine Verminderung des Querschnittes gestattet.
Die mittlere Schicht kann ferner aus einer einheitlichen Pappens,chicht oder auch aus zwei oder mehr untereinander verleimten Pappen bestehen, sie kann aber auch vorteil- haft aus untereinander verleimten Papier folien zusammengesetzt sein.
Sofern es sich um die Herstellung von Formpressteilen handelt, die sehr verschie dene Querschnittabmessungen mit plötzlichen Übergängen besitzen., wird vorteilhaft als mittlere Faserschicht ein nach bekannten Verfahren, z. B. nach Art des Pappengusses, aus Faserbrei gewonnener, schwach verleim ter Faserformling benutzt. Auf diesen Faser formling werden .dann die Deckschichten bleichzeitig oder nacheinander aufgebracht.
Die Formpressteile können aber auch so erzeugt werden, dass ein nach bekannten Verfahren aus Faserbrei gewonnener Faser- stofformling durch verschiedene Imprägnie rung der Aussen- und Innenfläche mit Deck schiehten versehen und durch Trocknung und gegebenenfalls Nachpressung und/oder Här tung oberflächenhart, formsteif und splitter sicher gemacht wird.
Derartig herbestellte Formpressteile haben den Vorteil, dass sie eine homogene Verfilzung über den besamten Querschnitt besitzen und die härtere Aussen schicht sowie die elastischere Innenschicht: nur durch die eingebrachten, untereinander verschiedenen Bindemittel erzeugt sind, wes halb die Teile eine besonders hohe Spalt- festibkeit aufweisen.
Die mittlere Schicht kann zwecks Lei- mung oder neben der Leimung Mittel ent halten, welche die Zähigkeit und Verfilzungs festigkeit der Faserstoffe erhöhen, z. B. kann zur Leimung die Emulsion eines Polymeri sationsproduktes oder Mischpolymerisates un gesättigter organischer Verbindungen ver wendet sein. Diese Schicht kann auch durch Vereinigung einzelner Schichten herbestellt sein; so können für den Aufbau der mitt leren Schicht gekreppte, gewellte oder ge riffelte Faserstoffschichten benutzt sein, wo durch eine bessere und leichtere Formgebung gewährleistet wird.
Die härtere Deckschicht kann ebenfalls auf vielfältige Art und Weise herbestellt werden. Vorzugsweise ist sie gebildet. aus mit Kunstharz imprägnierten flächigen Ge bilden, wie z. B. Papieren der verschieden sten Dicke, Dichte und Faserart, Gewebe bahnen beliebiger Art oder sonstigen Faser vliesen, Faserfolien und Faserverbänden.
Weiterhin kann diese Deckschicht aus Kunst harzholzmehlmasse bestehen, die in Form von Pulver oder Walzhaut oder als vorgepresste Folie auf die Faserstoffschicht aufgebracht wird, wobei der Kunstharzgehalt 15-50 beträgt. Jedoch richtet sich der Harzgehalt nach der Art bezw. Aufsaugfähigkeit dieser Stoffe und der gewünschten Härte und Widerstandsfähigkeit des Enderzeugnisses.
Statt der Holzmehlmasse können aber auch Kunstharzpressmassen in Form von Schnitzeln oder Flocken aus verwebten oder verfilzten Faserstoffverbänden treten. Deck schichten letztgenannter Art besitzen gün stigere Festigkeitseigenschaften als die vor- erwIihnten.
Schliesslich kann auch bei der Herstel lung der härteren Deckschicht so verfahren werden, dass härtbare Kunstharze in die Oberfläche der mittleren Schicht eingebracht oder auf die Oberfläche aufgebracht und dann in an sieh bekannter Weise erhärtet werden.
In bleicher Weise kann auch die weniger harte Deckschicht, welche ein Durchtreten der Rissstellen verhindert, aus verschieden artigen Stoffen je nach den jeweiligen An- forderungen aufgebaut sein. Diese Schiebt besteht, wie schon erwähnt, vorzugsweise aus einer Folie von synthetischem. Gummi oder von thermoplastischem Kunststoff, wie z. B.
einem Polymerisat oder Mischpolymerisat un gesättigter organischer Verbindungen, wie bei spielsweise des Styrols, Isobutylens, Vinyl- chlorids, Vinylalkohols, der Acrylsäureester, sowie der Derivate und Homologen dieser Ver bindungen. Die gewünschte Dehnbarkeit und Zähigkeit wird dabei durch den Gehalt an Weichmachungsmitteln und gegebenenfalls Füllstoffen beliebiger Art eingestellt und verändert. Als besonders brauchbar hat sieh eine Schicht erwiesen, die aus 80/'o poly merisiertem Vinylchlorid und 20% Weich machern besteht.
Bei Anwendung einer Deck- schieht aus zum Beispiel synthetischem Kautschuk oder Polyvinylchlorid und Weich machern ist diese Schicht z\s-ecl#.mässiä in einem besonderen Arbeitsbang nachträglich auf das Formpressteil aufgepresst oder auf geklebt. Diese 3lassnahme ergibt sieh aus der Wärmeplastizität benannter Stoffe, die nicht bei derartigen Temperaturen verformt werden können, wie sie bei der Aushärtung der harten, kunstharzhaltigen Deckschichten auftreten.
Diese Deckschicht wird dabei zweckmässig in Form von Folien ver arbeitet.
Statt dessen kann aber auch die zäh elastische Schicht durch einen Anstrich mit. synthetischem Kautschuk oder Polyvinyl chlorid und Weichmachern ,gebildet sein.
In gleicher Weise wie die härtere Deck schicht kann auch die weniger harte, aber elastischere Deckschicht am Formling .durch Imprägnieren seiner Innenseite mit einer Emulsion eines Polymerisationsproduktes von ungesättigten organischen Verbindungen ge bildet sein, welches dann durch Trocknen etc. oder Ausfällen auf .der Faser fixiert ist. Auch in .diesem Falle erübrigt sich die Her stellung und das nachträgliche Aufbringen einer besonderen Schicht aus genannten Stoffen. Jedoch wird auch hier zweckmässig so verfahren, dass die gegen höhere Tempe raturen empfindlichen Stoffe erst nach Fertigstellung der härteren Deck schicht auf dem Faserstoffkörper auf gebracht werden.
Bei Einbringung der ge nannten Stoffe vor einer Formgebung unter Hitzeeinwirkung wird wegen der höheren Thermoplastizität der Stoffe zweckmässig eine Abkühlung der Form vorgenommen.
In allen Fällen können die verschiedenen Bindemittel auch auf den Trägerstoffen aus den Ausgangs- oder Zwischenprodukten erst erzeugt werden, andernfalls erfolgt ihre Ein bringung erst nachträglich.
Eine besonders zugfeste Deckschicht kann in der Weise erzeugt werden, dass auf eine Faserstoffschicht eine Gewebebahn, z. B. durch Kleben, aufgebracht wird, wobei diese Gewebebahn zweckmässig noch mit sie ela stisch machenden Stoffen imprägniert wird. Durch diese Gewebebahn wird im Bereich der gezogenen Faser des Formteils eine be sonders grosse Festigkeit erzielt und damit auch die Gesamtbruchsicherheit des Form- pressteils in einer Belastungsrichtung wesent lich verbessert.
Es wurde ferner gefunden, dass die Ela stizität der mittleren, aus Faserstoffen auf gebauten Schicht eine weitere Steigerung ihrer Bruchsicherheit erfährt, wenn die Fasern, die an sich schon verfilzt sein kön nen, auch noch unter Anwendung von erheb- li.ehen Pressdrücken hoch verdichtet werden.
Derartig hochverdichtete Faserstoffplatten, die in ihrer Zusammensetzung den bekannten Holzschliffplatten, Holzwollplatten oder den andern bekannten Leichtbauplatten entspre chen können, die an sich nur so weit Binde mittel enthalten, als es für den guten Zu sammenhalt der Fasern erforderlich ist, be sitzen überraschend gute Festigkeitseigen- schaften.
Es sind daher zweckmässig die schwach verleimten verfilzten Faserstoffschichten auf ein spezifisches Gewicht bis zu 1,4 ver dichtet und dabei gleichzeitig vorgeformt. Infolge Verwendung einer komprimierten und verfilzten mittleren Faserstoffschicht mit Deckschichten erläuterter Arten wird die Brauchbarkeit des Formpressteils und ihre Verwendungemöglichkeit für den Aufbau von Fahrzeugen aller Art noch wesentlich gesteigert.
Es kann auch ein rippenartiger oder rah menförmiger Faserstofformling mit mehr schichtigen, z. B. flächigen oder schalenför migen Teilen zu einem einheitlichen Form- pressteil verschweisst oder -auf andere Weise vereinigt sein.
Ferner können beim Formpressteil zur Versteifung oder zum Zwecke der Schaffung von Verbindungsmöglichkeiten Teile belie biger Form und Stoffart, wie z. B. Teile aus Holz, Metallen oder Kunststoffen, ferner Seile, Geflechte oder Gewebe aus Metallen, sowie Folien aus Metallen oder Vulkanfiber, in das Formpressteil eingebettet oder auf das Formpressteil aufgebracht sein, und zwar so wohl nur an gewissen Stellen, als auch durchgehend.
Schliesslich kann das Fo.rmpressteil auch andere Teile enthalten, wie z. B. die für den späteren Zusammenbau erforderlichen Ver- bindungselemente wie Scharniere, Ansätze, Nocken, Buchsen, Lagerstellen, Rohre und Leisten beliebiger Form und Stoffart, vor- zubweise solche aus Metallen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes veran schaulicht, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Form- pressteil mit an einem plattenförmigen Teil angesetzter Randversteifung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines U-förmigen Formpressteils, Fig. 3 bis 5 Schnitte durch verschiedene mehrschichtige Formpressteile und Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein Form- pressteil mit einem plattenförmigen Teil und einer Versteifung, welche im Querschnitt einen sich von Stelle zu Stelle ändernden Harzgehalt besitzt.
Auf .die stark mit Kunstharz, z. B. Phe nol-Formaldehyd-Harz, versehene harte und steife Aussenschicht b folgt nach Fig. 1 eine pappenartige oder holzartige zähe Faser schicht a, die nur einen geringen Anteil an Bindemittel in etwa der zur Papierverlei- mung üblichen Menge enthält. Diese Schicht a kann von beliebiger Faserart und Zusammen setzung sein, wobei statt einer einheitlichen Schicht auch eine solche Verwendung fin den kann, :die durch schichtweises Verleimen dünnerer Holz-, Pappen- oder sonstiger Faserfolien hergestellt ist.
Ferner können aber auch dicke, lockere Faserstoffvliese, die nach dem Zusammenpressen erst im End produkt die pappenartige Struktur erhalten, Anwendung finden.
Insbesondere eignen sich für vorliegen den Verwendungszweck auch solche mehr schichtige Pappen., die zum Beispiel in Zwei- oder Mehrzylinder-Handpappenmaschi nen mit gemeinsamem Filz hergestellt sind, wobei jede Schicht aus einer andern Faser art bestehen kann.
Auf diese Faserschicht a ist dann die näh elastische, dehnbare Schicht c, die vorzugs weise aus einer thermoplastischen Kunststoff- oder Kunstgummifolie mit oder ohne Füll stoffe und Weichmachern besteht, aufge bracht. Diese letzte Schicht c verhindert ins- besondere bei Brüchen das Durchdringen der Risskanten durch den Formkörper und be grenzt dadurch den Umfang der Bruchstelle. Die beiden Schichten b und c sind zum Teil aufgeklappt gezeichnet. Die Randversteifung d besteht aus Faserstoffen und geht in die mittlere Schicht a ohne Unterbrechung über.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 lässt ebenfalls die äussere harte Schicht e, die mittlere Faserschicht f und die innere dehn bare Schicht g an einem U-förmigen Form- pressteil erkennen. Bei allen Formpressteilen ist zweckmässig die harte Deckschicht an der den Druckbeanspruchunen zugewandten Seite. die dehnbare ;Schicht' dagegen an der von der Belastung abgewandten Seite an geordnet.
Bei Karosserien von Kraftfahr zeugen befinden sich daher die harten Deck schichten an der Aussenseite der Karosserien, die .dehnbaren Schichten dagegen an der Innenseite.
In der beispielsweisen Ausführungsform nach Fig. 3 ist zwischen einer harten Schicht h und einer elastischen Schicht k eine aua Holz bestehende mittlere Schiebt s angeordnet.
Im Falle der Fig. 4 besteht diese mitt lere Holzschicht aus mehreren auf beliebige Art verleimten Holzfurnieren Z, während im Falle der Fig. 5 die mittlere Schicht aus papier- oder pappenartigen Schichten in zu- sa.mmengeklebt bezw. verleimt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Form- pressteils nach Fig. 6 besitzt die Rahmen- oder Versteifungsleiste o einen von der Quer- sehirittsmitte aus nach den Aussenkanten i zu stark zunehmenden Harzgehalt, wobei die mittlere Querschnittszone vorzugsweise sehr bindemittelarin ist.
Diese Leiste läuft ohne Unterbrechung in die Faserstoffsehieht q über, die an der einen Aussenfläche wiederum mit einer harten Deckschicht p versehen ist. während auf der andern Fläche eine dehn- baro Schicht vorgesehen ist.