DE102007017414A1

DE102007017414A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102007017414A1
Application number: DE102007017414A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bechtold; Kai-Uwe Dr.-Ing. Dudziak; Jürgen Dipl.-Ing. Gade; Eckhard Dipl.-Ing. Reese (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-23
Also published as: WO2008125233A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei ein Hohlprofil (5) mittels fluidischen Innenhochdrucks in eine Endform aufgeweitet wird und wobei das Hohlprofil (5) unter Bildung eines Spritzgusselementes (12) mit Spritzgießmaterial umspritzt wird. Um in einfacher Weise eine/n reproduzierbare/n hochgenaue/n Kontur und Querschnitt am Verbundbauteil bei gleichzeitiger Verringerung der Taktzeit im Herstellungsprozess zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Hohlprofil (5) während seiner Aufweitung, bei der am Hohlprofil (5) ein Ausbauchbereich (10) ausgeformt wird, im Ausbauchbereich (10) umspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 100 14 332 C2 bekannt. Beim dort beschriebenen Verfahren wird ein vorgeformtes oder ungeformtes Hohlprofil in einen Formhohlraum eines Innenhochdruckumformwerkzeuges, im folgenden IHU-Werkzeug genannt, eingelegt und mit einem Druckfluid befüllt und unter Druck gesetzt. Beim Schließen des IHU-Werkzeugs wird das Hohlprofil an zumindest einer Stelle vom Werkzeug zusammengepresst, was das Hohlprofil veranlasst, sich an anderer Stelle aufzuweiten. Hierbei erhält das Hohlprofil bei Anlage an der Gravur des IHU-werkzeugs die gewünschte Form und Kontur. Anschließend wird über einen in das IHU-Werkzeug integrierten Einsatz eines Spritzgießwerkzeuges in eine nun offene, jedoch während des Umformprozesses geschlossene Kavität Spritzgießmaterial eingespritzt, welches das umgeformte Hohlprofil umschließt. Beim Erstarren des Materials bildet sich das Spritzgießelement aus, welches beim Erstarren einem Schrumpfprozess unterliegt und sich somit an das Hohlprofil anpresst. Das Verbundbauteil ist damit hergestellt. Das Verfahren findet zwar im selben Werkzeug statt, erfordert jedoch eine relativ lange Taktzeit. Des Weiteren ist die Kontur bzw. der Querschnitt des Verbundbauteils durch den ungleich ablaufenden Schrumpfprozess Fertigungstoleranzen unterworfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher Weise eine reproduzierbare hochgenaue Kontur und Querschnitt am Verbundbauteil bei gleichzeitiger Verringerung der Taktzeit im Herstellungsprozess ermöglicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Dank der Erfindung laufen der Umformprozess mittels IHU und der Spritzgießprozess nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt nacheinander sondern gleichzeitig oder mit einer Überlappungszeit ab. Dadurch wird die benötigte Zeit zur Herstellung des Verbundbauteils enorm verringert, was das Verfahren besonders wirtschaftlich macht. Weiterhin wird auf Schieber oder bewegbare Kerne verzichtet, die – wie üblich – die Spritzgießkavität während der Umformung abdecken, so dass auch hier apparativer zeitlicher Aufwand für die Herstellung des Verbundbauteils eingespart wird. Des Weiteren wird durch das sich aufweitende Hohlprofil das eingespritzte im schmelzförmigen oder teigigen Zustand befindliche Spritzgießmaterial an die Werkzeuggravur gedrückt, wodurch dieses hochexakt die Kontur der Gravur nachbildet. Das Anpressen läuft insbesondere in der Erstarrungsphase des Spritzgießmaterials dem Schrumpfprozess entgegen, so dass die Kontur wie auch der Querschnitt des Spritzgießelements in ihrer hochexakten Ausprägung verbleiben. Hierdurch wird eine exakte Reproduzierbarkeit des entstandenen Verbundbauteils bei jedem Herstellungsvorgang gewährleistet. Ein externes Nachdrücken des Spritzgießmaterials kann in verfahrensökonomischer Weise entfallen, da der Druck von dem sich aufweitenden Hohlprofil über das hochgespannte Druckfluid geliefert wird. Durch den Andruck wird das Spritzgießmaterial besonders kompakt und homogen, so dass dessen mechanische Eigenschaften vergleichmäßigt werden, was auf die Verlässlichkeit des Spritzgießelements und damit des Verbundbauteils im Betrieb positiven Einfluss hat. Es ist auf jeden Fall beim erfindungsgemäßen Herstellungsprozess darauf zu achten, dass der Umformdruck, das heißt der Aufweitfortschritt auf die vorbestimmte Einspritzmenge und damit auf die Füllgeschwindigkeit der Kavität durch das Spritzgießmaterial abgestimmt ist, so dass sich das Spritzgießelement in der gewünschten Weise ausbilden kann. Das Verfahren wirkt sich zudem bei dünnwandigen Hohlprofilwerkstoffen und/oder Hohlprofilwerkstoffen geringer Duktilität bzw. geringer Bruchdehnung vorteilhaft aus, da die Schmelzwärme des Spritzgießmaterials die Umformbarkeit des Hohlprofilwerkstoffes begünstigt. Hierdurch sind in speziellen Fällen auch höhere Umformgrade beim Aufweiten des Hohlprofils erzielbar. Weiterhin wird vorteilhafter Weise verhindert, dass der Spritzgießdruck das Hohlprofil unliebsam einformt und damit des Kontur verändert, da der Umformdruck gleichermaßen einen inneren Stützdruck für das Hohlprofil gegen den Spritzgießdruck bildet. Des Weiteren bietet die Erfindung den Vorteil, dass in einer einzigen Gravur zwei formende Verfahrensarten auf das Hohlprofil angewendet werden ohne dieses zur Ausführung des einen oder anderen Verfahrens umzulegen. Dies erspart ebenfalls Herstellungszeit und verhindert sonst auftretende Fertigungstoleranzen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird das Hohlprofil erst nach seiner Anlage an dem Gravurabschnitt, der an den Ausbauchbereich angrenzt, umspritzt. Hierdurch wird erreicht, dass das Spritzgießmaterial nicht zwischen das Hohlprofil und die Gravur in den Angrenzungsbereich gelangt, wodurch anderenfalls ein Teil der für die Ausbildung des Spritzgießelementes vorgesehenen Menge an Spritzgießmaterial gegebenenfalls unerwünscht verloren geht und daher das Spritzgießelement sich nicht richtig ausbilden kann. Weiterhin würde das Hohlprofil im Angrenzungsbereich nicht konturgerecht umgeformt werden, da das zwischen der Gravur und dem Hohlprofil liegende Spritzgießmaterial dies nicht zulässt. Der bei der zeitversetzten Umspritzung entstehende Zeitverlust in der gesamten Herstellung des Verbundbauteils ist jedoch unerheblich, da sich das Hohlprofil im Angrenzungsbereich aufgrund der geringen Distanz sehr schnell an die Gravur anlegt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 in einem seitlichen Längsschnitt abschnittsweise ein in ein IHU-Werkzeug eingelegtes Hohlprofil vor der Umformung,
2 in einem seitlichen Längsschnitt das Hohlprofil aus 1 in der Anfangsphase der Umformung und gleichzeitigen Umspritzung,
3 in einem seitlichen Längsschnitt das Hohlprofil aus 1 nach Umformung und Umspritzung.
In 1 ist ein IHU-Werkzeug 1 mit einem integrierten Spritzgießeinsatz 2 dargestellt, wobei das IHU-Werkzeug 1 und der Spritzgießeinsatz 2 eine gemeinsame Gravur 3 aufweisen, die einen Formraum 4 begrenzen. In diesen Formraum 4 ist ein Hohlprofil 5 eingelegt, das vorverformt, beispielsweise vorgebogen, oder auch unverformt sein kann. Die Gravur 3 weist an der Stelle des Spritzgießeinsatzes 2 eine Kavität 6 auf, in die Spritzgießkanäle 7 des Einsatzes 2 einmünden. Die Spritzgießkanäle 7 können in gravurabgewandter Richtung in einen einzigen Speisungskanal münden, so dass sich der Einsatz 2 nicht nur baulich vereinfacht sondern auch ein einheitlicher Spritzgießdruck in einfacher Weise aufgebaut werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass die Gravur mehrere Kavitäten aufweist, die vom gleichen Speisungskanal über mehrere Zweigkanäle beschickt werden können.
Zur Herstellung des Verbundbauteils wird das Hohlprofil 5 in die Gravur 3 des IHU-Werkzeugs 1 eingelegt, wonach dieses geschlossen wird. Das Hohlprofil 5 wird nun endseitig mittels zweier Axialstempel hochdruckdicht abgedichtet und über einen mit einer Fluidhochdruckanlage verbundenen in zumindest einem der Axialstempel verlaufenden Durchgangskanal mit einem Druckfluid befüllt. Das Hohlprofil 5 ist in diesem Zustand von der Gravur 3 außerhalb der Kavität 6 durch einen Spalt 8 beabstandet. Das Druckfluid wird nun gespannt, wodurch sich das Hohlprofil 5 aufweitet.
Gemäß 2 legt sich während einer ersten Aufweitphase das Hohlprofil 5 an der Gravur 3 außerhalb der Kavität 6 unter Überbrückung des Spaltes 8 an und baucht sich in die Kavität 6 hinein. Der sich an diese Kavität 6 anschließende Abschnitt 9 der Gravur 3, der den oben erwähnten Angrenzungsbereich bildet, ist durch die anpressende Anlage der Hohlprofils 5 abgedichtet. Währenddessen sich das Hohlprofil 5 in die Kavität 6 hinein ausbaucht, wird über die Spritzgießkanäle 7 Spritzgießmaterial in die Kavität 6 eingespritzt, welches sich um das Hohlprofil 5 herum in dessen Ausbauchbereich 10, an den der Gravurabschnitt 9 grenzt, verteilt.
In der zweiten sich an die erste Aufweitphase kontinuierlich anschließende Aufweitphase wird das Hohlprofil 5 gemäß 3 in seine Endform gebracht. Das Spritzgießmaterial füllt den zwischen dem fertig aufgeweiteten Hohlprofil 5 und der Kavität 6 verbliebenen Zwischenraum 11 gänzlich aus und formt sich an der Kontur der Kavität 6 unter Anpressen mittels des unter weiterhin fluidischem Innenhochdruck stehenden Hohlprofils 5 ab. Das Spritzgießmaterial erkaltet und erstarrt in der Folge, stetig in Anlage an der Kavitätskontur und bildet ein Spritzgießelement 12 aus. Hierbei wird das Schrumpfen des Kunststoffmaterials kompensiert. Das damit entstandene Verbundbauteil, das aus dem umgeformten und umspritzten Hohlprofil 5 und dem Spritzgießelement 12 besteht, kann dann nach Entspannen des Druckes im Hohlprofil 5 und dem Herausleiten des Druckfluids aus diesem heraus sowie nach Öffnen des IHU-Werkzeugs 1 entnommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10014332 C2 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei ein Hohlprofil mittels fluidischen Innenhochdrucks in eine Endform aufgeweitet wird und wobei das Hohlprofil unter Bildung eines Spritzgusselementes mit Spritzgießmaterial umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (5) während seiner Aufweitung, bei der am Hohlprofil (5) ein Ausbauchbereich (10) ausgeformt wird, im Ausbauchbereich (10) umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (5) erst nach seiner Anlage an dem Gravurabschnitt (9), der an den Ausbauchbereich (10) angrenzt, umspritzt wird.