DE102014203979A1

DE102014203979A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines ausgeschäumten Hohlkörperspritzgusselementes

Info

Publication number: DE102014203979A1
Application number: DE102014203979.7A
Authority: DE
Inventors: David Ribaric; Bernd Meier
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes (5), wobei eine Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums (4) formschlüssig miteinander verbunden wird. Erfindungsgemäß wird der Hohlraum (4) mit einem Hartschaum oder einem aushärtenden Schaumwerkstoff ausgefüllt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes (5) aus einer Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes, wobei eine Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums formschlüssig miteinander verbunden wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes aus einer Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums, umfassend eine erste Kavität zur Erzeugung eines ersten Spritzgussformelementes und eine zweite Kavität zur Erzeugung eines zweiten Spritzgussformelementes.
In der EP 0 683 031 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung mehrteiliger Spritzgussformteile beschrieben. Dabei wird der gesamte Fertigungsvorgang in ein und demselben Werkzeug derart durchgeführt, dass Einzelteile eines Spritzgussformteils gleichzeitig in einem Schuss getrennt voneinander gespritzt und anschließend unter Verbleib in ihren Formnestern oder Teilen dieser Formnester axial zusammengeführt und form- und/oder kraftschlüssig zu einer Einheit montiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes und insbesondere kostenreduziertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes wird eine Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums formschlüssig miteinander verbunden. Erfindungsgemäß wird der Hohlraum mit einem Hartschaum oder einem aushärtenden Schaumwerkstoff ausgefüllt.
Dadurch wird ermöglicht, ein gewichtsoptimiertes, aus Spritzgussformelementen geformtes Hohlkörperspritzgusselement, beispielsweise Fahrzeugbauteil, mit einer sehr hohen Festigkeit und der Möglichkeit zur Integration mehrerer Funktionsbereiche herzustellen.
Insbesondere sind mittels des Verfahrens Strukturbauteile in einem Fahrzeug, beispielweise Sitzlehnen für Fahrzeugsitze, herstellbar.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens sind die Spritzgussformelemente aus einem metallischen Werkstoff und/oder mit besonders geringen Wandstärken einsetzbar.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung wird ein erstes Spritzgussformelement in einer ersten Kavität erzeugt und ein zweites Spritzgussformelement wird in einer zweiten Kavität erzeugt, wobei beide Spritzgussformelemente zur Ausfüllung des Hohlraumes gemeinsam in einer dritten Kavität angeordnet werden. Durch diese gemeinsame Um- oder Überspritzung in der dritten Kavität wird ein Montageaufwand der Spritzgussformelemente reduziert und eine Taktzeit signifikant verringert.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung werden die Spritzgussformelemente unter Ausbildung einer Trennfuge miteinander gefügt. Diese Trennfuge ist insbesondere zur Einbringung eines Materials zur Verbindung der Spritzgussformelemente verwendbar.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Trennfuge zwischen den Spritzgussformelementen mit einem Spritzgusswerkstoff unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Spritzgussformelementen um- oder überspritzt. Somit wird in einfacher und schneller Weise eine stabile und langlebige Verbindung zwischen den Spritzgussformelementen erzeugt.
Reaktionsmedien des aushärtenden Schaumwerkstoffs oder Reaktionsmedien zur Bildung des Hartschaums werden insbesondere durch eine Öffnung in den Hohlraum eingebracht, wobei die Öffnung in einem der Spritzgussformelemente und/oder im Bereich einer Trennfuge zwischen den Spritzgussformelementen ausgebildet wird. Durch diese Öffnung sind die Reaktionsmedien einfach einbringbar und nach einer Aushärtung dieser zu dem Schaum sind aus der Öffnung ausgetretene Reaktionsmedien in besonders einfacher Weise manuell oder maschinell entfernbar. In weiteren möglichen Ausgestaltungen können auch mehrere solcher Öffnungen vorgesehen sein.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist zumindest eine weitere Öffnung zur Be- und/oder Entlüftung des Hohlraums vorgesehen.
Insbesondere werden die Reaktionsmedien nach Erzeugung der formschlüssigen Verbindung zwischen den Spritzgussformelementen in den Hohlraum eingebracht. Somit ist ein Austreten der Reaktionsmedien aus dem Hohlraum zumindest weitestgehend vermieden. Auch ist hierdurch in einfacher Weise eine Kontrolle der formschlüssigen Verbindung möglich, so dass eine spätere Funktion und Langlebigkeit des Hohlkörperspritzgusselementes sichergestellt werden kann.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Hohlkörperspritzgusselement zur Aushärtung der Reaktionsmedien aus der dritten Kavität entnommen und in eine korrespondierend ausgeformte Lehre eingespannt. Somit kann ein Aushärteprozess ohne eine Deformation des Hohlkörperspritzgusselementes durchgeführt oder zumindest fortgesetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in zumindest eines der Spritzgussformelemente zumindest ein aus Metall gebildetes Einlegebauteil eingebracht. Diese Einlegebauteile können beispielweise als Aufnahmeelement für eine so genannte Recliner-Befestigung, als herkömmliche Gewindebuchse, als Aufnahme für Kopfstützenhülsen, als Teppichbefestigungselement, als so genannter Trimmkanal, als Aufnahmeelement für ein Scharnier einer Armauflage, als Konturierung einer Sitzlehne, als Aufnahmeelement für Metallverstärkungen an Sitzlehnen in Bereichen hoher Schlagbelastung und/oder als Scharnier für eine Abdeckklappe einer Durchladeeinrichtung in einer Sitzlehne ausgebildet sein.
Die Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes aus einer Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums umfasst eine erste Kavität zur Erzeugung eines ersten Spritzgussformelementes und eine zweite Kavität zur Erzeugung eines zweiten Spritzgussformelementes. Erfindungsgemäß ist eine dritte Kavität zur Aufnahme beider Spritzgussformelemente vorgesehen, wobei der zwischen den Spritzgussformelementen ausgebildete Hohlraum mit einem Hartschaum oder einem aushärtenden Schaumwerkstoff innerhalb der dritten Kavität ausfüllbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht in besonders vorteilhafter und einfacher Weise ein gewichtsoptimiertes, aus Spritzgussformelementen geformtes Hohlkörperspritzgusselement, beispielsweise Fahrzeugbauteil, mit einer sehr hohen Festigkeit und der Möglichkeit zur Integration mehrerer Funktionsbereiche, herzustellen.
In einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung ist eine korrespondierend zum Hohlkörperspritzgusselement ausgeformte Lehre zur Einspannung des Hohlkörperspritzgusselementes zur Aushärtung von innerhalb des Hohlraumes eingebrachten Reaktionsmedien des aushärtenden Schaumwerkstoffs oder Reaktionsmedien zur Bildung des Hartschaums vorgesehen, so dass ein Aushärteprozess ohne eine Deformation des Hohlkörperspritzgusselementes durchgeführt oder zumindest fortgesetzt werden kann.
Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines ausgeschäumten Hohlkörperspritzgusselementes mit einem Teilschnitt,
2 schematisch eine Schnittdarstellung einer Trennfuge zwischen zwei Bauteilhälften,
3 schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Bauteilhälfte für ein Hohlkörperspritzgusselement,
4 schematisch eine Schnittdarstellung einer zweiten Bauteilhälfte für ein Hohlkörperspritzgusselement,
5 schematisch eine Schnittdarstellung der beiden Bauteilhälften gemäß den 3 und 4 vor einem Fügen derselben,
6 schematisch eine Schnittdarstellung der beiden Bauteilhälften gemäß 5 nach einem Fügen derselben,
7 schematisch eine Schnittdarstellung der beiden Bauteilhälften gemäß 6 nach einer Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung 8 zwischen den Bauteilhälften,
8 schematisch eine Schnittdarstellung der beiden Bauteilhälften gemäß 7 vor dem Ausfüllen eines zwischen den Bauteilhälften ausgebildeten Hohlraums und
9 schematisch eine Schnittdarstellung eines ausgeschäumten Hohlkörperspritzgusselementes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine perspektivische Ansicht eines ausgeschäumten Hohlkörperspritzgusselementes 5 mit einem Teilschnitt dargestellt.
In 2 ist schematisch eine Schnittdarstellung einer Trennfuge 3 zwischen zwei Bauteilhälften 1, 2 dargestellt.
Bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines ausgeschäumten Hohlkörperspritzgusselementes 5 wird als ein Spritzgussformelement eine erste Bauteilhälfte 1 in einer nicht dargestellten ersten Kavität mittels eines herkömmlichen Spritzgußverfahrens ausgeformt, insbesondere gespritzt. Gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig wird in einer weiteren Kavität als ein weiteres Spritzgussformelement eine zweite Bauteilhälfte 2 ausgeformt, insbesondere gespritzt. Die erste Bauteilhälfte 1 und die zweite Bauteilhälfte 2 werden dabei zumindest abschnittsweise derart ausgeformt, dass die erste Bauteilhälfte 1 auf die zweite Bauteilhälfte 2 unter Ausbildung einer Trennfuge 3 aufsetzbar ist, wobei zwischen der ersten Bauteilhälfte 1 und der zweiten Bauteilhälfte 2 zumindest ein Hohlraum 4 ausgebildet wird.
Die beiden Bauteilhälften 1, 2 dienen zum einen der weiteren Ausformung des Hohlkörperspritzgusselementes 5, in dem in den Hohlraum 4 Reaktionsmedien zur Schaumerzeugung eingebracht werden. Zum anderen bilden die beiden Bauteilhälften 1, 2 selbst Teile des Hohlkörperspritzgusselementes 5.
Ein Fügen der ersten Bauteilhälfte 1 und der zweiten Bauteilhälfte 2 erfolgt vorzugsweise in einer dritten, nicht dargestellten Kavität, welche die Bauteilhälften 1, 2 vollständig oder nahezu vollständig umschließt. In dieser dritten Kavität wird die Trennfuge 3 zwischen den Bauteilhälften 1, 2 mit einem Spritzgusswerkstoff unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung 8 zwischen den Bauteilhälften 1, 2 um- oder überspritzt.
Anschließend werden die Reaktionsmedien eines aushärtenden Schaumwerkstoffs oder zur Bildung eines Hartschaums durch eine Öffnung 6 in den Hohlraum 4 eingebracht. Dabei wird der Hohlraum 4 vollständig mit einem in 9 näher dargestellten Schaum 7 ausgefüllt. Anschließend härten die Reaktionsmedien unter Bildung des Hartschaums aus.
Die Öffnung 6 kann dabei in einer der Bauteilhälften 1, 2 und/oder im Bereich der Trennfuge 3 zwischen den Bauteilhälften 1, 2 ausgebildet werden.
In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen sind mehrere solcher Öffnungen 6 vorgesehen.
Auch kann zusätzlich in nicht näher dargestellter Weise eine Öffnung zur Be- und Entlüftung des Hohlraums 4 vorgesehen sein.
In einer ersten Ausführungsform erfolgt die Aushärtung der Reaktionsmedien in der dritten Kavität. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Aushärtung der Reaktionsmedien außerhalb der dritten Kavität. Dazu wird das Hohlkörperspritzgusselement 5 aus der dritten Kavität entnommen und in eine korrespondierend ausgeformte Lehre eingespannt, wo der Aushärteprozess ohne eine Deformation des Hohlkörperspritzgusselementes 5 fortgesetzt werden kann.
Aus der Öffnung 6 austretender Hartschaum kann nach dem Aushärten manuell oder maschinell entfernt werden.
Als Spritzgusswerkstoff für die Bauteilhälften 1, 2 werden bevorzugt herkömmliche Thermoplaste verwendet. Dabei können in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform Einlegebauteile, beispielsweise aus einem Metall, in die Bauteilhälften 1, 2 eingebracht und mit dem Spritzgusswerkstoff zumindest abschnittsweise umhüllt werden.
Diese Einlegebauteile können beispielweise als Aufnahmeelement für eine so genannte Recliner-Befestigung, als herkömmliche Gewindebuchse, als Aufnahme für Kopfstützenhülsen, als Teppichbefestigungselement, als so genannter Trimmkanal, als Aufnahmeelement für ein Scharnier einer Armauflage, als Konturierung einer Sitzlehne, als Aufnahmeelement für Metallverstärkungen an Sitzlehnen in Bereichen hoher Schlagbelastung und/oder als Scharnier für eine Abdeckklappe einer Durchladeeinrichtung in einer Sitzlehne ausgebildet sein.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine maximale Funktionsintegration in ausgeschäumte Hohlkörperspritzgusselemente 5 ermöglicht.
Besonders vorteilhafterweise ist eine Gestaltungsfreiheit und/oder -vielfalt gegenüber einem so genannten Composite-Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugbauteilen verbessert.
Vorteilhafterweise ist eine Metallintegration, vorzugsweise mittels Umspritzens, ermöglicht.
Größere Metallteile können mit dem Spritzgusswerkstoff umspritzt werden und benötigen vorteilhafterweise keine Vorwärmung.
Zweckmäßigerweise sind besonders geringe Wandstärken der Bauteilhälften 1, 2 und ein daraus resultierender geringer Einsatz von Spritzgusswerkstoff ermöglicht.
In den 3 und 4 sind in Schnittdarstellungen jeweils die erste Bauteilhälfte 1 und zweite Bauteilhälfte 2 für das Hohlkörperspritzgusselement 5 dargestellt.
5 zeigt eine Schnittdarstellung der beiden Bauteilhälften 1, 2 vor einem Fügen derselben, wobei in 6 die Bauteilhälften 1, 2 in einer Schnittdarstellung nach einem Fügen dargestellt sind.
Nach diesem Fügevorgang werden die Bauteilhälften 1, 2 in die nicht gezeigte dritte Kavität eingesetzt und innerhalb dieser wird die stoffschlüssige Verbindung 8 zwischen den Bauteilhälften 1, 2 durch Um- oder Überspritzen der Trennfuge 3 erzeugt. Dies zeigt 7.
Anschließend wird der Hohlraum 4 zwischen den beiden Bauteilhälften 1, 2, wie in den 7 und 8 dargestellt, durch die Öffnung 6 mit dem Schaum 8, d. h. den Reaktionsmedien des aushärtenden Schaumwerkstoffs oder Reaktionsmedien zur Bildung des Hartschaums, befüllt.
Die Aushärtung dieser Reaktionsmedien erfolgt innerhalb des Hohlraums 4 in der dritten Kavität oder alternativ in der Lehre, welche zur Einspannung des Hohlkörperspritzgusselementes 5 vorgesehen ist.
9 zeigt das ausgeschäumte Hohlkörperspritzgusselement 5 in einer Schnittdarstellung.
Bezugszeichenliste

1: erste Bauteilhälfte
2: zweite Bauteilhälfte
3: Trennfuge
4: Hohlraum
5: Hohlkörperspritzgusselement
6: Öffnung
7: Schaum
8: Verbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0683031 A2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes (5), wobei eine Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums (4) formschlüssig miteinander verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) mit einem Hartschaum oder einem aushärtenden Schaumwerkstoff ausgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Spritzgussformelement in einer ersten Kavität erzeugt wird und ein zweites Spritzgussformelement in einer zweiten Kavität erzeugt wird, wobei beide Spritzgussformelemente zur Ausfüllung des Hohlraumes (4) gemeinsam in einer dritten Kavität angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussformelemente unter Ausbildung einer Trennfuge (3) miteinander gefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfuge (3) zwischen den Spritzgussformelementen mit einem Spritzgusswerkstoff unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung (8) zwischen den Spritzgussformelementen um- oder überspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsmedien des aushärtenden Schaumwerkstoffs oder Reaktionsmedien zur Bildung des Hartschaums durch zumindest eine Öffnung (6) in den Hohlraum (4) eingebracht werden, wobei die zumindest eine Öffnung (6) in einem der Spritzgussformelemente und/oder im Bereich einer Trennfuge (3) zwischen den Spritzgussformelementen ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmedien nach Erzeugung der formschlüssigen Verbindung (8) zwischen den Spritzgussformelementen in den Hohlraum (4) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörperspritzgusselement (5) zur Aushärtung der Reaktionsmedien aus der dritten Kavität entnommen wird und in eine korrespondierend ausgeformte Lehre eingespannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest eines der Spritzgussformelemente zumindest ein aus Metall gebildetes Einlegebauteil eingebracht wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörperspritzgusselementes (5) aus einer Mehrzahl von Spritzgussformelementen unter Bildung eines Hohlraums (4), umfassend – eine erste Kavität zur Erzeugung eines ersten Spritzgussformelementes und – eine zweite Kavität zur Erzeugung eines zweiten Spritzgussformelementes, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Kavität zur Aufnahme beider Spritzgussformelemente vorgesehen ist, wobei der zwischen den Spritzgussformelementen ausgebildete Hohlraum (4) mit einem Hartschaum oder einem aushärtenden Schaumwerkstoff innerhalb der dritten Kavität ausfüllbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine korrespondierend zum Hohlkörperspritzgusselement (5) ausgeformte Lehre zur Einspannung des Hohlkörperspritzgusselementes (5) zur Aushärtung von innerhalb des Hohlraumes (4) eingebrachten Reaktionsmedien des aushärtenden Schaumwerkstoffs oder Reaktionsmedien zur Bildung des Hartschaums vorgesehen ist.