DE102020007853A1

DE102020007853A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit mindestens einer Rippenstruktur

Info

Publication number: DE102020007853A1
Application number: DE102020007853.2A
Authority: DE
Inventors: Ilka Pfisterer; Benno Stamp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils (1) mit mindestens einer Rippenstruktur (3), wobei- ein Halbzeug (5), welches eine erste Deckschicht (7.1), eine zweite Deckschicht (7.2) und einen Schaumkern (9) aufweist, in eine Endform umgeformt wird, wobei- an die Endform in einem Spritzgießwerkzeug (11) eine Anspritzmischung (15), welche einen Anspritzkunststoff (17) und ein überkritisches Gas (19) aufweist, angespritzt wird, wobei- mindestens eine Rippenstruktur (3) auf der ersten Deckschicht (7.1) ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit mindestens einer Rippenstruktur.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 013 193 A1 geht ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils hervor. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erwärmen eines Halbzeugs aus faserverstärktem Kunststoff; Umformen des erwärmten Halbzeugs zu einem Vorformling in einem Umformwerkzeug; Überführen des Vorformlings in ein Spritzgießwerkzeug, und Anspritzen von wenigstens einem Anspritzkunststoff zumindest bereichsweise an den Vorformling in dem Spritzgießwerkzeug, wobei wenigstens eine Verstärkungsrippe erzeugt wird, wobei der Anspritzkunststoff durch Schaumspritzgießen an den Vorformling eingespritzt wird, und wobei das Verbundbauteil nach dem Anspritzen einem Prägevorgang unterzogen wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Umformung des Halbzeugs und die Ausbildung der Verstärkungsrippe in zwei unterschiedlichen Prozessen, insbesondere in zwei unterschiedlichen Werkzeugen, durchgeführt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit mindestens einer Rippenstruktur zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit mindestens einer Rippenstruktur geschaffen wird. Dabei wird ein Halbzeug, welches eine erste Deckschicht, eine zweite Deckschicht und einen Schaumkern aufweist, in eine Endform umgeformt. Anschließend wird in einem Spritzgießwerkzeug eine Anspritzmischung, welche einen Anspritzkunststoff und ein überkritisches Gas aufweist, an die Endform angespritzt, wobei mindestens eine Rippenstruktur auf der ersten Deckschicht ausgebildet wird.
Vorteilhafterweise kann mittels dieses Verfahrens eine Rippenstruktur auf einem Halbzeug, welches einen Schaumkern aufweist, ausgebildet werden ohne die Struktur des Schaumkerns zu zerstören und/oder zu beschädigen, da aufgrund des überkritischen Gases die Drücke in dem Spritzgießwerkzeug sehr gering sind. Vorteilhafterweise reduziert sich aufgrund der geringen Drücke in dem Spritzgießwerkzeug die Zeit zur Ausbildung der Rippenstruktur und somit sinken die Produktionskosten des Verbundbauteils mit der mindestens einen Rippenstruktur.
Weiterhin eignet sich ein Halbzeug, welches einen Schaumkern aufweist, optimal für Leichtbaubauteile, und vorteilhafterweise werden mittels der Ausbildung der mindestens einen Rippenstruktur die mechanischen Kennwerte, insbesondere die Steifigkeit, des Halbzeugs verbessert. Ebenfalls ist es möglich mittels der Rippenstruktur das Halbzeug zu funktionalisieren, insbesondere durch direktes Einbringen von Inserts und/oder Clipsen.
Vorzugsweise liegt der Anspritzkunststoff als Schmelze vor, und die Schmelze wird mit dem überkritischen Gas vermischt, um die Anspritzmischung, ebenfalls in Form einer Schmelze, zu erhalten. Vorteilhafterweise senkt das überkritische Gas die Viskosität der Schmelze.
Ein Spritzgießverfahren, bei welchem der Anspritzkunststoff mit einem überkritischen Gas vermischt wird, ist auch als Schaumspritzgießverfahren und/oder MuCell-Verfahren bekannt. Sobald die Anspritzmischung, insbesondere die Schmelze der Anspritzmischung, in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird, fällt der Druck ab und das überkritische Gas expandiert. Das überkritische Gas entweicht, und es entsteht eine Schaumstruktur, insbesondere die Rippenstruktur.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbzeug verwendet wird, dessen Deckschichten den Anspritzkunststoff, vorzugsweise Polypropylen, aufweisen. Vorteilhafterweise ist damit eine besonders gute und stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Deckschicht und der mindestens einen Rippenstruktur gewährleistet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbzeug verwendet wird, dessen Deckschicht eine geringere Schmelztemperatur als der Schaumkern aufweisen. Vorteilhafterweise ist damit während des Spritzgießens die Temperatur in dem Spritzgießwerkzeug geringer als die Schmelztemperatur des Schaumkerns. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Schaumkerns verhindert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weisen die Deckschichten den Anspritzkunststoff auf, und zudem ist die Schmelztemperatur der Deckschichten geringer als die Schmelztemperatur des Schaumkerns. Vorteilhafterweise ist damit eine besonders gute und stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Deckschicht und der mindestens einen Rippenstruktur ohne Beschädigung des Schaumkerns gewährleistet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbzeug in dem Spritzgießwerkzeug in die Endform umgeformt wird. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, die Umformung des Halbzeugs und die Ausbildung der mindestens einen Rippenstruktur in einem Prozessschritt, insbesondere in einem Werkzeug, durchzuführen. Damit ist vorteilhafterweise eine Reduzierung der Produktionskosten und der Prozessdauer möglich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Rippenstruktur stoff- und/oder formschlüssig mit der ersten Deckschicht verbunden wird. Vorteilhafterweise ist damit eine besonders gute Verbindung zwischen der ersten Deckschicht und der mindestens einen Rippenstruktur gewährleistet.
Vorzugsweise erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung der ersten Deckschicht und der mindestens einen Rippenstruktur mittels Aufschmelzens der ersten Deckschicht, vorzugsweise ohne den Schaumkern zu beschädigen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anspritzmischung ein Treibmittel hinzugefügt wird. Vorteilhafterweise wird damit die Viskosität der Schmelze der Anspritzmischung weiter reduziert. Somit ist eine weitere Reduzierung des Einspritzdruckes möglich. Weiterhin ist vorteilhafterweise die Verwendung eines Nachdrucks, welcher ansonsten nach dem Anspritzen der Anspritzmischung in dem Spritzgießwerkzeug angelegt wird, nicht notwendig. Alternativ oder zusätzlich kann ein Treibmittel verwendet werden, welches geringe Aufschäumeigenschaften aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbzeug verwendet wird, welches in der ersten Deckschicht und/oder zweiten Deckschicht Poren, insbesondere Lufteinschlüsse, aufweist. Vorteilhafterweise senken die Poren, insbesondere Lufteinschlüsse, die Wärmeleitfähigkeit und verhindern ein Absenken der Drucksteifigkeit der jeweiligen Deckschicht und des Schaumkerns.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Spritzgießwerkzeug zusätzlich zu der mindestens einen Rippenstruktur ein Dekorelement mit mindestens einer Deckschicht, insbesondere mit der zweiten Deckschicht, verbunden wird. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung des Dekorelements mit der mindestens einen Deckschicht, insbesondere der zweiten Deckschicht, gleichzeitig mit dem Anspritzen der mindestens einen Rippenstruktur, insbesondere in einem Prozessschritt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbzeug verwendet wird, dessen Schaumkern Polyethylenterephthalat aufweist, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat besteht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbzeug verwendet wird, dessen Schaumkern mit den Deckschichten mittels Vernadeln der Deckschichten mit dem Schaumkern verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich wird ein Halbzeug verwendet, dessen Schaumkern mit den Deckschichten mittels Umkrallen des Schaumkerns durch die Deckschichten verbunden ist. Vorzugsweise umkrallt eine Schmelze der Deckschichten, insbesondere eine Polypropylen-Schmelze der Deckschichten, eine offenporige Zellstruktur des Schaumkerns.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils mit einer Rippenstruktur, und
2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbilden einer Rippenstruktur.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils 1 mit einer Rippenstruktur 3. Das Verbundbauteil 1 weist ein Halbzeug 5 auf, welches eine erste Deckschicht 7.1, eine zweite Deckschicht 7.2 und einen Schaumkern 9 aufweist. Die Rippenstruktur 3 weist mindestens einen Anspritzkunststoff 17 auf.
Vorzugsweise weist die erste Deckschicht 7.1 den Anspritzkunststoff 17, vorzugsweise Polypropylen, auf. Zusätzlich weist vorzugsweise die zweite Deckschicht 7.2 ebenfalls den Anspritzkunststoff 17, vorzugsweise Polypropylen, auf. Besonders bevorzugt bestehen die erste Deckschicht 7.1 und die zweite Deckschicht 7.2 aus demselben Material, welches vorzugsweise den Anspritzkunststoff 17 aufweist. Vorzugsweise weist der Schaumkern 9 Polyethylenterephthalat auf. Besonders bevorzugt besteht der Schaumkern 9 aus Polyethylenterephthalat.
Vorzugsweise sind die Deckschichten 7 und der Schaumkern 9 mittels Vernadeln miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich sind die Deckschichten 7 und der Schaumkern 9 mittels Umkrallen des Schaumkerns 9 durch die Deckschichten 7 miteinander verbunden. Vorzugsweise umkrallt eine Schmelze der Deckschichten 7, insbesondere eine Polypropylen-Schmelze der Deckschichten 7, eine offenporige Zellstruktur des Schaumkerns 9.
Vorzugsweise ist die Schmelztemperatur der ersten Deckschicht 7.1 geringer als die Schmelztemperatur des Schaumkerns 9.
Alternativ oder zusätzlich weist die ersten Deckschicht 7.1 und/oder die zweite Deckschicht 7.2 Poren, insbesondere Lufteinschlüsse, auf.
Vorzugsweise ist die Rippenstruktur 3 stoff- und/oder formschlüssig mit der ersten Deckschicht 7.1 verbunden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das Verbundbauteil 1, insbesondere auf der zweiten Deckschicht 7.2, zusätzlich zu der Rippenstruktur 3 mindestens ein Dekorelement auf.
Ein Verfahren zur Herstellung des Verbundbauteils 1 mit mindestens einer Rippenstruktur 3 ist in 2 b) gezeigt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens (2 a)) und eines erfindungsgemäßen Verfahrens (2 b)) zum Herstellen eines Verbundbauteils 1 mit mindestens einer Rippenstruktur 3.
Bei dem herkömmlichen Verfahren, dargestellt in 2 a), wird das Halbzeug 5, welches die erste Deckschicht 7.1, die zweite Deckschicht 7.2 und den Schaumkern 9 aufweist, in ein Spritzgießwerkzeug 11 überführt. Das Halbzeug 5 wird vor dem Überführen in das Spritzgießwerkzeug 11 in eine Endform umgeformt. Mittels einer Anspritzöffnung 13 wird eine Anspritzmischung 15, welche vorzugsweise als Schmelze vorliegt, an die erste Deckschicht 7.1 des Halbzeugs 5 angespritzt. Die Anspritzmischung 15 weist den Anspritzkunststoff 17 auf. Außerdem ist die Anspritzmischung 15 bei dem herkömmlichen Verfahren frei von einem überkritischen Gas 19. Die Anspritzmischung 15 bildet die mindestens eine Rippenstruktur 3 aus. Da die Anspritzmischung 15 kein überkritisches Gas 19 aufweist, ist bei dem Spritzgießvorgang ein hoher Druck nötig, um die Anspritzmischung 15 durch die Anspritzöffnung 13 an die erste Deckschicht 7.1 anzuspritzen. Dieser hohe Druck überträgt sich auf die erste Deckschicht 7.1, den Schaumkern 9 und die zweite Deckschicht 7.2. Dadurch werden die erste Deckschicht 7.1, der Schaumkern 9 und die zweite Deckschicht 7.2 deformiert, und Schaumzellen 21 innerhalb des Schaumkerns 9 kollabieren. Außerdem bildet sich eine Abzeichnung 23 auf der zweiten Deckschicht 7.2 aus. Aufgrund der kollabierten Schaumzellen 23 und der Abzeichnung 23 ist der Verbundwerkstoff 1, welcher mittels des herkömmlichen Verfahrens hergestellt wird, gegebenenfalls beschädigt und im schlimmsten Fall nicht verwendbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dargestellt in 2 b), wird das Halbzeug 5, welches die erste Deckschicht 7.1, die zweite Deckschicht 7.2 und den Schaumkern 9 aufweist, in das Spritzgießwerkzeug 11 überführt. Das Halbzeug 5 wird vorzugsweise in dem Spritzgießwerkzeug 11 in die Endform umgeformt. Mittels der Anspritzöffnung 13 wird die Anspritzmischung 15, welche vorzugsweise als Schmelze vorliegt, an die erste Deckschicht 7.1 des Halbzeugs 5 angespritzt. Die Anspritzmischung 15 weist den Anspritzkunststoff 17, vorzugsweise Polypropylen, und ein überkritisches Gas 19 auf. Die Anspritzmischung 15 bildet unter Expansion und Verflüchtigung des überkritischen Gases 19 die mindestens eine Rippenstruktur 3 aus. Da die Anspritzmischung 15 das überkritische Gas 19 aufweist, kann bei dem Spritzgießvorgang vorteilhafterweise ein niedriger Druck gewählt werden, um die Anspritzmischung 15 durch die Anspritzöffnung 13 an die erste Deckschicht 7.1 anzuspritzen. Aufgrund des niedrigen Drucks bleiben die Schaumzellen 21 innerhalb des Schaumkerns 9 intakt und die erste Deckschicht 7.1 und die zweite Deckschicht 7.2 werden nicht deformiert.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die mindestens eine Rippenstruktur 3 stoff- und/oder formschlüssig mit der ersten Deckschicht 7.1 verbunden.
Vorzugsweise wird der Anspritzmischung 15 ein Treibmittel hinzugefügt, um die Viskosität der Anspritzmischung 15, welche vorzugsweise als Schmelze vorliegt, zu senken.
Vorzugsweise wird gleichzeitig mit dem Anspritzen der mindestens einen Rippenstruktur 3 mindestens eine Deckschicht 7, insbesondere die zweite Deckschicht 7.2, mit einem Dekorelement verbunden. Besonders bevorzugt ist das Dekorelement eine Dekorware, insbesondere eine Kunstlederbeschichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015013193 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils (1) mit mindestens einer Rippenstruktur (3), wobei - ein Halbzeug (5), welches eine erste Deckschicht (7.1), eine zweite Deckschicht (7.2) und einen Schaumkern (9) aufweist, in eine Endform umgeformt wird, wobei - an die Endform in einem Spritzgießwerkzeug (11) eine Anspritzmischung (15), welche einen Anspritzkunststoff (17) und ein überkritisches Gas (19) aufweist, angespritzt wird, wobei - mindestens eine Rippenstruktur (3) auf der ersten Deckschicht (7.1) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Halbzeug (5) verwendet wird, dessen Deckschichten (7) den Anspritzkunststoff (17), vorzugsweise Polypropylen, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Halbzeug (5) verwendet wird, dessen Deckschichten (7) eine geringere Schmelztemperatur als der Schaumkern (9) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbzeug (5) in dem Spritzgießwerkzeug (11) in die Endform umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Rippenstruktur (3) stoff- und/oder formschlüssig mit der ersten Deckschicht (7.1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anspritzmischung (15) ein Treibmittel hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Halbzeug (5) verwendet wird, welches in mindestens einer Deckschicht (7) Poren, insbesondere Lufteinschlüsse, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Spritzgießwerkzeug (11) zusätzlich zu der mindestens einen Rippenstruktur (3) ein Dekorelement mit mindestens einer Deckschicht, insbesondere mit der zweiten Deckschicht (7.2 verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Halbzeug (5) verwendet wird, dessen Schaumkern (9) Polyethylenterephthalat aufweist, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Halbzeug (5) verwendet wird, dessen Schaumkern (9) mit den Deckschichten (7) mittels Vernadeln der Deckschichten (7) mit dem Schaumkern (9) und/oder mittels Umkrallen des Schaumkerns (9) durch die Deckschichten (7) verbunden ist.