DE10329710A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, wobei beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird.
- Hohlkammer-Verbundbauteile, bestehend aus einer Halbschale und einer Deckplatte, sind z.B. aus DE-A 198 48 516 bekannt. Zum Verbinden der Halbschale mit der Deckplatte bzw. der Deckschale wird angespritzter thermoplastischer Kunststoff eingesetzt. Dazu weisen die Halbschale und die Deckplatte z.B. einen umlaufenden Rand auf, der mit Durchbrüchen versehen ist, an denen z.B. Nietverbindungen aus angespritztem Kunststoff angebracht sind. Alternativ oder zusätzlich können auch Sicken vorgesehen sein, an denen ebenfalls eine schubfeste, formschlüssige Verbindung mittels angespritztem Kunststoff hergestellt werden kann. Darüber hinaus sind aus DE-A 198 48 516 andere Verfahren zum Verbinden zweier oder mehrerer Formteile wie Schweißen, Kleben, Bördeln, Clinchen, Nieten bekannt, welche einzeln oder in Kombination zum Verbinden von Formteilen eingesetzt werden können.
- Die hoch mechanisch beanspruchbaren Hohlkammer-Leichtbauteile werden beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt.
- Beim Umspritzen eines Hohlkörpers mit thermoplastischem Kunststoff bzw. Anspritzen von Formteilen an einen Hohlkörper zur Herstellung eines Hohlkammer-Verbundbauteils ist der Spritzdruck so groß, dass sich der Hohlkörper stark deformiert oder kollabiert. Um die plastische Verformung von Hohlkörpern beim Anspritzen des Kunststoffs zu vermeiden, ist bekannt, die Hohlkörper von innen durch Kerne, Schieber o. dgl. abzustützen. Dies ist jedoch nur bei Hohlkörpern mit einfacher Geometrie, z.B. gerade oder gleichmäßig gekrümmte Rohre mit konstantem Durchmesser, möglich. Hohlkörper von beliebiger Geometrie, beispielsweise gewinkelt, verzweigt oder unregelmäßig gekrümmt mit verschiedenen Durchmessern, wie z.B. Rohre mit Einschnürungen oder Verjüngungen, können nicht mittels Schiebern, welche durch Öffnungen in den Hohlkörper eingeführt werden, gegen den Spritzdruck abgestützt werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils, welches wenigstens aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff besteht, bereit zu stellen, bei dem der Hohlkörper beim Anspritzen und/oder Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff nicht deformiert wird.
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.
- Die inkompressible Flüssigkeit, mit der der Hohlkörper erfindungsgemäß während des Anspritzens bzw. Umspritzens des Hohlkörpers mit thermoplastischem Kunststoff gefüllt ist, verhindert die plastische Verformung des Hohlkörpers durch den Spritzdruck. Die inkompressible Flüssigkeit liefert dabei den nötigen Gegendruck gegen den Spritzdruck. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Druck von maximal 130 bar auf die inkompressible Flüssigkeit aufgebracht.
- Die inkompressible Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser, ein Wasser-Öl-Gemisch, insbesondere eine Öl-in-Wasser-Emulsion, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein (Mineral-)Öl sein. Solche Flüssigkeiten sind beispielsweise als hydraulische Flüssigkeiten der Kategorie HFA (Öl-in-Wasser-Emulsionen oder Lösungen, welche mehr als 80 % Wasser enthalten), HFB (Wasser-in-Öl-Emulsion mit einem Wassergehalt von ca. 45 %) und HFC (Polymer-Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch mit einem Wassergehalt von mind. 35 %) bekannt. Es ist außerdem möglich, elektroviskose oder magnetoviskose Flüssigkeiten einzusetzen.
- Der Hohlkörper weist mindestens eine Öffnung auf, durch die die inkompressible Flüssigkeit vor dem Anspritzen mit Kunststoff zugeführt und nach dem Anspritzen wieder abgeführt wird. Das Befüllen des Hohlkörpers mit der Flüssigkeit erfolgt bevorzugt nach dem Einlegen des Hohlkörpers in das Spritzgießwerkzeug. Es kann aber auch der gefüllte Hohlkörper in das Spritzgießwerkzeug eingelegt werden. Nach dem Befüllen des Hohlkörpers mit der Flüssigkeit wird die Öffnung durch einen Deckel, Stopfen o. dgl. geschlossen.
- Der Hohlkörper kann eine beliebige Form aufweisen. Er kann insbesondere auch verzweigt, gewinkelt, gekrümmt, rund oder eckig sein, da jede beliebige Form von der inkompressiblen Flüssigkeit angefüllt werden kann. Bei dem Hohlkörper handelt es sich bevorzugt um einen einteiligen Hohlkörper, d.h. der Hohlkörper ist mit Ausnahme von mindestens einer Öffnung allseitig geschlossen. Ist der Hohlkörper mehrteilig, so müssen die Verbindungsstellen der Formteile flüssigkeitsdicht sein. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Formteile mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, z.B. durch Schweißen, Kleben oder in einem Kaltfügeverfahren, insbesondere bei Formteilen aus Aluminium, miteinander verbunden sind. Sind die Formteile nicht flüssigkeitsdicht miteinander verbunden beispielsweise durch Klemmen, Schrauben oder Materialumformung, so können auch Dichtungen vorgesehen sein.
- Bevorzugte Metalle für den Hohlkörper sind Stahl, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer, Zink, Titan, Aluminium und Magnesium sowie Legierungen dieser Metalle.
- Bevorzugte Kunststoffe für den Hohlkörper sind unverstärkte, verstärkte und/oder gefüllte, thermoplastische Kunststoffe, z.B. Polycarbonat (PC), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyketon (PEEK), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder eine Mischung dieser Kunststoffe.
- Als thermoplastischer Kunststoff für das Anspritzen bzw. Umspritzen des Hohlkörpers eignet sich insbesondere ein unverstärkter, verstärkter und/oder gefüllter Kunststoff auf Basis von Polyamid (PA), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyetheretherketon (PEEK) oder eine Mischung dieser Kunststoffe.
- Die Abstützung des Hohlkörpers mit einer inkompressiblen Flüssigkeit erlaubt es, Hohlkörper beliebiger Form mit thermoplastischem Kunststoff anzuspritzen bzw. zu umspritzen. Der Hohlkörper muss nicht mehr durch innen anliegende Stützelemente gegen den Spritzdruck abgestützt werden, um plastische Verformungen oder ein Kollabieren des Hohlkörpers zu vermeiden.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Metall-Kunststoff-Verbundbauteil, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren -
2 ein Längsschnitt des Metall-Kunststoff-Verbundbauteils nach1 im Spritzgießwerkzeug - In
1 ist ein Metall-Kunststoff-Verbundbauteil1 dargestellt, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Das Verbundbauteil1 besteht aus einem rohrförmigen Hohlkörper2 aus Metall. Der Hohlkörper2 weist Krümmungen auf. Der Hohlkörper2 besitzt an verschiedenen Stellen verschiedene Durchmesser. Der Hohlkörper2 hat zwei Öffnungen4 ,4' . In den Bereichen3 ,3' ,3'' ist der Hohlkörper2 mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt. Die Umspritzungen3 ,3' ,3'' stellen Funktionselemente dar. -
2 zeigt das Metall-Kunststoff-Verbundbauteil1 in einem Spritzgießwerkzeug7 im Längsschnitt. Der Hohlkörper2 wird nach dem Schließen des Spritzgießwerkzeugs und vor dem Befüllen mit der inkompressiblen Flüssigkeit an seinen Öffnungen4 ,4' mit stopfenähnlichen Schiebern5 ,5' geschlossen. Der Schieber5 weist eine Bohrung6 auf, durch die die inkompressible Flüssigkeit in den Hohlkörper zugeführt wird. Während des Befüllens dichten die Schieber5 ,5' nicht vollständig ab, so dass die eingeschlossene Luft entweichen kann. Sobald der Hohlkörper2 vollständig gefüllt ist, wird er durch die Schieber5 ,5' vollständig geschlossen. Durch das vollständige Schließen wird Druck in dem Hohlkörper aufgebaut. Das Befüllen bzw. Entleeren des Hohlkörpers2 erfolgt durch eine Hydrauliksteuerung, welche den Druck, die Fließrichtung bzw. den Fließstopp steuert. - Beispiele
- Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
- Ein rohrförmiger Hohlkörper
2 aus Stahlblech mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Blechdicke von 2 mm wird in das Spritzgießwerkzeug7 eingelegt. In den Bereichen3 ,3' ,3'' wird der Hohlkörper2 ringförmig entlang des Umfangs auf einer Breite von 40 mm mit glasfaserverstärktem Polyamid6 (PA 6 GF30) umspritzt. Die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 3 mm. Der Hohlkörper wird beim Umspritzen plastisch verformt. Das Stahlblech wird um ca. 30 mm eingedrückt. Das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil kann nicht bestimmungsgemäß eingesetzt werden. - Beispiel 2 (Ausführungsbeispiel)
- Der gemäß Beispiel 1 umspritzte Hohlkörper
2 wird nach dem Einlegen in das Spritzgießwerkzeug7 mit Öl gefüllt. Es wird ein Druck von ca. 90 bar auf die Flüssigkeit aufgebracht. Anschließend wird der Hohlkörper2 analog zu Beispiel 1 mit glasfaserverstärktem Polyamid6 (PA 6 GF30) umspritzt. Die inkompressible Flüssigkeit lieferte einen ausreichend hohen Gegendruck gegen den Spritzdruck, so dass die Verformung unter 1 mm betrug. Die plastische Verformung ist so stark reduziert, dass das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil1 alle bestimmungsgemäßen Strukturfunktionen übernehmen kann.
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck von maximal 130 bar auf die inkompressible Flüssigkeit aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inkompressible Flüssigkeit Wasser, Öl, ein Wasser-Öl-Gemisch, insbesondere eine Öl-in-Wasser-Emulsion oder Wasser-in-Öl-Emulsion, oder ein Wasser-Glykol-Gemisch ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper aus Stahl, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer, Zink, Titan, Aluminium und Magnesium oder einer Legierung dieser Metalle besteht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper aus einem unverstärkten, verstärkten und/oder gefüllten, thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat (PC), thermoplastischem Polyurethan (PU), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), syndiotaktischem Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyketon (PEEK), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), oder einer Mischung dieser Kunststoffe besteht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff zum Anspritzen und/oder Umspritzen ein unverstärkter, verstärkter und/oder gefüllter Kunststoff auf Basis von Polyamid (PA), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyetheretherketon (PEEK) oder eine Mischung dieser Kunststoffe ist.
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