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DE60105469T2 - Faserverstärktes Kunststoffteil und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Faserverstärktes Kunststoffteil und Verfahren zur Herstellung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Teilen aus verstärktem Kunststoff, insbesondere von Kraftfahrzeugstrukturteilen.
  • Insbesondere für die Fertigung von Trägern für Kraftfahrzeugstoßstangen ist bekannt, Lagen aus mit thermoplastischem Material imprägnierten Fasern einzusetzen.
  • Derartige Lagen sind beispielsweise unter den Bezeichnungen THE oder TWINTEX bekannt.
  • THE (verstärkter, prägbarer Thermoplast) besteht aus mit Glasfasern verstärktem Polypropylen.
  • TWINTEX (eingetragenes Warenzeichen der Gesellschaft VETROTEX) ist ein Gewebe aus Fäden, die aus in Polypropylen eingetauchten Glasfasern bestehen.
  • TEPEX (eingetragenes Warenzeichen der Gesellschaft DU PONT DE NEMOURS) ist ein streckziehbares thermoplastisches Material mit durchgehenden Fasern, genau wie TWINTEX.
  • Es ist weiterhin bekannt, Mehrschichtlagen zu verwenden, die durch Übereinanderlegen von TRE-Folien und von Folien vom Typ TWINTEX oder TEPEX erhalten werden.
  • Derartige Lagen müssen, um in Form gebracht zu werden, erhitzt werden. Aus der internationalen Anmeldung WO 98/52793 ist ein Verfahren zur Herstellung von Strukturteilen bekannt, bei dem damit begonnen wird, eine Lage, die mit thermoplastischem Material imprägnierte Verstärkungsfasern enthält, in eine geöffnete Form eingebracht wird, anschließend wird die Form verschlossen, und es wird thermoplastisches Material unter Druck in die Form eingespritzt.
  • Es besteht Bedarf, lokale Verstärkungen in das Strukturteil zu integrieren, um beispielsweise die mechanische Festigkeit einiger Bereich zu verbessern.
  • Bei der vorgenannten internationalen Anmeldung WO 98/52793 sind die lokalen Verstärkungen zwischen zwei Außenlagen eingeschlossen, was die Herstellung kompliziert und erfordert, mehr als eine Lage zu verwenden.
  • Die Anmeldung FR-A-2763547 beschreibt die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 10.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung eines Strukturteils aus einer oder mehreren mit thermoplastischem Material imprägnierte Fasern enthaltenden Lage(n), beispielsweise Lagen aus TWINTEX oder jedwedem anderen ähnlichen Material, zu erleichtern.
  • Dies gelingt der Erfindung dadurch, dass:
    • – vor dem Verschließen der Form in dieser wenigstens eine Lage und eine lokale Verstärkung übereinander gelegt werden, wobei wenigstens ein Teil, die Lage oder die lokale Verstärkung, aus Verstärkungsfasern und thermoplastischem Material bestehen, wobei die Form auf der Seite der lokalen Verstärkung eine Vertiefung aufweist, die breiter ist als diese lokale Verstärkung,
    • – anschließend thermoplastisches Material eingebracht wird, das in der Vertiefung mit der lokalen Verstärkung in Kontakt kommt, derart, dass in dieser Vertiefung ein Druck erzeugt wird, welcher ermöglicht, die lokale Verstärkung und den darunter liegenden Bereich der Lage zu verdichten, wobei die Form ausgebildet ist, um während ihres Verschließens die Lage auf beiden Seiten der lokalen Verstärkung zu komprimieren.
  • Dank der Erfindung ist das Anbringen von lokalen Verstärkungen relativ einfach zu bewerkstelligen, da es nicht erforderlich ist, die oder jede lokale Verstärkung sehr präzise in der Form zu positionieren.
  • Denn bei der Erfindung ist die vorgenannte Vertiefung nicht dazu bestimmt, den für das Verdichten der Fasern der lokalen Verstärkung und/oder des darunter liegenden Bereichs der Lage erforderlichen Druck direkt aufzubringen, wobei dieser Druck über thermoplastisches Material erzielt wird, das vor dem Verschließen der Form im rechten Winkel zu der Vertiefung abgeschieden oder nach dem Verschließen der Form in diese Vertiefung eingespritzt wird.
  • Wenn der für das Verdichten erforderliche Druck hingegen direkt durch Festklemmen der lokalen Verstärkung zwischen den zwei Teilen der Form bei deren Verschließen erzielt werden müsste, so müsste die lokale Verstärkung nun sehr präzise positioniert werden, was zu Schwierigkeiten führen würde.
  • Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung sind die Lage und/oder die lokale Verstärkung, vorzugsweise beide, von einem Gewebe aus Fäden gebildet, die aus Glasfasern und thermoplastischem Material der Art TWINTEX bestehen.
  • Das Einbringen des thermoplastischen Materials in die der lokalen Verstärkung zugeordneten Vertiefung erfolgt vorzugsweise durch Einspritzen unter Druck nach Verschließen der Form.
  • In einer Variante erfolgt das Einbringen des thermoplastischen Materials in die Vertiefung vor dem Verschließen der Form, und eben dieses Verschließen erzeugt innerhalb der Vertiefung den für das Verdichten der lokalen Verstärkung und der darunter liegenden Lage erforderlichen Druck.
  • Vorzugsweise ist die Tiefe der Vertiefung geringfügig größer als die Dicke der lokalen Verstärkung.
  • Vorteilhafterweise lässt man die Lage aus der Form überstehen und schneidet man nach dem Verschließen der Form die Abschnitte der Lage ab, welche aus dieser herausstehen.
  • Auf diese Weise kann die Positionierung der Lage in der Form ohne zu große Zwänge erfolgen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Teil aus verstärktem thermoplastischen Material, das eine nicht ebene Lage aus einem Gewebe aus Fäden enthält, die aus Verstärkungsfasern und thermoplastischem Material bestehen, wobei die Lage lokal durch eine lokale Verstärkung überzogen ist, auf welche eine Masse aus thermoplastischem Material aufgeformt ist, die auf beiden Seiten dieser lokalen Verstärkung auf der Lage geringfügig übersteht.
  • Weitere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels sowie bei Betrachten der beiliegenden Zeichnung, in der 1 auf schematische Weise eine über einer Lage, welche eine lokale Verstärkung trägt, geschlossene Form zeigt, hervorgehen.
  • In 1 ist eine Form 1 dargestellt, die einen unteren Teil 1a sowie einen oberen Teil 1b enthält, welche zueinander beweglich sind.
  • In dem beschriebenen Beispiel ist der untere Teil 1a fest und der obere Teil 1b vertikal bewegbar.
  • Die Form 1 hat eine positive Formteilfläche, d. h. dass der bewegliche Teil 1b während des Formens nicht direkt in Anlage an den Teil 1a gelangt, so dass auf eine Lage 2, welche zwischen den beiden Formteilen angeordnet ist, ein Druck ausgeübt werden kann, wobei der auf diese Lage 2 ausgeübte Druck proportional zu dem Schub ist, welcher durch den oberen Teil 1b nach unten ausgeübt wird.
  • Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die mittels der Form 1 zu formende Lage 2 einteilig und von einem Gewebe aus Fäden gebildet, die aus Glasfasern und thermoplastischem Material der Art TWINTEX bestehen.
  • Die Lage 2 dient wenigstens einer lokalen Verstärkung 3 als Träger.
  • Der obere Teil 1b weist oberhalb der lokalen Verstärkung 3 eine Vertiefung 4 auf, die breiter ist als die lokale Verstärkung 3.
  • Die Tiefe der Vertiefung 4 ist größer als die Dicke der lokalen Verstärkung 3, wie dies in 1 zu sehen ist.
  • Die Vertiefung 4 ist als Mulde an der Innenfläche des Teils 1b der Form zwischen Bereichen 1c ausgebildet, die dazu bestimmt sind, die Lage auf beiden Seiten der Vertiefung zu komprimieren.
  • Ein Kanal 5 für das Einspritzen von thermoplastischem Material ist im oberen Teil 1b ausgebildet und mündet im Boden der Vertiefung 4 ein.
  • Dieser Kanal 5 ermöglicht, thermoplastisches Material in flüssigem Zustand in die Vertiefung 4 nach dem Verschließen der Form unter Druck einzuspritzen, um die lokale Verstärkung 3 und den darunter liegenden Bereich der Lage 2 zu verdichten.
  • Das in die Vertiefung 4 eingebrachte thermoplastische Material gelangt mit der Verstärkung in Kontakt.
  • Außerhalb der Vertiefung 4 wird die Lage 2 durch das Pressen der beiden Teile 1a und 1b der Form 1 verdichtet.
  • Das Vorliegen der Vertiefung 4, die breiter ist als die lokale Verstärkung 3 gestattet eine gewisse Toleranz bezüglich der Positionierung der lokalen Verstärkung 3 in bezug auf die Lage 2, ohne dass zu befürchten sei, dass die lokale Verstärkung 3 ungleichmäßig zwischen den beiden Teilen 1a und 1b der Form 1 zerdrückt wird.
  • Die Form 1 umfasst vorteilhafterweise ein Schneidwerkzeug 6, das nach Verschließen der Form 1 herabgelassen wird, um Abschnitte der Lage 2 abzuschneiden, welche aus der Form 1 herausstehen.
  • Zur Herstellung eines nicht ebenen Strukturteils mit offenem Querschnitt, wie beispielsweise eines Trägers für Stoßfänger, wird die Lage 2 auf dem unteren Teil angeordnet, wobei die lokale Verstärkung 3 bereits angebracht ist, anschließend wird die Form verschlossen, indem der obere Teil 1b auf die Lage 2 herabgelassen wird, und thermoplastisches Material wird unter Druck in flüssigem Zustand über den Einspritzkanal 5 eingespritzt, um die Vertiefung 4 zu füllen und um die lokale Verstärkung 3 sowie den darunter liegenden Bereich der Lage 2 lokal zu verdichten.
  • Sobald der Schritt des Verdichtens vollzogen ist, wird die Form 1 geöffnet, und nach dem Abkühlen des Teils wird dieses aus dem unteren Teil 1a entnommen.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt.
  • Insbesondere kann, anstelle des Einspritzens des thermoplastischen Materials in flüssigem Zustand unter Druck über einen Einspritzkanal, durch Extrusion eine geeignete Menge thermoplastisches Material oberhalb der lokalen Verstärkung abgeschieden werden und der durch das Verschließen der Form erzeugte Druck genutzt werden, um die lokale Verstärkung 3 zu verdichten.
  • Weiterhin können mehrere lokale Verstärkungen 3 angeordnet werden, wobei die Form demzufolge angepasst wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Kunststoffteils, insbesondere eines Strukturteils eines Kraftfahrzeugs, das Verfahren weist den folgenden Schritt auf: – vor dem Schließen der Form werden in diese mindestens eine Lage (2) und eine lokale Verstärkung (3) übereinander eingebracht, wobei zumindest ein Teil, die Lage (2) oder die lokale Verstärkung (3), aus Verstärkungsfasern und thermoplastischem Material gebildet ist, das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Form auf der Seite der lokalen Verstärkung (3) eine Vertiefung (4) aufweist, die größer ist als die lokale Verstärkung, und dadurch, dass das Verfahren zudem den folgenden Schritt aufweist: – Einbringen des thermoplastischen Materials, das in Kontakt mit der lokalen Verstärkung in der Vertiefung (4) kommt, dergestalt, dass die lokale Verstärkung und der darunter liegende Bereich der Lage (2) kompaktiert wird, die Form ist dabei so ausgebildet, dass sie während ihres Schließvorgangs die Lage (2) beidseits der lokalen Verstärkung (3) komprimiert.
  2. Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktieren der lokalen Verstärkung (3) und des darunter liegenden Bereich der Lage (2) durch Einspritzen von thermoplastischem Material in die Vertiefung (4) nach Schließen der Form erreicht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktieren der lokalen Verstärkung und des darunter liegenden Bereichs der Lage bewirkt wird durch ein Depot an thermoplastischem Material gegenüberliegend der Vertiefung (4) und danach Schließen der Form.
  4. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und/oder die lokale Verstärkung, bevorzugt beide, gebildet sind von einem textilen Fadenmaterial aus Glasfasern und thermoplastischem Material der Art TWINTEX.
  5. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es verwendet wird für die Herstellung eines Trägers für Stossfänger eines Kraftfahrzeugs.
  6. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material, das in die Vertiefung eingegeben wird, mit der lokalen Verstärkung (3) in Kontakt kommt.
  7. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (2) zusammenhängend ist.
  8. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (4) hergestellt ist als Aushöhlung zwischen Bereichen (1c) der Form, die zum Komprimieren der Lage (2) bestimmt sind.
  9. Verfahren nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lage (2) aus der Form überstehen lässt und man nach Schließen der Form diejenigen Teilbereiche der Lage, die aus der Form herausstehen, abschneidet.
  10. Kunststoffteil aus einem verstärkten Thermoplasten, das eine Lage eines nicht ebenen Gewebes mit Fäden aufweist, die aus Glasfasern und thermoplastischem Material gebildet sind, das lokal durch eine lokale Verstärkung überdeckt ist, auf welche eine Masse aus thermoplastischem Material aufgegossen ist, das Kunststoffteil ist dadurch gekennzeichnet, dass die Masse geringfügig beidseitig die lokale Verstärkung auf der Lage überlappt.
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