CN110891756B - 制造塑料金属混合构件的方法及塑料金属混合构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造塑料金属混合构件(2)的方法，该塑料金属混合构件尤其是用于机动车领域，其中，将塑料材料(10)注入到工具模具(4)内，其中，工具模具(4)具有型芯(6)，将金属(8)喷涂到型芯(6)上，其中，然后将塑料材料(10)注入到工具模具(4)内，从而使金属(8)被复合注射以塑料材料(10)用于制成坯件(14)并且使金属固定在塑料(10)上，并且其中，借助工具模具(4)在坯件(14)的表面内产生至少一个凹陷部(16)，该凹陷部在第一继续加工范围内被金属(20)至少部分地填充。

Description

制造塑料金属混合构件的方法及塑料金属混合构件
技术领域
本发明涉及一种用于制造尤其是用于机动车领域的塑料金属混合构件的方法，其中，将塑料材料注入到工具模具内。本发明此外还涉及一种塑料金属混合构件。
背景技术
电子和机电的结构组件，例如功率分配器、保险盒或继电器盒，典型地遵守所谓的电磁兼容性和/或电导性要求，因此目前通常将纯金属的壳体用于相应的结构组件。但是，这种纯金属壳体比塑料壳体明显更重，并且也更昂贵。
而使用由能导电的塑料制成的壳体或借助导电漆或金属插入件难以满足相应的电磁兼容性和/或导电性要求。
发明内容
由此出发，本发明的任务是，给出一种有利地构造的塑料金属混合构件以及一种有利的用于制造塑料金属混合构件的方法。
根据本发明，该任务通过具有本发明的特征的方法和具有本发明的特征的塑料金属混合构件来解决。关于方法阐述的优点和优选的设计方案也可以合理地转移到塑料金属混合构件，并且反之亦然。
相应的方法在此用于制造塑料金属混合构件，塑料金属混合构件优选被构造成用于机动车领域，并且被预设成用于典型的电磁兼容性和/或导电性要求。
在此，使用具有型芯的工具模具，该型芯优选被构造为工具模具的牢固的部件，并且在该方法的范围内，将金属或金属合金例如通过热喷涂并且尤其通过电弧丝喷涂来喷射或喷涂到型芯上。替选地，型芯被构造为单独的插入件，其中在此情况中，金属或金属合金的施布优选在工具模具的外部或在注射成型机外部并且尤其在单独的过程步骤中进行。随后，尤其是然后马上，即不存在中间步骤地，将塑料材料，例如PA6、PA6 GF10(含10％玻璃纤维的聚酰胺)或PA6 GF30注入到工具模具内，从而给用于制造坯件的金属或金属合金复合注射(hinterspritzen)以塑料材料，并且例如通过所谓的微联结使金属或金属合金固定在塑料材料上或至少固定在制成的塑料上。
此外，借助工具模具在坯件的表面内产生至少一个凹陷部，在第一继续加工的范围内将金属或金属合金引入到凹陷部内，因此，凹陷部在第一继续加工范围内至少部分地被填充以金属或金属合金，并且优选地被完全填充。金属或金属合金的引入在此进一步优选地借助浇铸或注射成型法或借助喷射过程来进行。
在此，根据优选的实施方案，通过将金属或金属合金引入到至少一个凹陷部内实现了导体迹线结构。而通过将金属或金属合金施布到工具模具的型芯上优选实现了面式的金属化部，该面式的金属化部能例如被用作电磁的屏蔽部。
以此方式，然后例如可以实现壳体部分、壳体或保险盒，该壳体部分、壳体或保险盒通过塑料体构成，塑料体在外侧和/或内侧上具有面式的金属化部以用于电磁的屏蔽部，以及处在外侧和/或内侧上的导体结构，导体结构例如作为用于显示元件的电的联接结构或用于构成检查接触部。此处所介绍的方法在此允许以相对低的技术上的花费来制造塑料金属混合构件，从而使该方法也尤其适用于批量生产。
在此优选地，将相比塑料材料具有更高的熔点的例如铜、铝或锌的金属或金属合金喷涂到型芯上。以此方式确保金属或金属合金在复合注射以塑料材料时不熔化或熔融。
更优选地，在第一继续加工的范围内，将相比塑性材料具有更低的熔点的金属或金属合金，例如锡合金，引入到坯件表面中的至少一个凹陷部中，从而由于引入此金属或金属合金再次不使塑料材料熔化或熔融。
这意味着，无论使用哪种金属或金属合金，并且尤其无论用于金属化部的金属或金属合金和所设置的塑料的熔化温度如何，均可使用此方法在塑料上实现金属化。
在此适宜的是如下方法变型方案，在其中，工具模具具有基础模具，在将金属或金属合金喷涂到型芯上之后并且在将塑料材料注入到工具模具内之前，型芯能被置入或置入到基础模具内。将金属或金属合金喷涂到型芯上优选地在基础模具外部进行，这简化了金属或金属合金的施布。
替选地，不从基础形状中移除用于施布金属或金属合金的型芯，并且/或者在基础模具内部或直接在注射成型机内进行金属或金属合金的施布。在此情况中，型芯则优选地以近似固定的方式被装配在基础模具内，并且例如在制造过程开始之前就已被置入到基础模具内，并且与基础模具牢固地连接，优选地与基础模具牢固地拧接。因此，在制造过程期间在此不移除型芯。在一些应用情况中，型芯在此不可松开地与基础模具连接，即例如与基础模具粘合或焊接。与此无关地，在此优选将金属或金属合金直接施加在注射成型机中，这简化了过程。
在一些情况中在此对型芯进行预处理，然后喷涂上金属或金属合金，以便例如确保金属或金属合金不以不希望的强度附着在型芯上，并且在将坯件从工具模具中取出时不损坏坯件。
型芯在此进一步优选地由比基础模具更高质量的材料组成，其中，更高质量的材料有利地导致高的耐用度、长的使用寿命和/或工件从工具模具中的简单的取出，即简单地脱模。
如上所述，通过将金属或金属合金喷涂到型芯上，优选在坯件上实现了面式的金属化部，并且相应地将金属或金属合金面式地喷涂到型芯上，并且更确切地说尤其使得型芯的整个侧面被涂覆以金属或金属合金。以此方式提供了如下的坯件，该坯件在某个区域中具有闭合的金属涂覆部，即该坯件至少在其表面的某个区域中被完全金属化，并且恰好不具有金属的结构或导体迹线。此类面式的金属涂覆部于是典型地被用于构成隔离部或电磁的屏蔽部。以此方式，于是例如制成壳体部分，例如壳体盖、壳体或例如制成保险盒，它们在内侧地被大面积或全面地金属化，并且因此具有电磁的隔离部。
相反，如前文已提及，将金属或金属合金引入到坯件的至少一个凹陷部中优选地被用于实现金属的结构，例如导体迹线结构。与此无关地，有利地借助浇铸或注射成型法将金属或金属合金引入到坯件中的至少一个凹陷部中，其中，根据应用目的而定地，至少一个凹陷部典型地至少部分地并且尤其是完全地被金属或金属合金填充。替选地，金属或金属合金借助喷涂过程被引入，例如借助热喷涂。
根据另外的有利的方法变型方案，通过工具模具构成至少一个穿透或穿过坯件的塑料的凹陷部，或者以另外的方式例如通过后续的加工在坯件上提供相应的穿透的凹陷部。于是进一步优选地，尤其在第一继续加工范围内，将金属或金属合金例如通过浇铸或注射成型法引入到此穿透的或穿过的凹陷部内。在此，根据应用目的而定地，穿透的凹陷部部分地或全部地被金属或金属合金填充，或者仅将凹陷部的表面金属化。以此，则进一步优选地实现了接触部或贯通接触部。然而，该贯通接触部却不在电路板或印刷电路板上实现，而是例如在塑料壳体的器壁或其他的塑料金属混合构件的器壁上实现。
在有利的改进方案中，将相应地穿透或穿过坯件的凹陷部定位在面式的金属化部的区域内，面式的金属化部尤其通过将金属或金属合金喷涂到型芯上而已被制成。尤其地在此情况中，进一步优选地然后以如下方式将金属引入到此凹陷部内，即，使得由此在凹陷部内构成的金属的穿透部与面式的金属化部连接，尤其是以贯通接触部的方式导电地连接。
如果现在使塑料金属混合构件例如形成壳体的一部分或壳体，则根据实施变型方案，将穿透或穿过的凹陷部按缺口的形式地设计，并且在此情况中，然后优选将金属或金属合金引入到缺口内，使得缺口的器壁被金属化。然后可以在此缺口内引导有电缆或电缆的一部分，例如去除绝缘的电缆端部，或引导穿过缺口，并且使金属化的器壁可以导电地例如与相应的电缆的隔离体连接。如果然后还在壳体或壳体部分的内侧上实现面式的金属化部进而实现壳体隔离部，则以此可以在壳体隔离部与电缆隔离体之间建立电连接。
根据另外的有利的方法变型方案，尤其在第一继续加工之前将电气的或电子的模块插入到坯件的至少一个凹陷部内，或者将此模块安置在至少一个凹陷部附近区域中。然后将至少一个凹陷部至少部分地以金属或金属合金来填充以用于尤其构成导体结构，或将相应的金属或相应的金属合金引入到至少一个凹陷部中，更确切地说尤其使电气的或电子的模块与导体结构导电连接。
每个模块例如由发光二极管或传感器构成，并且塑料金属混合构件例如被实施为壳体部分或壳体。如果此外在内侧实现面式的金属化部作为电磁的隔离部以及其中引入了金属或金属合金的至少一个穿透或穿过的凹陷部，通过该至少一个凹陷部将内侧上的面式的金属化部与导体结构进而最终与传感器或发光二极管导电连接，则可以由此例如实现具有外侧的传感器或被安置在外侧的发光二极管的壳体或壳体部分，以该传感器或发光二极管可以检测在壳体内感应出的电流或感应出的电压，并且通过合适的信号，例如发光二极管的发光来输出。
进一步有利的是如下的方法变型方案，在其中，在第一继续加工之后，例如通过涂漆、浸渍或通过以塑料包封，将绝缘层施布到坯件上。在此这种绝缘层施布尤其如下方式进行，即，使得至少一个至少部分地被金属填充的凹陷部被绝缘层遮盖。于是以此方式，在此区域中实现了具有塑料-金属-塑料的结构的夹层结构的形式。
附图说明
下文根据示意图更详细地解释本发明的实施例。其中：
图1以截面图的形式示出具有型芯的工具模具；
图2以侧视图示出型芯；
图3以侧视图示出具有所施布的金属涂覆部的型芯；
图4以截面图示出具有型芯和所施布的金属涂覆部的工具模具；
图5以截面图示的形式示出借助工具模具制造的坯件，该坯件具有金属涂覆部和三个凹陷部；
图6以截面图示出坯件，该坯件具有金属涂覆部和三个被金属填充的槽状的凹陷部；
图7以截面图示出坯件，该坯件具有金属涂覆部和三个被金属填充的槽状的凹陷部和包覆的绝缘层；
图8以截面图示出坯件的替选的实施方案，该坯件具有金属涂覆部、两个被金属填充的槽状的凹陷部和一个被金属填充的穿透的凹陷部；
图9以截面图示出坯件的第二替选实施方案，该坯件具有金属涂覆部、两个被金属填充的槽状的凹陷部、和一个构造为缺口的并且被金属化的凹陷部，在凹陷部内插入被去除绝缘的电缆端部；和
图10以截面图示出坯件的第三替选实施方案，该坯件具有金属涂覆部、被金属填充的槽状的凹陷部、和被构造为部分槽状的并且部分构造为缺口的以及被金属填充的凹陷部，在凹陷部中插入传感器。
在所有附图中，相应的部分分别设有相同的附图标记。
具体实施方式
下文中示范性地描述的方法被用于制造塑料金属混合构件2，如其在图7中被示例地描绘。相应的塑料金属混合构件2，以下被称为混合构件2，在此优选被设计成用于机动车领域中，并且相应地优选被用于机动车内。
在此，借助在图1中示意性地描绘的工具模具4来制造混合构件2，该工具模具包括在图2中单独地示出的型芯6。该型芯在此被设计为单独的插入件，并且在第一方法步骤中在其余部分的工具模具4的外边将该型芯6涂覆以金属8或金属合金，其中，在实施例中，通过电弧丝喷涂来施布相应的金属8。
然后，将在图3中所示的被涂覆以金属8的型芯6置入到工具模具4的其余部分内，如这一点在图4中可见。然后在另外的方法步骤中，经由在工具模具4中的为此设置的开口12将塑料材料10填入到工具模具4内。在此，在型芯6上的金属8被复合注射以塑料材料10，从而使金属8在塑料材料10硬化之后例如通过微联结被固定在塑料上。
以此方式产生了在图5中所描绘的坯件14，其中，由金属8制成的金属层附着到塑料材料10的表面上。在此，金属8优选相比塑料物具有更高的熔点，并且进一步优选地作为金属8使用铜、铜合金、铝或铝合金。此外，塑料材料10的被金属8覆盖的表面优选构造为延展的和闭合的面，并且相应地，塑料材料10大面积地被金属8涂覆，也就是说，塑料材料10的表面上的金属8优选不构成诸如导体迹线的结构，而只构成大面积的涂覆部。
在此，制成的混合构件2例如构成用于电子的或电气的部件的壳体或壳体部分，例如保险盒，并且在此情况中，金属8优选构成电磁的屏蔽部，该电磁的屏蔽部构造在壳体的、壳体部分的或保险丝盒的内侧上。壳体、壳体部分或保险盒优选在内部近似被衬以金属8。
在实施例中以这种方式制成的坯件14在一个表面上还具有三个凹陷部16，这些凹陷部借助工具模具4实现，工具模具为此具有相应的结构18，或具有相应地探伸到内部空间内的突出部。在第一继续加工的范围内，这些凹陷部16例如通过浇铸或注射成型法至少部分地被填充以金属20，其中，为此所使用的金属20典型地不同于金属8。因此，金属20在大多数情况中比塑料材料10具有更低的熔点。这也适用于在此描述的实施例，其中，将锡合金用作金属20。
在此，通过以金属20至少部分地填充凹陷部16优选实现了结构或导体迹线，并且因此典型地没有如优选地借助金属8所实现的那样的大面积的金属化部。总体上，于是优选在塑料材料10上实现了具有两种不同金属或金属合金的两种金属化部，其中一个被构造为面式的金属涂覆部并且一个被构造为导体迹线结构。这种混合构件2在图6中指明。
在一些情况中，然后进行第二继续加工，在第二继续加工范围内，例如通过涂漆或通过以塑料包封将绝缘层22施布到坯件14上。绝缘层22的施布在此尤其以如下方式进行，即，至少将至少部分地以金属20填充的凹陷部16进而是金属20用绝缘层22来遮盖。对此替选地或补充地，绝缘层22的施布以如下方式进行，即，使得附着在塑料材料10上的金属8被绝缘层覆盖。
混合构件2的另外的实施方案在图8中描绘。在此，其中一个凹陷部16被构造为穿透塑料材料10的凹陷部16，该凹陷部至少部分地被金属20填充。这个凹陷部16在此被定位如下区域中，在该区域中，金属8附着在塑料材料10上，并且因此在金属8与穿透的凹陷部16内的金属20之间形成导电的连接。因此，在此实施例中，凹陷部16中的金属20构成贯通接触部的形式，但不是在电路板或印刷电路板上，而是例如在壳体壁内。
在图9中草绘了该实施方案的略微的修改方案，其中，在此穿透的凹陷部16具有更大的直径。在此，金属20并非填充凹陷部16的大部分的体积，而是仅在穿透的凹陷部16的或缺口的表面上设有由金属20构成的金属层。混合构件2于是例如被构造为用于电气的或电子的部件的壳体，并且具有由金属8构成的并且在内侧布置在壳体内的屏蔽部。该屏蔽部通过凹陷部16内的金属20近似继续引导直至凹陷部16内，以此可以以简单的方式将该屏蔽部与电缆26的屏蔽部24导电连接。
混合构件2的另外的实施方案在图10中草绘。在此，首先将具有显示元件的传感器28引入到其中一个凹陷部16内并固定在那里，并且然后将金属20引入到该凹陷部16内。金属20的引入在此以如下方式进行，即，一方面使传感器28与金属20导电连接，并且另一方面使金属20与金属8导电连接，从而经由在穿透的塑料材料10的凹陷部16内的金属20建立传感器28与金属8之间的导电连接。于是，混合构件2例如又被构造为电气的或电子的部件的壳体，并且金属8又例如构成在壳体上的内侧的屏蔽部。然后，传感器例如被用于检测在壳体内感应出的电流或感应到的电压，并且经由传感器8的例如被构造为简单的发光二极管的显示元件输出相关信号。
本发明不限于上述实施例。而是本领域技术人员也可以从中得出本发明的其他变型方案而不背离本发明的主题。尤其地，结合实施例描述的所有单个特征也可以以其他方式相互组合而不背离本发明的主题。
附图标记列表
2 塑料金属混合构件
4 工具模具
6 型芯
8 金属
10 塑料材料
12 开口
14 坯件
16 凹陷部
18 结构
20 金属
22 绝缘层
24 屏蔽部
26 电缆
28 具有显示器的传感器

Claims (12)

1.用于制造塑料金属混合构件(2)的方法，其中，将塑料材料(10)注入到工具模具(4)内，
其特征在于，
-所述工具模具(4)具有型芯(6)，将金属(8)喷涂到所述型芯(6)上，
-然后将所述塑料材料(10)注入到所述工具模具(4)内，从而使所述金属(8)被复合注射以所述塑料材料(10)用于制成坯件(14)并且使所述金属固定在塑料(10)上，并且
-借助所述工具模具(4)在所述坯件(14)的表面内产生至少一个凹陷部(16)，所述凹陷部在第一继续加工范围内被金属(20)至少部分地填充。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将比所述塑料材料(10)具有更高的熔点的金属(8)喷涂到所述型芯(6)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
在所述第一继续加工范围内，在所述坯件(14)的表面内的至少一个凹陷部(16)被至少部分地填充以比所述塑料材料(10)具有更低的熔点的金属(20)。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述工具模具(4)具有基础模具，在将所述金属(8)喷涂到所述型芯(6)上之后并且在将所述塑料材料(10)注入到所述工具模具(4)内之前，将所述型芯(6)置入到所述基础模具内。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
将所述金属(8)面式地喷涂到所述型芯(6)上，从而使所述坯件(14)在某个区域上具有金属涂覆部(8)。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述坯件(14)的至少一个凹陷部(16)借助浇铸或注射成型法至少部分地被填充以金属(20)。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
所述坯件(14)的至少一个凹陷部(16)借助浇铸或注射成型法完全地被填充以金属(20)。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个凹陷部(16)被构造为穿透所述坯件(14)的塑料材料(10)的凹陷部(16)，借助浇铸或注射成型法将金属(20)引入到所述凹陷部内。
9.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个凹陷部(16)被构造为穿透所述坯件(14)的塑料材料(10)的凹陷部(16)，借助浇铸或注射成型法将金属(20)引入到所述凹陷部内，穿透所述坯件(14)的至少一个凹陷部(16)被定位在金属涂覆部(8)的区域中，并且将金属(20)引入到此凹陷部(16)内，使得以此在所述凹陷部(16)内构成的金属的穿透部(20)与所述金属涂覆部(8)连接。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
首先将电气的或电子的模块(28)插入到所述坯件(14)的至少一个凹陷部(16)内，并且然后至少部分地以金属(20)填充所述坯件(14)的至少一个凹陷部(16)以构成导体结构(20)，使得所述电气的或电子的模块(28)与所述导体结构(20)导电连接。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述第一继续加工之后，将绝缘层(22)施布到所述坯件(14)上。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，所述绝缘层至少在一侧遮盖了至少一个至少部分地以金属(20)填充的凹陷部(16)。
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