DE10041970A1

DE10041970A1 - Kunststoffformteile als Anbauelemente von Kraftfahrzeugen und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10041970A1
Application number: DE2000141970
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beer; Juergen Mischke
Original assignee: IBS Brocke GmbH and Co KG
Current assignee: Polytec Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-14

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoffformteil mit einer Außenwand aus einem thermoplastischen Material und einem Kern sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffformteiles.

Description

Gegenstand der Erfindung sind Kunststoffformteile als Anbauelemente für Kraft fahrzeuge. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel lung der Kunststoffformteile.

Anbauelemente von Kraftfahrzeugen, insbesondere in Form einer Dachreling bzw. Spoiler bestehen im Stand der Technik überwiegend aus Aluminium. Teil weise sind die Hersteller dieser Anbauelemente auch dazu übergegangen, diese Teile aus Kunststoff herzustellen. Dabei werden diese Teile entweder aus massi vem Kunststoff oder zur Verringerung des Gewichtes als hohle Kunststoffformteile hergestellt.

Im Stand der Technik werden solche hohlen Anbauelemente aus Kunststoff durch das Gas-Injektions-Verfahren hergestellt. Dabei wird ein thermoplastischer Kunst stoff in eine entsprechende Form in ein Gießwerkzeug eingeleitet und anschlie ßend der überschüssige Kunststoff vor seiner Verfestigung durch Injektion von Gas aus dem Inneren des herzustellenden Teiles herausgetrieben.

Die Nachteile dieser Anbauelemente des Standes der Technik ergeben sich durch ihre Bauweise. Anbauelemente von Kraftfahrzeugen aus Aluminium bergen die Gefahr, dass im Falle eines Zusammenstoßes durch Verformung und Zerbrechen scharfe Kanten entstehen können, die die Verletzung von Personen zur Folge haben können. Aber auch solche Teile aus Kunststoff können im Falle einer Kolli sion zersplittern und durch umherfliegende Splitter oder Bruchstücke können Passanten oder Fahrzeuginsassen ebenfalls verletzt werden. Weiterhin können befestigte Dachaufbauten wie Gepäck- oder Fahrradträger herunterfallen.

Die technische Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, Kunststoffformteile als Anbauelemente von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweisen. So ist es das Ziel der Erfindung ein Kunststoffformteil bereitzustellen, bei dem die Splittergefahr verringert oder ganz beseitigt wird und eine Gefähr dung durch herumfliegende Splitter vermieden wird. Eine weitere technische Aufgabe liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung solcher Kunststoffformteile bereit zustellen.

Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoffformteil mit einer Außen wand aus einem thermoplastischen Material und einem Kern aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe gummiartiges Material, dehnfähiges Material, Schaumstoffmaterial. Vorzugsweise ist das Material des Kerns ein Duroplast. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Duroplast ein vulkanisierter EPDM-Kautschuk. Besonders bevorzugt ist das Material des Kerns Gummi.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau wird die Splittergefahr im Falle einer Kollisi on stark verringert bzw. ganz beseitigt. Dabei hält das dehnfähige, flexible Materi al des Kerns dieser Kunststoffformteile die durch den Aufprall entstehenden Ein zelteile bzw. Bruchstücke des thermoplastischen Materials der Außenwand zu sammen und verhindert so ein Umherfliegen und Verstreuen von Splittern. Da durch wird die Verletzungsgefahr von Personen und die Entstehung weiterer Schäden verringert.

In einer besonderen Ausführungsform besitzt das Material des Kerns eine Dehn fähigkeit von bis zu 400%. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass selbst bei hoher Energieeinwirkung auf die Kunststoffformteile auch große (Flucht-)Momente der entstehenden Bruchstücke von dem Material des Kerns abgefangen werden können und ein Umherfliegen der Bruchstücke verhindert wird.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplasti sche Material der Außenwand dieser Kunststoffformteile nicht verbundstoffartig mit dem Material des Kerns verbunden. Dies soll verhindern, dass durch Hubwir kung der gummiartige Kern reißt. Beim Brechen soll ein längerer Bereich gedehnt werden und die Bruchstücke sollen trotzdem zusammenhalten. Bevorzugt sind weitere Füllstoffe in dem thermoplastischen Material der Außenwand und/oder dem Material des Kerns enthalten. Es können weiterhin übliche Füllstoffe für das thermoplastische Material, bevorzugt langfaserige Füllstoffe, verwendet werden. Dabei sind diese Füllstoffe vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Glasfasern, Naturfasern und Gummifasern. Diese Fasern sollten möglichst lang sein, um auf Grund ihrer Haftung zur Matrix die optimalen Reißfestigkeiten auszunutzen. Hier ist z. B. auf die Schlagfestigkeiten von Kunststoffmaterialien mit Langfaserverstär kung hinzuweisen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplasti sche Material der Außenwand des Kunststoffformteiles ausgewählt aus der Grup pe Polyolefin, Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, Polyamid, ABS, PVC oder Gemische derselben.

Die technische Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils mit einer Außenwand aus einem thermoplastischen Material und einem Kern aus einem dehnfähigen Material mit den folgenden Schritten:

a) Einleiten eines thermoplastischem Materials in eine Gussform in einem Spritzgußwerkzeug.
b) Injektion eines Gases in die Gussform, wobei innerhalb des mit dem ther moplastischen Material angefüllten Volumens ein Hohlraum gebildet wird,
c) Einbringen eines dehnfähigen Materials in den Hohlraum des thermo plastischen Kunststoffformteiles und gegebenenfalls
d) Ausnutzen der im Kunststoffteil befindlichen Energie zur Vulkanisation des Kernmaterials.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoffformteiles sind Gussfor men in prinzipiell jeder beliebigen Gestaltung verwendbar. Vorzugsweise werden Gussformen verwendet zur Herstellung von Kunststoffformteilen in Gestalt von Dachreling, Spoiler, Seitenleisten, Außenspiegelgehäuse oder Stoßstange für Kraftfahrzeuge. Das thermoplastische Material wird in die Gussform eines Gieß werkzeuges eingeleitet, wobei sich das Material, das sich in den äußeren Berei chen, d. h. in der Nähe der Wand des Gießwerkzeuges befindet, stärker abkühlt, schneller zähflüssiger wird und aushärtet, als jenes Material im Inneren der Form. Nach Auffüllen der Form mit dem thermoplastischen Kunststoff, oder bereits zu einem früheren Zeitpunkt wird ein Gas in die Gussform injiziert. Das Gas treibt das flüssige thermoplastische Material in der Gussform voran und drückt das thermoplastische Material an die Wand der Gussform an. Dabei wird bewirkt, dass die gesamte Form von dem thermoplastischen Material ausgekleidet wird.

Je nach verwendetem Injektionsverfahren kann es zum "Ausblasen" des über schüssigen thermoplastischen Kunststoffmaterials aus dem Innern der Gussform über eine spezielle Öffnung des Gießwerkzeuges durch den Druck des injizierten Gases kommen. So wird mittels der Gasinjektion ein Hohlraum innerhalb des Kunststoffformteiles gebildet, der lediglich zwei Verbindungen nach außen auf weist. Die eine Verbindung ist die Stelle, an der die Injektion des Gases erfolgt und die andere die Stelle, an der das überschüssige Kunststoffmaterial unter Druck des injizierten Gases wieder herausgetrieben wird. Je nach Form des her zustellenden Kunststoffformteiles können aber auch mehrere Eintrittsöffnungen für das Gas und/oder mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen werden.

Nach der Bildung des Hohlraumes wird ein dehnfähiges Material in diesen Hohl raum eingebracht. Dabei wird das dehnfähige Material nicht in seinem Endzu stand in den Hohlraum eingebracht, sondern in Form einer Substanz, die erst nach einer bestimmten Reaktion in den Endzustand gelangt.

Vorzugsweise wird in Schritt c) als dehnfähiges Material ein Schaumstoff einge bracht. Dies geschieht durch Ausschäumung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als dehnfähiges Material in Schritt c) ein Polymer eingebracht und danach als Schritt d), dieses Polymer in nerhalb des Kunststoffformteiles vulkanisiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Polymer zum Ausfüllen des Hohlraumes innerhalb des thermoplastischen Kunststoffformteiles zu einem Zeitpunkt eingebracht, bei dem das thermoplastische Material noch eine Restwärme von mindestens 100 C° be sitzt und die Vulkanisierung des Polymers mittels dieser Restwärme erfolgt. Die Vorteile dieser Maßnahme sind, dass der Zeitablauf dieses Verfahrens gestrafft wird, die Energie für das Aufheizen eines bereits erkalteten Kunststoffformteiles gespart wird und eine thermische Beanspruchung des Kunststoffformteiles ver hindert wird.

In einem besonders bevorzugten Verfahren erfolgen alle Verfahrenschritte im gleichen Werkzeug.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird als thermoplasti sches Material für die Außenwand ein Material verwendet ausgewählt aus der Gruppe Polyolefin, Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, Polyamid, ABS, PVC oder Gemische derselben.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst mit einem Kunststoffformteil, erhältlich durch das beschriebene Verfahren.

Die erfindungsgemäßen Kunststoffformteile werden als Anbauteile und/oder An bauelemente von Kraftfahrzeugen verwendet. Als solche Anbauelemente im Sin ne dieser Erfindung werden insbesondere Konstruktionen in Form einer Dachre ling, in Form von Spoilern, Seitenleisten, Außenspiegelgehäusen und Stoßstan gen für Kraftfahrzeuge verstanden. Die erfindungsgemäßen Kunststoffformteile können jedoch auch als Verkleidungen im Innenraum von Kraftfahrzeugen, insbe sondere im Armatur-, Tür- und Säulenbereich verwendet werden.

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Figur beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Dachreling für Kraftfahr zeuge im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Dachreling für Kraftfahrzeuge im Längsschnitt. Dabei wird hier ein Kunststoffformteil in Gestalt einer Dachreling 1 dargestellt, mit einer Außenwand 2 aus einem thermoplastischen Material und einem Hohlraum 3 innerhalb des Kunststoffformteiles. Dieser Hohlraum 3 kann beispielsweise mit einem Gummimaterial ausgefüllt sein. Weiterhin ist die Öffnung 4 dargestellt, an der die Gasinjektion bei der Herstellung des Kunststoffformteiles erfolgte. Zusätzlich ist eine Gasaustrittsöffnung 5 vorhanden. Diese wird zum Gasaustritt und zum Abführen von überschüssigem Material beim Befüllen mit der Kernkomponente verwendet.

Bezugszeichenliste

1

Kunststoffformteil (Dachreling)

2

Außenwand aus thermoplastischem Material

3

Hohlraum bzw. Kern aus einem dehnfähigen Material

4

Öffnung nach außen (Stelle der Gasinjektion)

5

Gasaustrittsöffnung

Claims

1. Kunststoffformteil mit einer Außenwand aus einem thermoplastischen Ma terial und einem Kern aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe gummiartiges Material, dehnfähiges Material, Schaumstoffmaterial.

2. Kunststoffformteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kerns ein Duroplast ist.

3. Kunststoffformteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Duroplast ein vulkanisierter EPDM-Kautschuk ist.

4. Kunststoffformteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kerns Gummi ist.

5. Kunststoffformteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass das Material des Kerns eine Dehnfähigkeit von bis zu 400% aufweist.

6. Kunststoffformteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass das thermoplastische Material der Außenwand nicht verbund stoffartig mit dem Material des Kerns verbunden ist.

7. Kunststoffformteil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass weitere Füllstoffe und/oder Füllmittel in dem thermoplastischen Material der Außenwand und/oder in dem Material des Kerns enthalten sind.

8. Kunststoffformteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe und/oder Füllmittel ausgewählt sind aus der Gruppe Glasfasern, Naturfasern, Gummifasern.

9. Kunststoffformteil nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass das thermoplastische Material ausgewählt ist aus der Gruppe Polyolefin, Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, Polyamid, ABS, PVC oder Gemische derselben.

10. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteiles mit einer Außenwand aus einem thermoplastischen Material und einem Kern aus einem dehnfä higen Material mit den folgenden Schritten:

a) Einleiten eines thermoplastischen Materials in eine Gussform in einem Spritzgußwerkzeug,
b) Injektion eines Gases in die Gussform, wobei innerhalb des mit dem thermoplastischen Material angefüllten Volumens ein Hohlraum gebil det wird,
c) Einbringen eines dehnfähigen Materials in den Hohlraum des thermo plastischen Kunststoffformteiles und gegebenenfalls
d) Ausnutzen der im Kunststoffteil befindlichen Energie zur Vulkanisation des Kernmaterials.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) im gleichen Werkzeug wie die vorangegangenen Schritte erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als dehnfähiges Material in Schritt c) ein Schaumstoff eingebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als dehnfähiges Material in Schritt c) ein Polymer eingebracht wird und danach als Schritt d) die Vulkanisierung des Polymers innerhalb des Kunststoff formteils erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Poly mer zu einem Zeitpunkt eingebracht wird, bei dem das thermoplastische Material noch eine Restwärme von mindestens 100°C besitzt und die Vul kanisierung des Polymers mittels dieser Restwärme erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Kern ein Duroplast verwendet wird.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Duroplast ein EPDM-Kautschuk verwendet wird.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material der Außenwand verbundstoffartig mit dem Material des Kerns verbunden wird.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Füllstoffe und/oder Füllmittel in dem thermoplastischen Mate rial der Außenwand und/oder in dem Material des Kerns verwendet wer den.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Füll stoffe und/oder Füllmittel Materialien verwendet werden ausgewählt aus der Gruppe Glasfasern, Naturfasern, Gummifasern.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Material für die Außenwand ein Material ver wendet wird ausgewählt aus der Gruppe Polyolefin, Polypropylen, Poly ethylen, Polycarbonat, Polyamid, ABS, PVC oder Gemische derselben.

21. Kunststoffformteil erhältlich durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 20.

22. Verwendung der Kunststoffformteile gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 und 21 als Anbauteile und/oder Anbauelemente von Kraftfahrzeugen, insbesonde re als Dachreling, Spoiler, Seitenleisten, Außenspiegelgehäuse oder Stossstange.