DE10101271A1

DE10101271A1 - Kunststofformteil

Info

Publication number: DE10101271A1
Application number: DE2001101271
Authority: DE
Inventors: Kurt Fraunhofer
Original assignee: Fritzmeier Composite & Co GmbH
Current assignee: Fritzmeier Composite & Co GmbH
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Offenbart ist ein Formteil aus Verbundwerkstoffen und ein Einlegeteil, das aus Kunststoff hergestellt ist und an einer Großfläche Verankerungsmittel zur Anbindung des Einlegeteils an das Formteil und an einer Außenfläche Positioniereinrichtungen zur Positionierung des Einlegeteils im Werkzeug aufweist.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kunststofformteil, in das ein Einlegeteil zur Befestigung von Verbindungsmitteln oder ähnlichem eingebettet ist und ein dafür geeignetes Einlege teil.

Derartige Kunststofformteile werden vorzugsweise nach dem RTM-Verfahren hergestellt. Das RTM-Verfahren (Reaction Transfer Molding) wird zur Herstellung flächiger Kunst stofformteile mit komplexer dreidimensionaler Erstreckung im großindustriellen Maßstab verwendet. Dieses Verfahren ist bereits seit den 50-iger Jahren bekannt. Es erlaubt ei ne wirtschaftliche Herstellung von Faserverbundteilen, wo bei durch die Auswahl, Art und Anordnung von Verstärkungs materialien sowie durch die Wahl des Matrixsystems Form teile herstellbar sind, die in idealer Weise an die auftre tenden Beanspruchungen angepaßt sind. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, daß die zur Verstärkung dienenden Fasermaterialien, Kerne, Vliese etc. zunächst in das Werk zeug eingelegt und anschliessend das Matrixmaterial einge spritzt wird. D. h., der wesentliche Unterschied zum Pres sen- und Spritzgießen besteht darin, daß das Matrixmaterial und das Verstärkungs-/Kernmaterial erst im geschlossenen RTM-Werkzeug miteinander in Kontakt gelangen.

Hinsichtlich weitere Einzelheiten des RTM-Verfahrens sei auf die vorhandene Literatur, beispielsweise auf "Einführung in die Technologie der Faserverbundwerkstoffe "W. Michaeli et al.; München, Wien; Karl Hansa Verlag; 1990; Seiten 41 ff. verwiesen.

Für den Fall, daß das Kunststofformteil, beispielsweise ein Windabweiser an einer Tragstruktur befestigt werden soll, werden üblicherweise Stahlinserts in das Verstär kungsmaterial eingelegt, in denen dann entsprechende Gewin debolzen oder Gewindeaufnahmen ausgebildet sind.

Problematisch bei der Verwendung derartiger Stahlin serts ist, daß diese aufgrund Ihrer vergleichsweise großen Abmessungen das Aushärten der Matrix ungünstig beeinflus sen, so daß es zu Lunkern oder Schwundmarkierungen im Be reich der Inserts kommen kann.

Ein weiteres Problem besteht darin, diese Stahl- oder Bolzenplatten auf geeignete Weise im Werkzeug zu fixieren, wobei insbesondere die Abdichtung der Gewindebereich Pro bleme bereitet, so daß ein Zusetzen mit Reaktionsharz nicht verhindert werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Kunststofformteil und das Einlegeteil derart weiterzubilden, daß eine Befestigung von Verbin dungsmitteln oder ähnlichem ohne Ausbildung von Lunkern oder Schwundmarkierungen ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Kunststofformteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst bzw. durch ein Ein legeteil mit den Merkmalen des Patentanspruch 11 gelöst.

Erfindungemäß wird das Einlegeteil aus Kunststoff ge fertigt, wobei an einer dem Verstärkungsmaterial zuweisen den Fläche Verankerungsmittel zum formschlüssigen Anbinden des Einlegeteils an das Formteil und an einer dem Werkzeug zuweisenden Außenfläche Positioniereinrichtungen zum Posi tionieren und Festlegen des Einlegeteils in einem RTM-Werk zeuges ausgebildet sind. Durch die Fertigung des Einlege teils aus Kunststoff wird ein vorzeitiges Abkühlen des Re aktionsharzes beim Einspritzen der Matrix verhindert, daß die Fließ- und Reaktionsfront das Formteil der vorbestimm ten Weise gleichmäßig durchläuft und somit ein homogener Formteilaufbau gewährleistet ist. Während des Einspritzens des Harzes ist das Einlegeteil zuverlässig im Werkzeug auf genommen, so daß ein Verschieben oder Verrutschen durch den Druck der eingespritzten Harzkomponente ausgeschlossen ist. Die Harzkomponente benetzt beim Einspritzen der Matrix die Verankerungsmittel, so daß nach dem Aushärten eine zuver lässige Anbindung des Einlegeteils an das Formteil gewähr leistet ist.

Der Aufwand bei der Nachbearbeitung des Formteils läßt sich gegenüber den herkömmlichen Lösungen mit Stahleinlege teilen verringern, wenn die Positioniereinrichtungen das Einlegeteil dichtend im RTM-Werkzeug aufnehmen.

Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn das Einlegeteil im Spritzgießverfahren hergestellt ist, wobei beispielsweise verstärkte Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamid, Polycarbonat oder einem Mischpolymerisat verwen det werden können.

Die die Verbindung mit dem Formteil bewirkenden Veran kerungsmittel können beispielsweise durch Nuten oder Vor sprünge gebildete Hinterschneidungen seien, die schwalben schwanz- bzw. pilzförmig ausgebildet sind.

Die die Abdichtung am Werkzeug bewirkenden Positionier einrichtungen können eine umlaufende Dichtnut aufweisen, in die eine entsprechende Aufnahme des Werkzeuges eingreift.

Die Festigkeit des Einlegeteil läßt sich weiter erhö hen, wenn an diesen Verstärkungsrippen ausgebildet sind.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnitt durch ein RTM-Formteil im Anbin dungsbereich eines Einlegeteils;

Fig. 2, 3 und 4 eine Schnittdarstellung bzw. eine Draufsicht bzw. eine Unteransicht auf ein Einlegeteil gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines RTM-Formteils.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines RTM- Formteils 1, beispielsweise eines Windabweisers, das mit einem Einlegeteil 2 ausgebildet ist, über das das im RTM- Verfahren hergestellte Formteil 1 an einer Stützkonstruk tion befestigbar ist.

Das Formteil 1 hat einen Schaumkern 4, beispielsweise einen PUR-Schaumkern, der mit Verstärkungsmaterial 6 belegt ist. Derartige Verstärkungsmaterialien können Gewebe, Gele ge, Vliese, Einzelfasern, Bänder etc. sein, die zur Erhö hung der Formteilfestigkeit und zur Verbesserung der Ober flächenqualität dienen.

Der mit Verstärkungsmaterial 6 belegte Schaumkern 4 wird dann in ein strichpunktiert angedeutetes RTM-Werkzeug eingelegt und anschließend das das Matrixmaterial, bei spielsweise das Reaktionsharz, ein Initiator, Füllstoffe, Farbpigmente etc., in das Werkzeug eingespritzt. Je nach Harzsystem erfolgt nach der vollständigen Füllung des RTM- Werkzeuges die Aushärtung beim Raumtemperatur oder unter Zuführung von Wärme, wobei die Aushärtezeiten stark von den eingesetzten Materialien abhängen. Nach dem Aushärten wird das fertige Formteil entformt, das lediglich noch einer ge ringen Nachbearbeitung bedarf.

Bei dem vorbeschriebenen Verfahren werden die Einlege teile 2 in geeigente Aufnahmen 10 des strichpunktiert ange deuteten Werkzeugs 8 eingelegt, wobei diese Aufnahmen 10 so gestaltet sind, daß das Einlegeteil 2 abschnittsweise dich tend umgriffen ist und somit lediglich die Anlagebereiche am Verstärkungsmaterial 4, 6 mit dem Reaktionsharz benetzt werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel soll durch das Einlegeteil 2 eine Gewindebuchse 12 geschaf fen werden, in die ein Gewindebolzen zur Befestigung des Formteils 1 einschraubbar ist. Diese Gewindebuchse 12 ist in einen Kunststoffkörper 14 eingebettet, der in den Fig. 2 bis 4 in einer Schnittdarstellung, einer Draufsicht, bzw. einer Unteransicht dargestellt ist.

Demgemäß hat das Einlegeteil eine plattenförmige Basis 14, deren Umfangsfläche 16 fasenförmig ausgebildet ist. Die Basis 14 trägt mittig einen nabenförmigen Vorsprung 18, in den die Gewindebuchse 12 eingesetzt ist. Der nabenförmige Vorsprung 18 hat eine umlaufende Außenwandung 20, die über eine Vielzahl von Radialwandungen 22 mit einer mittigen Hülse 24 verbunden ist. Diese trägt die Gewindebuchse 12. Im Übergangsbereich zwischen der Basis 14 und dem Vorsprung 18 ist eine umlaufende Ringnut 26 ausgebildet, in die ein entsprechend ausgebildeter Vorsprung 28 der Aufnahme 10 des Werkzeugs 8 eingreift.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Einlegeteils 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 darge stellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Variante zwischen der Ringnut 26 und der Fase 16 eine umlaufende Ringschulter 30 ausgebildet ist, an der ein Stützring 32 abgestützt ist, der den Übergangsbe reich zwischen Einlegeteil 2 und Formteil 1 ausbildet.

Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 4 hervorgeht, sind an der von der Gewindebuchse 12 entfernten Großfläche 34 des Einlegeteils 2 Nuten 36 ausgebildet. Diese Nuten 36 sind derart ausgestaltet, daß sie eine Hinterschneidung bilden, so daß das Einlegeteil 2 bei Auffüllen dieser Hin terschneidung mit der Matrix formschlüssig im Formteil 1 verankert werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 36 schwalbenschwanzförmig ausgebildet. Selbstverständlich sind auch andere Geometrien realisier bar, wobei die vorgenannten Hinterschneidungen jedoch stets ausgebildet werden sollten. Bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist die Großfläche 34 mit einem sich kreuzen dem Netz von Nuten 36 überdeckt, so daß das Einlegeteil 2 in jeglicher Belastungsrichtung am Formteil 1 festgelegt ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Kern 4 und das darauf befindliche Verstärkungs material 6 derart verformt, daß ein Raum zur Aufnahme des Einlegeteils 2 gebildet wird und dieses so in das Formteil 1 eingebettet wird, daß ein bündiger Übergang zwischen Formteil 1 und Einlegeteil 2 schaffen wird. Prinzipiell könnte das Verstärkungsmaterial 6 und der Kern 4 auch in geeigneter Weise mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Ein legeteils 2 versehen werden.

Beim Einspritzen der Matrix kann das Reaktionsharz auf grund der dichtenden Anlage des Werkzeuges 8 im Bereich der Aufnahme 10 nicht in den von der Ringnut 26 umgriffenen Be reich des Einsatzteiles 2 eindringen, so daß ein Zusetzen der Gewindebuchse 12 mit Reaktionsharz verhindert ist. Das Harz kann allerdings entlang der Großfläche 34 am Einlege teil 2 entlang fließen, so daß die vorgenannten Nuten 36 mit der Matrix gefüllt werden und somit eine sichere Anbin dung an das Verstärkungsmaterial 6 gewährleistet ist.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einlegeteil anstelle der Nuten 36 mit etwa pilzför migen Zapfen 38 versehen, die aus der Großfläche 34 des Einlegeteils 2 hervorstehen. Diese Zapfen sind über den ge samten Querschnitt der der Großfläche 34 verteilt, so daß eine sichere Anbindung gewährleistet ist. Diese wird noch dadurch verstärkt, daß die eine Hinterschneidung bildenden Spitzen 40 der Zapfen 38 sich durch das außenliegende Ver stärkungsmaterial 6 hindurch in den Kern 4 hinein erstrecken, so daß eine hochfeste Verbindung geschaffen wird. Anstelle der pilzförmigen Zapfen 38 können selbstver ständlich auch andere Vorsprünge zur Anbdindung des Einle geteils verwendet werden. Prinzipiell ist es auch möglich, die vorbeschriebenen Nuten 36 und die Zapfen 38 zu kombi nieren.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Einlegeteil mit seiner Großfläche 34 auf dem Ver stärkungsmaterial auf, so daß die Verankerung im wesentli chen über die Zapfen 38 erfolgt. Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wurde praktisch die gesamt Basis 14 des Einlegeteils 2 in das Formteil integriert, so daß nur ein vergleichsweise geringer Teil des nabenförmigen Vorsprungs 18 aus dem Formteil 1 hervorsteht.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn das Einlegeteil 2 mit den daran ausgeformten Hinterschneidungen im Spritz gießverfahren hergestellt wird, wobei die Gewindebuchse 12 oder ein sonstig daran befestigtes Verbindungsmittel sei nerseits als Einlegeteil in das Spritzgießwerkzeug einge legt wird.

Um die für die Anbindung des Formteils 1 erforderliche Festigkeit zu gewährleisten, werden verstärkte Kunststoffe, beispielsweise glasfaserverstärktes Polyamid, Polycarbonat oder sonstige geeignete Mischpolymerisate eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Formteils 1 ist nicht auf eine Verwendung beim RTM-Verfahren hergestellt sondern prinzipiell bei allen Herstellungsverfahren von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen einsetzbar.

Offenbart ist ein Formteil aus Verbundwerkstoffen und ein Einlegeteil, das aus Kunststoff hergestellt ist und an einer Großfläche Verankerungsmittel zur Anbindung des Ein legeteils an das Formteil und an einer Außenfläche Positio niereinrichtungen zur Positionierung des Einlegeteils im Werkzeug aufweist.

Bezugszeichenliste

1

Formteil

2

Einlegeteil

4

Schaumkern

6

Verstärkungsmaterial

8

RTM-Werkzeug

10

Aufnahme

12

Gewindebuchse

14

Basis

16

Fase

18

Vorsprung

20

Außenwandung

22

Radialwandung

24

Hülse

26

Ringnut

28

Vorsprung

30

Ringschulter

32

Stützring

34

Großfläche

36

Nuten

38

Zapfen

40

Spitzen

Claims

1. Formteil, mit einem Verstärkungsmaterial (4, 6) und ei ner Matrix mit einer Harzkomponente, in das ein Einle geteil (2) zur Befestigung von Verbindungsmitteln oder ähnlichem eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (2) ein Kunststoffteil ist, das an ei ner Großfläche Verankerungsmittel (36, 38) zur Anbin dung an das Formteil (1) und an einer davon entfernten Außenfläche Positioniereinrichtungen (26) zum Positio nieren des Einlegeteils in einem Werkzeug (8) eines Formteils (1) ausgebildet sind.

2. Formteil nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des Einlegeteils (2) zumindest abschnittsweise dichtend im Werkzeug (8) aufgenommen ist.

3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einlegeteil (2) im Spritzgießverfahren hergestellt ist.

4. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verankerungsmittel durch Nuten (36) oder Vorsprünge (38) gebildete Hinterschneidungen sind.

5. Formteil nach Anspruch 4, wobei die Nuten (36) etwa schwalbenschwanzförmig oder die Vorsprünge als pilzför mige Zapfen (38) ausgebildet sind.

6. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtungen eine umlaufende Ringnut (26) aufweisen, in die eine entsprechende Aufnahme (10, 28) des Werkzeuges (8) dichtend einsetzbar ist.

7. Formteil nach Anspruch 6, wobei die Ringnut (26) eine in das Einlegeteil eingesetzte Gewindebuchse (12) oder einen Gewindebolzen umgreift.

8. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil aus glasfaserverstärktem Polyamid, Po lycarbonat oder einem Mischpolymerisat hergestellt ist.

9. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Einlegeteil Verstärkungsrippen (22) ausgebildet sind.

10. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsmaterial einen Schaumkern (4) aufweist.

11. Einlegeteil für ein Formteil nach einem der vorherge henden Patentansprüche, mit einer Verankerungsmittel (36, 38) tragenden Großfläche (34) und mit an einer von der Großfläche (34) entfernten Aussenfläche ausgebilde ten Positioniereinrichtungen zum Positionieren des Ein legeteils (2) in einem Werkzeug (8) zur Herstellung ei nes Formteils (1).