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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das eine mehrteilige, flächige Substratstruktur, welche mindestens zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordnete Strukturteile umfasst, sowie einen auf einer Nichtsichtseite der Substratstruktur angeordneten und durch Hinterspritzen oder Hinterschäumen hergestellten Trägerkörper aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein nach dem Verfahren herstellbares Verbundbauteil, insbesondere eine Fahrzeugbeplankung.
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Es ist bekannt, Verbundbauteile, die eine flächige Substratstruktur mit einer Sichtseite und einer Nichtsichtseite sowie einen auf der Nichtsichtseite angeordneten, das Bauteil verstärkenden Trägerkörper aufweisen, durch Hinterspritzen oder Hinterschäumen herzustellen. Hierfür wird die flächige Substratstruktur in eine Werkzeughälfte eines Spritzwerkzeugs so eingelegt, dass ihre Sichtseite einer Werkzeugwand eines Werkzeugformraums zugewandt ist. Nach Schließen des Werkzeugs wird die Substratstruktur auf ihrer Nichtsichtseite (Spritzseite) mit einer fließfähigen, gegebenenfalls geschäumten oder schäumbaren Kunststoffformmasse hinterspritzt beziehungsweise hinterschäumt. Nach Aushärten der Formmasse beziehungsweise des Formschaums unter Ausbildung des Trägerkörpers wird das Werkzeug geöffnet und das Verbundbauteil entformt. Je nach Beschaffenheit der Substratstruktur kann diese vor Einlegen in das Werkzeug beispielweise durch Tiefziehen oder im Wege ihrer Herstellung durch Spritzgießen oder dergleichen vorgeformt werden. Im Falle relativ dünner flexibler Folien kann die Formgebung auch erst durch eine entsprechende Ausgestaltung des Formraums des Spritzwerkzeugs erfolgen.
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Aus Gewichtsgründen wird in der Fahrzeugindustrie angestrebt, die üblicherweise aus Metallblechen bestehende äußere Beplankung (Außenhaut) von Fahrzeugkarosserien zumindest teilweise aus Kunststoffteilen herzustellen. Die hierfür eingesetzten Kunststoffbeplankungen bestehen aus dünnen flächigen Kunststoffsubstraten, die durch eine hinterspritzte, insbesondere hinterschäumte Trägerstruktur stabilisiert sind. Die Kunststoffsubstrate werden üblicherweise aus thermoplastischen Kunststoffen im Spitzgussverfahren hergestellt, wo sie auch bereits ihre spätere Außenkontur erhalten. Im Falle relativ großflächiger Beplankungsteile, beispielsweise Motorhauben, ist ihre Herstellung durch Spritzgießen aufgrund der im Werkzeug auftretenden hohen Schließkräfte wirtschaftlich nicht sinnvoll. Ihre kostengünstigere Fertigung ist aber bei mehrteiliger Ausführung möglich, das heißt bei einer Beplankung, die aus zwei oder mehreren benachbarten Strukturteilen (Beplankungsteilen) besteht, welche gemeinsam hinterschäumt werden.
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Insbesondere bei niedrig viskosen Formschäumen ergibt sich beim Hinterschäumen mehrteiliger Substratstrukturen jedoch häufig das Problem ungenügender Dichtigkeit zwischen den einzelnen Strukturteilen, so dass die Formmasse beziehungsweise der Formschaum durch die Fügestellen auf die Sichtseite der Substratstruktur (Beplankung) austritt. Dieses Problem kann zwar durch ein vorhergehendes dichtendes Verfügen der Strukturteile überwunden werden, jedoch ist diese Vorgehensweise in mehrfacher Hinsicht problematisch. Erstens bedingt eine vorausgehende dichtende Verbindung, beispielsweise durch Verkleben, lange Prozesszeiten und damit im Serienbetrieb zahlreiche Kleberaufnahmen. Für ein Verschweißen der Strukturteile (Beplankungsteile) sind ebenfalls hohe Investitionen für die Schweißanlagen erforderlich. Zweitens ist die Handhabung der zuvor gefügten großflächigen, mehrteiligen Substratstruktur, die vor ihrer Hinterschäumung noch sehr biegeweich ist, äußerst schwierig.
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DE 102 50 979 A1 beschreibt ein flächiges Karosseriebauteil mit einer aus mehreren Teilen bestehenden Kunststofffolie und einem auf einer Nichtsichtseite der Kunststofffolie angeschäumten formstabilen Kunststoffschicht. Entlang einer Stoßlinie der Teile der Kunststofffolie ist auf einer Sichtseite eine Zier- oder Deckleiste angeordnet, die einen Steg aufweist, der zwischen die Teile in die angeschäumte Kunststoffschicht ragt. Die Herstellung erfolgt durch gemeinsames Hinterschäumen der Folienteile unter gleichzeitiger Einschäumung des Stegs der Zier- oder Deckleiste.
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Zudem ist aus
WO 98/05486 A1 ein Gehäuse für eine Strahlpumpe bekannt, das aus zwei Gehäuseteilen aus Kunststoff besteht. Die Gehäuseteile weisen umlaufende, gegeneinander liegende Flansche auf, die mit einem Kunststoffwulst im Spritzgießverfahren umgossen sind.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit einer aus mehreren Strukturteilen bestehenden äußeren Substratstruktur und einem hinterspritzten oder hinterschäumten Trägerkörper vorzuschlagen, das gegenüber dem Stand der Technik kostengünstiger und mit kürzeren Prozesszeiten durchführbar ist. Es soll ferner ein mit dem Verfahren herstellbares Verbundbauteil, insbesondere eine Fahrzeugbeplankung, zur Verfügung gestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, indem nämlich unmittelbar im Spritzwerkzeug vor dem Hinterspritzen oder Hinterschäumen eine zwischen den mindestens zwei Strukturteilen verlaufende Fügestelle mit einer Dichtmasse derart abgedichtet wird, dass ein Austreten der Formmasse durch die Fügestelle auf die Sichtseite verhindert wird. Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Abdichtung der Strukturteile erst innerhalb des Spritzwerkzeugs, ohne dass die einzelnen Strukturteile in einem vorhergehenden Schritt miteinander verbunden/verfügt werden. Auf diese Weise werden zeit- und kostenintensive Fertigungsschritte und -stationen, etwa für ein Verkleben oder Verschweißen der Strukturteile, im Prozessablauf vermieden. Zudem wird die problematische Handhabung großflächiger Substratstrukturen umgangen. Im Einzelnen umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte:
- – Einlegen mindestens eines ersten Strukturteils mit seiner Sichtseiten in ein Spritzwerkzeug,
- – Aufbringen einer Dichtmasse auf eine Nichtsichtseite im Bereich eines Fügeabschnitts des eingelegten ersten Strukturteils,
- – Anlegen mindestens eines weiteren Strukturteils dichtend an die Dichtmasse und
- – Hinterspritzen oder Hinterschäumen der Strukturteile auf ihren Nichtsichtseiten mit einer Formmasse unter Ausbildung des Trägerkörpers, wobei ein Austreten der Formmasse auf die Sichtseite der Substratstruktur durch die Dichtmasse verhindert wird.
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Gemäß der Erfindung erfolgt also ein sequentielles Einlegen der einzelnen Strukturteile, wobei zwischen den einzelnen Einlegeschritten die Dichtmasse auf einen Fügeabschnitt eines bereits eingelegten Strukturteils aufgebracht wird und nachfolgend ein weiteres Strukturteil dichtend an die Dichtmasse (und das bereits eingelegte Strukturteil) angelegt wird und so weiter. Insbesondere weist das mindestens eine weitere Strukturteil einen auf seiner Nichtsichtseite angeordneten, das heißt in die Hinterspritzung beziehungsweise Hinterschäumung hineinragenden, Flanschabschnitt auf, welcher nach Einlegen dieses Strukturteils in das Spritzwerkzeug die bereits aufgebrachte Dichtmasse und somit auch den Fügeabschnitt des mindestens einen ersten Strukturteils zumindest bereichsweise überragt. Eine besonders gute Dichtung wird erzielt, wenn die Dichtmasse von dem Flanschabschnitt des mindestens einen weiteren Strukturteils von mindestens zwei Seiten, vorzugsweise im Profil u-förmig von drei Seiten, umschlossen wird.
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Als Dichtmasse kommt eine Vielzahl von Polymeren oder Polymermischungen in Frage. Ein besonderer Vorteil kann erzielt werden, indem als Dichtmasse ein Haftkleber eingesetzt wird, der auf diese Weise nach seiner Aushärtung gleichzeitig für eine stabile Verbindung der Strukturteile sorgt. Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Hinterspritzen oder Hinterschäumen erfolgt, ehe die Dichtmasse, insbesondere der Haftkleber, ausgehärtet und/oder ausgetrocknet ist, da somit ein weiterer Zeitvorteil erzielt wird. Dies ist möglich, da die Dichtmasse beim Hinterspritzvorgang nur eine dichtende und keine stabilisierende Funktion hat.
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Die Erfindung betrifft ferner ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Verbundbauteil mit einer mehrteiligen, flächigen Substratstruktur, die mindestens zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordnete Strukturteile aufweist, die zusammen die Sichtseite der Substratstruktur ausbilden, mit einem auf einer Nichtsichtseite des mehrteiligen Strukturkörpers hinterspritzten oder hinterschäumten Trägerkörper, und mit einer auf einer Nichtsichtseite im Bereich eines Fügeabschnitts eines ersten Strukturteils angeordneten Dichtung, wobei ein zweites Strukturteil einen auf seiner Nichtsichtseite angeordneten Flanschabschnitt aufweist, welcher die Dichtung und den Fügeabschnitt des mindestens einen ersten Strukturteils zumindest bereichsweise überragt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht die mehrteilige, flächige Substratstruktur beziehungsweise die mindestens zwei Strukturteile aus Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff. Der Trägerkörper ist aus Gewichtsgründen bevorzugt eine Schaumstruktur. Bei dem Verbundbauteil handelt es sich bevorzugt um ein Beplankungsteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine Teilschnittansicht eines Spritzwerkzeugs und eines in diesem hergestellten Beplankungsteil für eine Fahrzeugkarosserie;
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2 einen Detailausschnitt einer Fügestelle aus 1;
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3 einen Detailausschnitt einer Fügestelle gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung und
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4 einen Detailausschnitt einer Fügestelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt in schematischer Weise eine Schnittteilansicht eines nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Verbundbauteils 10, das insbesondere ein Beplankungsteil für eine Fahrzeugkarosserie ist, in einem Spritzwerkzeug 12. Das (fertige) Beplankungsteil 10 weist eine mehrteilige, flächige Substratstruktur 14 auf, die mindestens zwei Strukturteile umfasst, von denen hier ein erstes Strukturteil 16 und ein weiteres Strukturteil 18 dargestellt sind. Die Strukturteile 16, 18 weisen jeweils eine Sichtseite 20 beziehungsweise 20' auf, die zusammen eine Sichtseite 22 der Substratstruktur 14 ergeben. Auf Nichtsichtseiten 24, 24' der Strukturteile 16, 18 und einer daraus sich ergebenden Nichtsichtseite 26 der Substratstruktur 14 ist im festen Verbund mit der Substratstruktur 14 ein Trägerkörper 28 angeordnet, der gemäß dem dargestellten Beispiel eine Hinterschäumung sein soll.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbundbauteils 10 anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Zunächst werden die einzelnen Strukturteile 16, 18 beispielsweise im Spritzgießprozess hergestellt. Dafür wird ein aus zwei Werkzeughälften bestehende Spritzgießwerkzeug (nicht dargestellt) unter Ausbildung eines Formraumes, welcher die gewünschte Gestalt des herzustellenden Strukturteils 16, 18 abbildet, verschlossen und nachfolgend eine fließfähige Formmasse (typischerweise eine Schmelze eines thermoplastischen Polymers) in den Formraum eingespritzt. Nach Abkühlung und Aushärtung der Formmasse wird das Werkzeug geöffnet und das fertige Strukturteil 16, 18 entformt.
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Für das anschließende Hinterschäumen wird zunächst das erste Strukturteil 16 in die in 1 dargestellte Werkzeughälfte des Spritzwerkzeugs 12 eingelegt, wobei seine Sichtseite 20 der Wandung des Formraums des Werkzeugs 12 zugewandt ist. In einem nachfolgenden Schritt wird eine hochviskose Dichtmasse 30 im Bereich eines Fügeabschnitts 32 des ersten Strukturteils 16 und zwar auf seiner Nichtsichtseite 24 aufgebracht. Bei der Dichtmasse 30 handelt es sich gemäß dem dargestellten Beispiel um einen Haftkleber, der in Form einer Wulst entlang einer (im fertigen Produkt vorliegenden) Fügestelle 34, insbesondere im Wesentlichen parallel zu dieser verlaufend, aufgebracht wird. Die Auftragung kann manuell mit einer Klebepistole oder dergleichen oder bevorzugt voll automatisiert durch einen geeigneten Roboter erfolgen.
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Im nachfolgenden Schritt wird das zweite Strukturteil 18 in das Werkzeug 12 eingelegt. Das Strukturteil 18 weist auf seiner Nichtsichtseite 24' an seinem dem ersten Strukturteil 16 benachbarten Bereich einen Flanschabschnitt 36 auf, der in den Formraum des Werkzeugs 12 beziehungsweise in den noch zu erzeugenden Trägerkörper 28 (Hinterschäumung) hineinragt. Nach Einlegen des Strukturteils 18 in das Werkzeug 12 überragt der Flanschabschnitt 36 sowohl die Dichtmasse 30 als auch die Nichtsichtseite 24 des ersten Strukturteils 16 im Bereich seines Fügeabschnitts 32. Wie besonders gut in 2 erkennbar ist, weist der Flanschabschnitt 36 des Strukturteils 18 zwei sich von einem Basisabschnitt 38 des Flanschabschnitts 36 erstreckende Stege 40 und 42 auf, welche die Dichtmasse 30 u-förmig von drei Seiten umschließen. Zusammen mit dem Fügeabschnitt 32 des Strukturteils 16 wird der Dichtungswulst 30 somit im Profilschnitt von allen vier Seiten umschlossen.
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In gleicher Weise können im weiteren Verlauf weitere Dichtmassen aufgebracht und weitere Strukturteile dichtend an die entsprechenden Fügestellen eingelegt werden. Beispielsweise ist denkbar, dass das dargestellte zweite Strukturteil 18 an seinem nicht dargestellten Bereich einen Fügeabschnitt 32 entsprechend dem des ersten Strukturteils 16 aufweist, welcher von einem Flanschabschnitt 36 eines weiteren Strukturteils übergriffen wird. Denkbar ist ebenfalls, gleichzeitig mehrere ”erste” Strukturteile 16 mit Fügeabschnitten 32 in das Werkzeug 12 einzulegen, die mit entsprechenden Flanschabschnitten 36 eines oder mehrerer ”zweiter” Strukturteile 18 zusammenwirken, die nach Aufbringen der Dichtmasse 30 auf die jeweiligen Fügeabschnitte 32 eingelegt werden.
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Nach Einlegen sämtlicher Strukturteile 16, 18 wird das Werkzeug 12 mit einer hier nicht dargestellten zweiten Werkzeughälfte unter Ausbildung des Formraums geschlossen, welcher die äußere Gestalt des herzustellenden Bauteils 10 abbildet. Durch eine Öffnung der zweiten Werkzeughälfte wird dann eine schaumbare oder bereits aufgeschäumte Formmasse eingespritzt, bis der gesamte Formraum ausgefüllt ist. Dabei wird ein Austreten der Formmasse auf die Sichtseite 22 der Substratstruktur 14 durch die Fügestelle 34 mit Hilfe der Dichtmasse 30 wirkungsvoll verhindert. Ein im Zusammenhang mit der Hinterschäumung von Fahrzeugbeplankungsteilen besonders bevorzugte Technik stellt das LFI-Verfahren dar (Long Fiber Injection oder Langfaserspritzgießen), bei dem typischerweise eine glasfaserverstärkte Polyurethan-Schaummasse eingespritzt wird. Anstelle der Glasfasern können aber auch andere, beispielsweise Naturfasern verwendet werden. Neben dem LFI-Verfahren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch andere Hinterschaum- oder Hinterspritzverfahren einsetzbar. Nach dem Aushärten der Schaummasse unter Ausbildung des Trägerkörpers 28 wird das Werkzeug 12 geöffnet und das fertige Verbundbauteil 10 entformt.
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Es ist wichtig zu betonen, dass weder für das (sequentielle) Einlegen der einzelnen Strukturteile 16, 18 noch für das Hinterspritzen beziehungsweise Hinterschäumen ein Aushärten oder Trocknen der Dichtmasse 30 beziehungsweise des Klebers abgewartet werden muss. Auf diese Weise können zeitintensive und unproduktive Standzeiten vermieden werden.
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Ferner ist klar, dass sowohl der Fügeabschnitt 32 des ersten Strukturteils 16 als auch der Flanschabschnitt 36 des weiteren Strukturteils 18 andere als in 1 und 2 gezeigte Ausgestaltungen haben können. Dies wird aus den 3 und 4 deutlich, wo der Mittelsteg 42 des Flanschabschnitts 36 weggelassen wurde beziehungsweise beide Stege 40, 42 fehlen. Besonders bei der Ausführung gemäß 4 kann aber eine Aushärtung der Dichtmasse 30 vor dem Hinterschäumen erforderlich sein, um ein Austreten der Dichtmasse 30 auf die Sichtseite 22 des Bauteils 10 infolge der einströmenden Schaummasse zu vermeiden. In diesem Sinne weist die Variante nach 2 die höchste Verfahrensicherheit auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbundbauteil/Beplankungsteil
- 12
- Spritzwerkzeug
- 14
- Substratstruktur
- 16
- erstes Strukturteil
- 18
- weiteres Strukturteil
- 20, 20'
- Sichtseiten Strukturteile
- 22
- Sichtseite Substratstruktur
- 24, 24'
- Nichtsichtseiten Strukturteile
- 26
- Nichtsichtseite Substratstruktur
- 28
- Trägerkörper
- 30
- Dichtmasse/Haftkleber
- 32
- Fügeabschnitt erstes Strukturteil
- 34
- Fügestelle
- 36
- Flanschabschnitt zweites Strukturteil
- 38
- Basisabschnitt
- 40
- Steg
- 42
- Steg
