DE102004057571A1

DE102004057571A1 - Pedal für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102004057571A1
Application number: DE200410057571
Authority: DE
Inventors: Andreas Schulte; Michael Thiel; Udo Steeneck; Sebastian Kilz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kupplungspedal, aus Kunststoff, mit einem Trittabschnitt (26) und einem Lager für die Pedalschwenkachse (12). DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass das Pedal einen oberen (10) und einen unteren Bereich (20) aufweist, wobei der obere Bereich (10) mindestens das Lager für die Pedalschwenkachse (12) umfasst und kompakt ausgeführt ist und wobei der untere Bereich mindestens den Trittabschnitt (26) umfasst und ein Hohlprofil aufweist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Pedals nach dem Spritzgießverfahren, mit folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A (a) mindestens teilweise Füllung mindestens einer eine Kontur des herzustellenden Pedals zumindest teilweise abbildenden Kavität eines Spritzgießwerkzeugs mit einer Kunststoffschmelze, wobei die Kavität einen ersten Bereich (10), welcher dem zu formenden oberen Bereich des Pedals entspricht, und einen zweiten Bereich (20), welcher dem zu formenden unteren Bereich des Pedals entspricht, aufweist; DOLLAR A (b) Injektion einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die eingebrachte Kunststoffschmelze im zweiten Bereich der Kavität, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze im zweiten Bereich der Kavität entsteht; DOLLAR A (c) Ausbringung der Flüssigkeit aus der Kavität, insbesondere durch Druckentlastung; DOLLAR A (d) Verfestigenlassen der Kunststoffschmelze bis zur Bildung eines festen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß dem Patentanspruch 3.

Es ist bekannt, Kraftfahrzeugpedale aus Kunststoff herzustellen, bei welchen besondere Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit vorgesehen sind. So sind kompakte, aus Kunststoff gespritzte Pedale bekannt, bei denen starke Verrippungen an den Pedalarmen vorgesehen sind. Nachteilig an solchen Vorrichtungen sind neben den erhöhten Zykluszeiten bei der Herstellung, welche aus den aufgrund der verrippten Geometrie und der kompakten Masseverteilung längeren Kühlzeiten resultieren, auch die mangelhafte Anpassung an die im Betrieb auftretenden hohen Torsions- und Biegebelastungen. Um diese aufnehmen zu können, sind gelegentlich zusätzliche Stahleinleger in dem Pedalarm vorgesehen, welche allerdings das Gewicht des Kraftfahrzeugpedals unnötig erhöhen.

Günstigerweise wird das Kunststoffpedal als Hohlprofil ausgebildet, wodurch vorteilhafte Torsionseigenschaften entstehen. So ist aus der DE 39 09 941 C2 ein Kupplungspedal bekannt, welches ein Hohlprofil rechteckförmigen Querschnitts aufweist, welches sich vom vorderen Pedalarmende mit der Trittplatte bis zum hinteren Pedalarmende mit dem Federhebel erstreckt. Zur Herstellung eines solchen Hohlprofils kann die normale Kompaktspritzgusstechnik eingesetzt werden, allerdings werden langgezogene Kerne benötigt, um die Innenform der Pedalarme auszubilden.

Diese Problematik wird durch den Einsatz der Gasinjektionstechnik vermieden, bei welcher zur Herstellung eines Hohlkörpers über einen im Werkzeug oder in der Maschinendüse integrierten Injektor Gas (typischerweise Stickstoff) in die bereits mit Kunststoffschmelze gefüllte Kavität injiziert wird. Das Gas drückt die noch fließfähige plastische Kunststoffseele im Inneren des Formteils aus dem Werkzeug heraus, so dass ein Hohlraum entsteht. Die bei diesem so genannten Ausblasen herausgedrückte Kunststoffseele kann in Überlaufkavitäten abgeführt oder in den Spritzgießzylinder zurückgeführt werden. Danach wird das so entstandene Kunststoffpedal entformt. Die DE 93 17 880 U1 offenbart ein solches, unter Verwendung der Gasinjektionstechnik hergestelltes Pedal, welches zwei als Hohlprofil ausgeformte Schenkel aufweist.

In jüngster Zeit gewinnt der Einsatz der Wasserinjektionstechnik an Bedeutung, welche im Vergleich zu der oben genannten Gasinjektionstechnik entscheidende Vorteile hat. Da Wasser über eine erheblich höhere spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit verfügt als zum Beispiel Stickstoff, wird durch seinen Einsatz die Kühlwirkung des Injektionsmediums stark verbessert. Das Formteil wird nicht nur durch die Werkzeugwand von außen, sondern auch durch das Wasser von innen effektiv gekühlt. Dadurch können drastische Zykluszeitreduzierungen erzielt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Wasser nahezu inkompressibel ist, so dass mit stärkeren Drücken gearbeitet werden kann. Zuletzt ist der Einsatz von Wasser auch viel kostengünstiger als der von technischen Gasen wie Stickstoff.

Nachteilig an den oben genannten Pedalausführungen aus dem Stand der Technik ist, dass bei der Ausführung des oberen Pedalbereichs als Hohlprofil und dessen Herstellung durch ein Ausblasverfahren aufgrund der Bauteilkomplexität ein schwer zu modellierender Hohlkanalverlauf gewährleistet werden muss, welcher außerdem zu unerwünschten Masseanhäufungen führt. Dies erschwert das Herstellungsverfahren erheblich, obwohl ein Hohlprofil in diesem Bereich gar nicht erforderlich ist, da die Anforderungen an die Torsionseigenschaften hier geringer sind als im unteren Bereich des Pedals.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pedal, insbesondere ein Kupplungspedal zu schaffen, welches eine ausreichende Steifigkeit und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweist, sowie ein Spritzgussverfahren anzugeben, mit welchem eine einfache und wirtschaftliche Herstellung eines solchen Kupplungspedals gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Pedals mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen und mittels eines Verfahrens mit den im Anspruch 3 genannten Merkmalen gelöst.

Dadurch, dass das Pedal einen oberen und einen unteren Bereich aufweist, wobei der obere Bereich mindestens das Lager für die Pedalschwenkachse umfasst und kompakt ausgeführt ist und wobei der untere Bereich mindestens den Trittabschnitt umfasst und ein Hohlprofil aufweist, wird eine optimale, zweigeteilte Geometrieausführung des Pedals erreicht. Der untere Bereich erfüllt die besonderen Anforderungen bezüglich der Aufnahme von Torsions- und Biegebelastungen, während der obere Bereich, welcher in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung Verrippungen aufweist, über eine hohe Maßhaltigkeit in den Funktionsbereichen, welche unter anderem für die Lagerung der Pedalschwenkachse und die Aufnahme der Übertotpunktfeder sowie des Kupplungsgeberzylinders zuständig sind, verfügt.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Pedals umfasst folgende Schritte:

(a) mindestens teilweise Füllung mindestens einer eine Kontur des herzustellenden Pedals zumindest teilweise abbildenden Kavität eines Spritzgießwerkzeugs mit einer Kunststoffschmelze, wobei die Kavität einen ersten Bereich (10), welcher dem zu formenden oberen Bereich des Pedals entspricht, und einen zweiten Bereich (20), welcher dem zu formenden unteren Bereich des Pedals entspricht, aufweist;
(b) Injektion einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die eingebrachte Kunststoffschmelze im zweiten Bereich der Kavität, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze im zweiten Bereich der Kavität entsteht;
(c) Ausbringung der Flüssigkeit aus der Kavität, insbesondere durch Druckentlastung und/oder durch Wirkenlassen der Schwerkraft;
(d) Verfestigenlassen der Kunststoffschmelze bis zur Bildung eines festen Formteils;
(e) Entformen des Formteils aus der Kavität des Spritzgießwerkzeugs,

wobei die Verfahrensschritte (c) und (d) in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchführbar sind.

Durch die Verwendung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, als Injektionsmedium können die bereits oben genannten Vorteile gegenüber der Verwendung von Gas genutzt werden. Besonders hervorzuheben sei dabei die erhöhte Kühlwirkung des Mediums, die erhöhte Schmelzeverdrängung in der Kavität, welche durch die Inkompressibilität des Wassers sichergestellt wird, sowie die geringeren Verfahrenskosten aufgrund der niedrigen Bereitstellungskosten für Wasser. Die Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit dient außerdem zur mechanischen Stabilisierung des Formteils in der Abkühlphase, wobei ungewünschte Folgen der Volumenschwindung wie die Bildung von Einfallstellen und Verzügen unterdrückt werden, indem die Flüssigkeit den abkühlenden Kunststoff an die Wände der Kavität presst.

Insbesondere ist bevorzugt, dass die Kavität nur teilweise mit der Kunststoffschmelze gefüllt wird und die Kunststoffschmelze durch die injizierte Flüssigkeit in den oberen Bereich der Kavität gepresst wird. Hierdurch ist ein sehr praktisches und vollautomatisches Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Pedals gegeben, bei welchem keine überschüssigen Kunststoffreste entsorgt werden müssen. Außerdem erfordert das Verfahren keine zusätzlichen Handlinggeräte und keine Nacharbeit an dem verfahrensgemäß hergestellten Formteil.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Kupplungspedal und
2 bis 6 schematisch Längsschnitte durch das erfindungsgemäße Kupplungspedal in verschiedenen Stadien seiner Herstellung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pedals wird anhand von 1 beschrieben. Ein kompakt ausgeführter, verrippter oberer Pedalbereich 10 umfasst ein Lager 12 für die Pedalschwenkachse, eine Aufnahme 14 der Übertotpunktfeder sowie eine Aufnahme des Kupplungsgeberzylinders 16. Ein unterer Pedalbereich 20 unterhalb einer Bereichsgrenze 18 weist zwei Abknickungen 22 und 24 auf, ist mit einem Hohlprofil ausgeführt und endet in einem als Trittplatte ausgeführtem Trittabschnitt 26, an der im Herstellungsverfahren ein Wasserinjektor 28 ansetzt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der 2 bis 5 beschrieben. 2 zeigt den ersten Verfahrensschritt, in dem eine Spritzeinheit 30 den dem unteren Pedalbereich 20 entsprechenden Bereich der Kavität des Spritzgießwerkzeugs mit einer Kunststoffschmelze füllt. Die Spritzeinheit 30 ist vorzugsweise im Bereich der zu formenden Trittplatte 26 angeordnet, so dass die Kunststoffschmelze in der Kavität von unten bis zur Bereichsgrenze 18 emporsteigt. Vorzugsweise wird ein beispielsweise durch spezielle Farb- und Nukleierungsmittel bezüglich der Oberflächenoptik und Wandstärkenausbildung optimierter Kunststoff aus Polyamid 6 mit 30 bis 50 % Glasfasergehalt verwendet. Die Verarbeitungstemperatur beträgt in diesem Fall vorzugsweise 200 bis 290 °C, die Werkzeugwandtemperatur 60 bis 100 °C.
Nach Abschluss der Füllung wird die Spritzeinheit 30 von der Kavität abgekoppelt. 3 zeigt den zweiten Verfahrensschritt, in dem nach einer Verzögerungszeit von vorzugsweise 1 bis 7 s über den vorzugsweise in einen die Trittplatte ausformenden Schieber integrierten Wasserinjektor 28 druckbeaufschlagtes Wasser am unteren Ende der Kavität injiziert wird, vorzugsweise mit einer Temperatur von 20 bis 80 °C und einem Druck von 10 bis 300 bar. Die durch das Wasser verdrängte Kunststoffschmelze beginnt, den dem oberen Pedalbereich 10 entsprechenden Bereich der Kavität oberhalb der Bereichsgrenze 18 zu füllen. Der Wasserdruck wird vorzugsweise 10 bis 25 s lang aufrechterhalten.
4 zeigt den Zustand nach Abschluss des zweiten Verfahrensschrittes. Die Kunststoffschmelze füllt nun den gesamten dem kompakt auszuführenden oberen Pedalbereich 10 entsprechenden Bereich der Kavität, wohingegen das injizierte Wasser in dem dem mit einem Hohlprofil zu versehenden unteren Pedalbereich 20 entsprechenden Bereich der Kavität die Kunststoffschmelze bis auf die bereits erstarrte Hohlraumwandung verdrängt hat.
5 zeigt als dritten Verfahrensschritt die Ausbringung des Wassers aus der Kavität durch die Wirkung von Druckentlastung und/oder Gravitation. Dabei wird ausgenutzt, dass sich das Wasser durch den Entzug von Wärme aus dem Kunststoff selbst stark erhitzt, wodurch der Druck in der Kavität weiter steigt. Durch das Öffnen des Kanals am Wasserinjektor 28 und der damit verbundenen Angleichung an den Umgebungsdruck verdampft ein Teil des injizierten Wassers und wird aus der Kavität gepresst. Die flüssige Komponente des Wassers, einschließlich des Anteils, welcher durch die fortschreitende Abkühlung an den Hohlkammerwänden kondensiert, fließt unter der Wirkung der Schwerkraft aus dem Kanal am Wasserinjektor 28 ab.
Um die Kühlwirkung des Wassers zu erhöhen, kann nach der Ausformung des Hohlraums eine zweite Injektion von Wasser an einem hier nicht weiter dargestellten Punkt in der Nähe der Bereichsgrenze 18 erfolgen. Dadurch, dass das Wasser auch in diesem Fall über den Kanal des ersten Wasserinjektors 28 abgeführt wird, kommt es nun zu einer Durchspülung der Hohlkammer mit einer effektiven Kühlung der Hohlkammerwände. Die verbleibende Restflüssigkeit wird durch eine Gasspülung der Hohlkammer oder durch das Anlegen eines Vakuums an dieselbe entfernt.
Nach dem Erstarren der Kunststoffschmelze wird das fertige Formteil entformt. Dabei wird der Injektor vorzugsweise mit Hilfe des Schiebers aus der Kavität herausgezogen (6), und das hierdurch entstehende Loch wird mit einer Pedalkappe abgedeckt.
In einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gesamte Kavität des Spritzgießwerkzeugs anfangs mit Kunststoffschmelze gefüllt. Die Injektion von Wasser am unteren Ende der Kavität führt in diesem Fall zu einer Verdrängung von Kunststoffschmelze aus der Kavität in eine mit dieser verbundenen, separaten Nebenkavität. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit der Anwendung des sogenannten Masserückdrückverfahrens, bei welchem das Wasser in einem Bereich nahe der Bereichsgrenze 18 injiziert wird und die Kunststoffschmelze in den Schneckenvorraum der Spritzeinheit 30 verdrängt.

10: oberer Pedalbereich/erster Bereich der Kavität
12: Lager für die Pedalschwenkachse
14: Aufnahme der Übertotpunktfeder
16: Aufnahme des Kupplungsgeberzylinders
18: Bereichsgrenze
20: unterer Pedalbereich/zweiter Bereich der Kavität
22: Abknickung
24: Abknickung
26: Trittplatte/Trittbereich
28: Wasserinjektor
30: Spritzeinheit

Claims

Pedal für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kupplungspedal, aus Kunststoff, mit einem Trittabschnitt (26) und einem Lager für die Pedalschwenkachse (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Pedal einen oberen (10) und einen unteren Bereich (20) aufweist, wobei der obere Bereich (10) mindestens das Lager für die Pedalschwenkachse (12) umfasst und kompakt ausgeführt ist und wobei der untere Bereich mindestens den Trittabschnitt (26) umfasst und ein Hohlprofil aufweist.
Pedal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der obere Bereich Verrippungen aufweist und/oder mindestens ein Drittel der Länge des Pedalarms umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Pedals nach Anspruch 1 nach dem Spritzgießverfahren, mit folgenden Verfahrensschritten: (a) mindestens teilweise Füllung mindestens einer eine Kontur des herzustellenden Pedals zumindest teilweise abbildenden Kavität eines Spritzgießwerkzeugs mit einer Kunststoffschmelze, wobei die Kavität einen ersten Bereich (10), welcher dem zu formenden oberen Bereich des Pedals entspricht, und einen zweiten Bereich (20), welcher dem zu formenden unteren Bereich des Pedals entspricht, aufweist; (b) Injektion einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die eingebrachte Kunststoffschmelze im zweiten Bereich der Kavität, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze im zweiten Bereich der Kavität entsteht; (c) Ausbringung der Flüssigkeit aus der Kavität, insbesondere durch Druckentlastung; (d) Verfestigenlassen der Kunststoffschmelze bis zur Bildung eines festen Formteils; (e) Entformen des Formteils aus der Kavität des Spritzgießwerkzeugs, wobei die Verfahrensschritte (c) und (d) in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchführbar sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität nur teilweise mit der Kunststoffschmelze gefüllt wird und die Kunststoffschmelze durch die injizierte Flüssigkeit in den ersten Bereich der Kavität gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität vollständig mit der Kunststoffschmelze gefüllt wird und dass ein Teil der Kunststoffschmelze durch die injizierte Flüssigkeit in eine Nebenkavität und/oder in einen Schneckenvorraum einer Spritzeinheit (30) gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeit in einen Angusskanal der Kunststoffschmelze injiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung der Flüssigkeit durch das Anlegen eines Vakuums oder durch Ausblasen mit einem Gasmedium unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektion und die Ausbringung der Flüssigkeit in dem gleichen Bereich der Kavität erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektion und die Ausbringung der Flüssigkeit in unterschiedlichen Bereichen der Kavität erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt (b) eine zweite Injektion einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in den zweiten Bereich der Kavität erfolgt, so dass der entstandene Hohlraum durch die eindringende Flüssigkeit gespült wird, wodurch eine erhöhte Kühlung der verbleibenden Schmelze erreicht wird.