DE102004059021A1

DE102004059021A1 - Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil und Kunststoffteil mit wenigstens einer so hergestellten Versteifungsstruktur

Info

Publication number: DE102004059021A1
Application number: DE102004059021A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr. Wolf; Nenad Dr. Cvjeticanin
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil, bei dem der Kunststoff des Kunststoffteils bereichsweise von einer Vielzahl von jeweils einen Hinterschnitt darbietenden Randbereichen oder Vorsprüngen eines ansonsten flächenhaften Versteifungselements der Versteifungsstruktur derart gehalten wird, daß eine an das Kunststoffteil angelegte Biegekraft über die Versteifungsstruktur in eine Schub-/Druckkraft umgewandelt wird, und ein Kunststoffteil mit wenigstens einer so hergestellten Versteifungsstruktur.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil und ein Kunststoffteil mit wenigstens einer so hergestellten Versteifungsstruktur.
Im Stand der Technik wird die Steifigkeit von Kunststoffteilen zum Beispiel durch Erhöhung der Wanddicke vergrößert. Dies ist aber nur bis zu bestimmten Wanddicken möglich. Weiterhin ist es bekannt, die Steifigkeit durch Verrippungen zu erhöhen. Dafür ist aber zusätzlicher Raum erforderlich, der nicht immer zur Verfügung steht.
Auch ist das Kombinieren mit einem weiteren Material bei Kunststoffteilen zur Steigerung der Steifigkeit bekannt. Das weitere Material kann entweder ein härterer Kunststoff oder aber auch eine Metalleinlage sein. Metalleinlagen werden herkömmlicherweise in Form von Platten oder Stäben in Kunststoffteile eingebettet. Dennoch besteht weiterhin das Bedürfnis, auf einfache Weise Kunststoffteile steifer zu gestalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil bereitzustellen, bei dem die Steifigkeit weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil, bei dem der Kunststoff des Kunststoffteils bereichsweise von einer Vielzahl von jeweils einen Hinterschnitt darbietenden Randbereichen oder Vorsprüngen eines ansonsten flächenhaften Versteifungselements der Versteifungsstruktur derart gehalten wird, daß eine an das Kunststoffteil angelegte Biegekraft über die Versteifungsstruktur in eine Schub-/Druckkraft umgewandelt wird.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Versteifungselement durch ein Raspelblech mit einer Vielzahl von Stanzlöchern und am Umfang der Stanzlöcher bereitgestellten, Vorsprünge bildenden Randbereichen oder aus einer Platte, vorzugsweise aus einem Blech, durch Einbringung von Öffnungen, insbesondere in Form von Stanzlöchern, und Ausformung von Randbereichen oder Vorsprüngen benachbart zu den Öffnungen gebildet wird.

Mit der Erfindung wird dabei auch vorgeschlagen, daß im Bereich der in die Platte einzubringenden Stanzlöcher zuerst Stanzlinien in die Platte eingebracht und entlang dieser die Randbereiche oder Vorsprünge zumindest bereichsweise begrenzenden Stanzlinien dann Material der Platte bereichsweise umgebogen, ausgerissen oder weggebrochen wird, um die Stanzlöcher samt Randbereiche oder Vorsprünge zu bilden.

Dabei kann vorgesehen sein, daß im Bereich jedes in die Platte einzubringenden Stanzloches zumindest zwei sich kreuzende Stanzlinien eingebracht werden, um zumindest vier Randbereiche oder Vorsprünge auszuformen.

Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im Bereich jedes in die Platte einzubringenden Stanzloches Material der Platte entfernt wird, vorzugsweise mittels einer Ausstanzung, um eine Ausnehmung, insbesondere mittig in dem dazu gehörigen Stanzloch, anzuordnen.

Dabei kann wiederum vorgesehen sein, daß die Ausnehmung und die Stanzlinien pro Stanzloch in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.

Manche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in Form eines Kreises oder Vieleckes ausgebildet wird.

Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, daß das Versteifungselement mit seinen Randbereichen oder Vorsprüngen in ein Werkzeug eingelegt und anschließend mit Kunststoff umspritz oder umblasen wird, oder ein flächenhaftes Kunststoffelement bereitgestellt und das Versteifungselement mit seinen dem Kunststoffelement zugewandten Randbereichen oder Vorsprüngen auf das Kunststoffelement flächig aufgedrückt wird.

Ferner kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, daß das Versteifungselement auf einer ersten Seite und das Kunststoffelement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweite Seite des Kunststoffteils angeordnet werden.

Auch wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die sich von einem flächenhaften Teil des Versteifungselements wegerstreckenden Randbereiche oder Vorsprünge jeweils mit einer Länge d₁, die kleiner als die Dicke d₂ des Kunststoffteils, vorzugsweise kleiner als die Dicke d'₂ des Kunststoffelements, gewählt wird, hergestellt werden.

Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Breite b jedes Stanzloches, die von der Länge der Stanzlinien bestimmt wird und/oder zumindest 2d₁ beträgt, so gewählt wird, daß kein Kunststoff beim Herstellen der Einheit aus dem Versteifungselement und dem Kunststoffelement über ein Stanzloch hindurch auf die erste Seite gelangt.

Mit der Erfindung wird auch ein Kunststoffteil mit wenigstens einer Versteifungsstruktur geliefert, die eine Vielzahl von Stanzlöchern sowie Randbereichen und Vorsprüngen aufweist, und zwar in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Randbereiche oder Vorsprünge begrenzt sind durch Stanzlinien, wobei insbesondere über die Bemaßung und Geometrie dieser Stanzlinien die Steifigkeit des Kunststoffteiles einstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von zumindest einer Materialeigenschaft, insbesondere der Fließfähigkeit des Kunststoffs und/oder die elastischen Konstanten des Versteifungselements, und der Bemaßung, insbesondere Dicke, des Kunststoffteils.

Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Stanzlinien erste Stanzlinien, die die Randbereiche oder Vorsprünge seitlich begrenzen, umfassen, wobei die Stanzlinien zudem vorzugsweise zweite Stanzlinien, die die Randbereiche oder Vorsprünge an ihren freien Enden begrenzen, umfassen.

Auch kann vorgesehen sein, daß benachbarte Randbereiche oder Vorsprünge unterschiedliche Krümmungen aufweisen, insbesondere in einer Ebene die Randbereiche oder Vorsprünge abwechselnd entgegengesetzte Krümmungen aufweisen.

Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß jedes Stanzloch im wesentlichen viereckig ist, und zwei erste Stanzlinien vorgesehen sind, die sich im wesentlichen senkrecht zueinander erstrecken und sich kreuzen, wobei jede erste Stanzlinie sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Ecken des Vierecks des dazugehörigen Stanzlochs erstreckt.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Versteifungsstruktur in einem Bereich angeordnet ist, der starken Pulsationseinflüssen ausgesetzt ist.

Schließlich wird erfindungsgemäß auch vorgeschlagen, daß das Kunststoffteil Bestandteil einer Ansaugleitung oder eines Luftfiltergehäuses eines Kraftfahrzeuges ist.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein Kunststoffteil insbesondere in Bereichen, in denen es starken Pulsationseinflüssen ausgesetzt wird, mit einer Versteifungsstruktur ausgerüstet werden kann, über die Biegebewegungen in Schubbewegungen umgewandelt werden. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Kunststoffteil bereichsweise von einem grundsätzlich flächenhaften Versteifungselement umgriffen wird, das eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die klammerartig in ein Kunststoffelement des Kunststoffteils eingreifen, so daß durch Anlegen einer Biegekraft an die Einheit aus Versteifungselement und Kunststoffelement eine Kraftübertragung über die Vorsprünge zu einer seitlichen Verschiebung des Kunststoffmaterials führt, wobei bei Anordnung einer Vielzahl von mit abwechselnder Krümmung ausgeführten Vorsprüngen die entsprechenden Verschiebungen zudem zumindest teilweise kompensiert werden.

Der Begriff "flächenhaft" ist im Rahmen dieser Anmeldung im breitesten Sinne zu verstehen. Beispielsweise kann er auch winkelförmige und gewölbte Flächen umfassen.

Vorteilhafterweise läßt sich durch die Geometrie des Versteifungselements die Elastizität bzw. Steifigkeit des Kunststoffteils einstellen. Wird das Versteifungselement in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, so läßt sich insbesondere über die Anzahl und Orientierung von Stanzlinien und/oder die Umformung des Materials des Versteifungselements im Bereich der Stanzlinien eine gewünschte Struktur mit Stanzlöchern samt Randbereichen oder Vorsprüngen herstellen, die das elastische Verhalten des Kunststoffteils durch ihren Eingriff mit dem Kunststoff bestimmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der drei Ausführungsbeispiele anhand einer schematischen Zeichnung beispielhaft erläutert wird. Dabei zeigt:
1a eine Teilschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Kunststoffteil mit einer Versteifungsstruktur;
1b eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Versteifungselement für das Kunststoffteil gemäß 1a, von der Seite eines Kunststoffelements des Kunststoffteils her gesehen;
1c eine perspektivische Ansicht des Versteifungselements von 1b;
2a und 2b Draufsichten auf einen Teil eines Verstärkungselements nach einer alternativen Ausführungsform desselben, während der Herstellung des Versteifungselements; und
3a und 3b Draufsichten auf einen Teil eines Versteifungselements nach einer weiteren alternativen Ausführungsform desselben, während der Herstellung des Versteifungselements.
1a zeigt eine Schnittansicht eines flächenhaften Kunststoffteils 10 mit einer Versteifungsstruktur in Form einer Einheit aus einem Kunststoffelement 11 und einem ein Versteifungselement darstellenden dünnwandigen Raspelblech 12 zur Erhöhung der Steifigkeit des Kunststoffteils 10. Das Raspelblech 12 weist eine Vielzahl von Stanzlöchern 14 mit scharfkantigen Randbereichen 16 auf. Die Stanzlöcher 14 sind zumindest bereichsweise mit dem Kunststoff des Kunststoffteils 10 gefüllt.
In den 1b und 1c ist die genaue Struktur des Raspelbleches 12, aus der Sicht des Kunststoffelements 11, zu entnehmen. Danach sind im Bereich jedes Stanzloches 14 zwei sich kreuzende Stanzlinien 13a, 13b angeordnet, die die Vorsprünge bildenden Randbereiche 16 begrenzen, so daß in jedem Stanzloch 14 vier Vorsprünge oder Randbereiche 16 angeordnet sind. Die Randbereiche oder Vorsprünge 16 weisen jeweils eine Krümmung auf, wobei zwei benachbarte Randbereiche oder Vorsprünge 16 entgegengesetzte Krummungen aufweisen, wie wiederum schön in 1a zu sehen ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Krümmungen der Vorsprünge oder Randbereiche 16 bilden dieselben scharfkantige Klammern für das Kunststoffelement 11.
Durch diese klammerartigen Vorsprünge oder Randbereiche 16 wird eine an das Kunststoffteil 10 angelegte Biegekraft in eine Flächenbewegung und damit Schub-/Zugbewegung um gewandelt. Damit wird eine Durchbiegung des Kunststoffteils 10 deutlich erschwert, also seine Steifigkeit erhöht.
Das Kunststoffteil 10 mit dem Raspelblech 12 kann dadurch hergestellt werden, daß entweder das Raspelblech 12 in ein Werkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt oder umblasen wird, oder zuerst das Kunststoffelement 11 hergestellt und nachfolgend das Raspelblech 12 mit seinen zum Kunststoffelement 11 gewandten scharfkantigen Vorsprüngen oder Randbereichen 16 auf das fertige Kunststoffelement 11 gedrückt wird.
Anstelle des Einsatzes eines Raspelblechs 12 kann die Verstärkungsstruktur bzw. Versteifungsstruktur auch aus einer Blechplatte 12', 12'' hergestellt werden, indem Stanzlöcher 14', 14'' und Vorsprünge oder Randbereiche 16', 16'', wie mit Bezug auf die 2a bis 3b im Anschluß beschrieben, hergestellt werden:
Wie in 2a zu sehen ist, werden im Bereich eines späteren Stanzloches 14' in die Blechplatte 12' zuerst zwei Stanzlinien 13'a und 13'b, die sich kreuzen, eingebracht. Entlang dieser Stanzlinien 13'a, 13'b kann die Blechplatte 12' bereichsweise umgebogen, ausgerissen oder durchbrochen werden, so daß vier Vorsprünge oder Randbereiche 16', von denen einer in 2b dargestellt und durch Abschnitte der Stanzlinien 13'a und 13'b begrenzt ist, gebildet. Die Vorsprünge oder Randbereiche 16' stellen dann scharfkantige Hinterschnitte dar.
Die Ausführungsform der 3a und 3b unterscheidet sich insofern von der gemäß den 2a und 2b, als daß zusätzlich eine Ausstanzung 15'' innerhalb des späteren Stanzloches 14'' durchgeführt wird, so daß die Vorsprünge oder Randbereiche 16'' nicht nur durch Abschnitte der Stanzlinien 13''a, 13''b, sondern jeweils auch durch einen Abschnitt der Ausstanzung 15'' begrenzt werden. So können die Randbereiche 16'' mit jeweils gewünschten Strukturen versehen und auch verkürzt werden, so daß das aus einer Blechplatte 12'' gebildetes Versteifungselement auch in dünnen Kunststoffelementen zum Einsatz kommen kann.
Der Grad der Versteifung eines Kunststoffteils 10 durch ein Versteifungselement, wie in Form eines Raspelbleches 12 oder einer wie zuvor beschrieben bearbeiteten Blechplatte 12', 12'', mit einer Vielzahl von, insbesondere herausgebrochenen, Vorsprüngen oder Randbereichen 16', 16'' im Bereich von Löchern 14, 14', 14'', läßt sich durch die Bemaßung des Versteifungselements einstellen, nämlich durch die Breite b der Löchern 14, 14', 14'', der Länge d₁ der Randbereiche 16, 16', 16'' in Bezug auf das verwendete Kunststoffmaterial sowie die Höhe d'₂ des Kunststoffelements 11 und/oder d₂ des Kunststoffteils, siehe 1a. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Breite b ≥ 2d₁ so zu wählen ist, daß kein Kunststoff des Kunststoffelements 11 aus den Ausstanzungen 14, 14', 14'' komplett hindurchtreten kann, so daß sichergestellt ist, daß das Versteifungselement 12, 12', 12'' auf einer ersten Seite des Endproduktes und das Kunststoffelement 11 auf einer zweiten Seite des Endproduktes, das als Kunststoffteil 10 beispielsweise Teil einer Ansaugleitung oder eines Luftfilter eines Kraftfahrzeuges sein kann, angeordnet sind. Zudem ist zu berücksichtigen, daß die Länge d₁ der Vorsprünge oder Randbereiche 16, 16', 16'' kleiner als die Höhe d₂ des Kunststoffteils 10, insbesondere kleiner als die Höhe d'₂ des Kunststoffelements 11, sein muß.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

10: Kunststoffteil
11: Kunststoffelement
12: Raspelblech
12', 12'': Blechplatte
13a, 13b, 13'a, 13'b, 13''a, 13''b: Stanzlinie
14, 14', 14'': Stanzloch
15'': Ausstanzung
16, 16', 16'': Randbereich

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstruktur in einem Kunststoffteil, bei dem der Kunststoff des Kunststoffteils bereichsweise von einer Vielzahl von jeweils einen Hinterschnitt darbietenden Randbereichen oder Vorsprüngen eines ansonsten flächen haften Versteifungselements der Versteifungsstruktur derart gehalten wird, daß eine an das Kunststoffteil angelegte Biegekraft über die Versteifungsstruktur in eine Schub/Druckkraft umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement durch ein Raspelblech mit einer Vielzahl von Stanzlöchern und am Umfang der Stanzlöcher bereitgestellten, Vorsprünge bildenden Randbereichen oder aus einer Platte, vorzugsweise aus einem Blech, durch Einbringung von Öffnungen, insbesondere in Form von Stanzlöchern, und Ausformung von Randbereichen oder Vorsprüngen benachbart zu den Öffnungen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der in die Platte einzubringenden Stanzlöcher zuerst Stanzlinien in die Platte eingebracht und entlang dieser die Randbereiche oder Vorsprünge zumindest bereichsweise begrenzenden Stanzlinien dann Material der Platte bereichsweise umgebogen, ausgerissen oder weggebrochen wird, um die Stanzlöcher samt Randbereiche oder Vorsprünge zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich jedes in die Platte einzubringenden Stanzloches zumindest zwei sich kreuzende Stanzlinien eingebracht werden, um zumindest vier Randbereiche oder Vorsprünge auszuformen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich jedes in die Platte einzubringenden Stanzloches Material der Platte entfernt wird, vorzugsweise mittels einer Ausstanzung, um eine Ausnehmung, insbesondere mittig in dem dazu gehörigen Stanzloch, anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung und die Stanzlinien pro Stanzloch in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in Form eines Kreises oder Vieleckes ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement mit seinen Randbereichen oder Vorsprüngen in ein Werkzeug eingelegt und anschließend mit Kunststoff umspritz oder umblasen wird, oder ein flächenhaftes Kunststoffelement bereitgestellt und das Versteifungselement mit seinen dem Kunststoffelement zugewandten Randbereichen oder Vorsprüngen auf das Kunststoffelement flächig aufgedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement auf einer ersten Seite und das Kunststoffelement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweite Seite des Kunststoffteils angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich von einem flächenhaften Teil des Versteifungselements wegerstreckenden Randbereiche oder Vorsprünge jeweils mit einer Länge d₁, die kleiner als die Dicke d₂ des Kunststoffteils, vorzugsweise kleiner als die Dicke d'₂ des Kunststoffelements, gewählt wird, hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite b jedes Stanzloches, die von der Länge der Stanzlinien bestimmt wird und/oder zumindest 2d₁ beträgt, so gewählt wird, daß kein Kunststoff beim Herstellen der Einheit aus dem Versteifungselement und dem Kunststoffelement über ein Stanzloch hindurch auf die erste Seite gelangt.
Kunststoffteil (10) mit wenigstens einer Versteifungsstruktur (12, 12', 12''), die eine Vielzahl von Stanzlöchern (14, 14', 14'') sowie Randbereichen oder Vorsprüngen (16, 16', 16'') aufweist, hergestellt in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kunststoffteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche oder Vorsprünge (16, 16', 16'') begrenzt sind durch Stanzlinien (13a, 13b, 13'a, 13'b, 13''a, 13''b, 15''), wobei insbesondere über die Bemaßung und Geometrie dieser Stanzlinien die Steifigkeit des Kunststoffteiles (10) einstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von zumindest einer Materialeigenschaft, insbesondere der Fließfähigkeit des Kunststoffs und/oder die elastischen Konstanten des Versteifungselements, und der Bemaßung, insbesondere Dicke, des Kunststoffteils (10).
Kunststoffteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzlinien erste Stanzlinien (13a, 13b, 13'a, 13'b, 13''a, 13''b), die die Randbereiche oder Vorsprünge (16, 16', 16'') seitlich begrenzen, umfassen, wobei die Stanzlinien zudem vorzugsweise zweite Stanzlinien (15''), die die Randbereiche oder Vorsprünge (16'') an ihren freien Enden begrenzen, umfassen.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Randbereiche oder Vorsprünge (16, 16', 16'') unterschiedliche Krümmungen aufweisen, insbesondere in einer Ebene die Randbereiche oder Vorsprünge (16, 16', 16'') abwechselnd entgegengesetzte Krümmungen aufweisen.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stanzloch (14, 14', 14'') im wesentlichen viereckig ist, und zwei erste Stanzlinien (13a, 13b, 13'a, 13'b, 13''a, 13''b) vorgesehen sind, die sich im wesentlichen senkrecht zueinander erstrecken und sich kreuzen, wobei jede erste Stanzlinie (13a, 13b, 13'a, 13'b, 13''a, 13''b) sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Ecken des Vierecks des dazugehörigen Stanzlochs (14, 14', 14'') erstreckt.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsstruktur (12, 12', 12'') in einem Bereich angeordnet ist, der starken Pulsationseinflüssen ausgesetzt ist.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil (10) Bestandteil einer Ansaugleitung oder eines Luftfiltergehäuses eines Kraftfahrzeuges ist.