DE102005014802A1

DE102005014802A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metallverbundteils, insbesondere eines Karosserieteils für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005014802A1
Application number: DE200510014802
Authority: DE
Inventors: Theodor Stömer; Jochen Holzleitner; Stefan Bauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Karosserieteils für ein Fahrzeug, wobei das Karosserieteil ein Kunststoff-Metallverbundbauteil ist, mit DOLLAR A - einer Halteeinrichtung, die zum Positionieren eines aus Metall hergestellten Karosserieteils vorgesehen ist, DOLLAR A - einem Roboter, der einen beweglich angeordneten Roboterarm aufweist, DOLLAR A - einer Spritzgusseinrichtung, die an dem Roboterarm angeordnet ist und die mittels des Roboterarms an das Karosserieteil heranfahrbar bzw. mittels des Roboterarms von dem Karosserieteil wegfahrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metallverbundbauteils, insbesondere eines Karosserieteils für ein Fahrzeug, gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 3.

Im Fahrzeugkarosseriebau werden bereits seit geraumer Zeit Kunststoff-Metallverbundbauteile eingesetzt. Grundidee hierbei ist es, an ein Metallbauteil, z.B. an ein Strukturbauteil einer Fahrzeugkarosserie, im Spritzgussverfahren Verstärkungelemente, wie z.B. Rippen, Funktionselemente, Clip-Elemente, Schraubflansche u.v.m. anzuspritzen. Hierzu werden die Blechteile üblicherweise in das Formwerkzeug bzw. in die Pressform einer Spritzgusseinrichtung eingelegt und mit Kunststoff hinterspritzt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 29 411 A1 beschrieben. Dieses Verfahren ist gut geeignet zur Herstellung kleiner bis mittelgroßer Metallverbundbauteile. Je größer die verwendeten Metallteile sind, um so aufwändiger und teurer sind die benötigten Spritzgussmaschinen. Die Spritzgussmaschinen arbeiten nämlich üblicherweise mit Spritzdrücken in der Größenordnung von ca. 500 bar, was zur Folge hat, dass die Schließeinheit einer solchen Spritzgussmaschine extrem massiv ausgelegt werden muss. So wäre es z.B. nicht möglich, einen kompletten Seitenrahmen eines Fahrzeugs als Kunststoff-Metallverbundbauteil nach diesem Verfahren herzustellen, da es derzeit keine derart großen Spritzgussmaschinen gibt. Insbesondere für noch größere Bauteile bzw. für eine ganze Fahrzeugkarosserie ist diese "Hybridtechnik" aufgrund der hierfür notwendigen Größe der Spritzgussmaschine nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Metallverbundbauteilen, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugkarosserieteilen zu schaffen, die bzw. das auch für größere Metallteile, die lokal angespritzt bzw. umspritzt werden sollen, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, eine Kunststoffspritzgusseinheit am Arm eines Roboters anzuordnen. Der Begriff „Roboter" ist in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen breit auszulegen. Er umfasst alle geeigneten Roboter bzw. Mehrachssysteme. Die Spritzgusseinheit wird dann mittels des Roboterarms an das Metallbauteil herangefahren. Anschließend wird die Kunststoffmasse an das Metallbauteil angespritzt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird das zu bespritzende bzw. zu umspritzende Metallteil also nicht in eine ortsfest angeordnete Spritzgussmaschine eingelegt, sondern eine vergleichsweise kompakte Spritzgusseinheit wird mittels eines Roboters an die zu bespritzende bzw. zu umspritzende Stelle eines größeren Metallbauteils bzw. eines Teils einer Fahrzeugkarosserie herangefahren. Der "Spritzgussroboter" kann ähnlich wie ein Schweißroboter an bestimmte Stellen einer Rohkarosserie herangefahren werden. Anschließend kann mittels der am Roboterarm angeordneten Spritzgusseinheit eine gewünschte Kunststoffgeometrie an die entsprechende Stelle des Rohkarosserieteils angespritzt werden. Beispielsweise können mechanisch stark belastete Karosseriebereiche durch Anspritzen von Verstärkungskonturen, wie z.B. Versteifungsrippen, versteift werden. Alternativ oder ergänzend dazu können an entsprechenden Stellen Funktionselemente, wie z.B. Halter, Laschen, Clipse, Schraubflansche o.ä. angespritzt werden.

An dem Roboterarm muss nicht notwendigerweise eine komplette "Spritzgussmaschine" angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass an dem Roboterarm lediglich das eigentliche "Spritzgusswerkzeug" angeordnet ist. Der "Rest" der Spritzgussmaschine, d.h. die Elektronik, die Plastifizierungseinheit mit Schneckenförderer, Granulatzufuhr etc. kann ortsfest angeordnet sein und über eine beheizte Verbindungsleitung mit dem eigentlichen Spritzgusswerkzeug verbunden sein. Die Verbindungsleitung ist zumindest abschnittsweise entsprechend flexibel gestaltet.

Sofern der Spritzgussroboter entsprechend steif ausgelegt ist und die einzelnen Komponenten der Spritzgussmaschine nicht zu schwer sind, könnte auch eine gesamte Spritzgussmaschine am Roboterarm angeordnet sein und mittels des Roboterarms an das zu bespritzende bzw. zu umspritzende Metallteil herangefahren werden.

Denkbar ist ferner, völlig ohne "Spritzgusswerkzeug", d.h. ohne Spritzgussformwerkzeug, zu arbeiten. Beispielsweise könnte am Roboterarm lediglich eine Spritzgussdüse angeordnet sein, die über eine Verbindungsleitung mit flüssigem bzw. zähflüssigem Kunststoffmaterial versorgt wird und die Hohlräume eines auszuspritzenden Metallteils ausspritzt. In diesem Fall würde das Metallteil die Funktion eines Spritzgusswerkzeuges im eigentlichen Sinne übernehmen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann auch mit zwei Robotern gearbeitet werden. Das Spritzgusswerkzeug könnte am Arm eines ersten Roboters angeordnet sein. Die "Spritzgusseinheit", welche das Spritzgusswerkzeug mit Kunststoffmaterial versorgt, könnte mittels eines zweiten Roboters an das Spritzgusswerkzeug herangefahren werden.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann man Kunststoff-Formgebungsprozesse in den Rohbauprozess integrieren. Dies ermöglicht Kosteneinsparungen, insbesondere im Logistikbereich. Mit dem beschriebenen Verfahren können Versteifungen, Knotenpunkte, Halterelemente etc. lokal an ein Metallkarosserieteil angespritzt werden, ohne dass eine entsprechend große Spritzgussmaschine benötigt wird, in die das gesamte Metallkarosserieteil eingelegt werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung.
1 zeigt eine Rohkarosserie 1 eines Fahrzeugs. An die Rohkarosserie 1 sollen mittels eines Spritzgussroboters 2 verschiedene Kunststoffkomponenten, wie z.B. Versteifungsrippen, Funktionsteile, wie Halter, Schraubflansche, Clipse etc. angespritzt werden. Bei dem Spritzgussroboter 2 handelt es sich um einen "Knickarm-Roboter". Der Spritzgussroboter 2 weist eine ortsfest angeordnete Basis 3, einen drehbar zur Basis 3 angeordneten Armträger 4 sowie einen Roboterarm auf, der im wesentlichen aus einem ersten Armteil 5, das gelenkig mit dem Armträger 4 verbunden ist und einen zweiten Armteil 6 besteht, das gelenkig mit dem ersten Armteil 5 verbunden ist. An dem zweiten Armteil 6 ist eine Spritzgusseinheit 7 angeordnet. Die Spritzgusseinheit 7 weist ein Spritzgusswerkzeug 8 auf, das im Wesentlichen aus zwei Werkzeughälften 8a, 8b besteht. Die Werkzeughälften 8a, 8b können auseinander und zusammengefahren werden. In der hier gezeigten Stellung umgreifen die beiden Werkzeughälften 8a, 8b einen die beiden A-Säulen der Fahrzeugkarosserie 1 verbindenden Frontscheibenquerträger 9.
Ferner ist eine Plastifizierungseinrichtung 10 vorgesehen, welche auch eine Elektronik (nicht dargestellt) zur Steuerung der Spritzgusseinheit 7 aufweist. Die Plastifizierungseinrichtung 10 enthält eine hier nicht näher dargestellte Granulatzufuhr, eine Plastifizierungsschnecke etc. Die Plastifizierungseinrichtung 10 ist über eine Verbindungsleitung 11, 12, die sich teilweise durch den Roboterarm 5, 6 hindurch erstreckt, mit dem Spritzgusswerkzeug 8 verbunden. Die Verbindungsleitung kann mittels einer hier nicht näher dargestellten Heizeinrichtung beheizt werden. Über die Verbindungsleitung 11, 12 wird dem Spritzgusswerkzeug 8 flüssiger bzw. zähflüssiger Kunststoff zugeführt.
Alternativ zu dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Plastifizierungseinrichtung 10 auch am Roboterarm 5, 6 angeordnet sein, sofern dieser entsprechend belastbar ausgelegt ist.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Karosserieteils für ein Fahrzeug, wobei das Karosserieteil ein Kunststoff-Metallverbundbauteil ist, mit – einer Halteeinrichtung, die zum Positionieren eines aus Metall hergestellten Karosserieteils (9) vorgesehen ist, – einem Roboter (2), der einen beweglich angeordneten Roboterarm (4–6) aufweist, – einer Spritzgusseinrichtung (7), die an dem Roboterarm (4–6) angeordnet ist und die mittels des Roboterarms (4–6) an das Karosserieteil (9) heranfahrbar bzw. mittels des Roboterarms (4–6) von dem Karosserieteil (1) wegfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgusseinrichtung (7) ein Spritzgusswerkzeug (8) aufweist, in welches das Karosserieteil (9) eingebracht werden kann und welches dazu vorgesehen ist, Kunststoff an das Karosserieteil (9) anzuspritzen, wobei das Spritzgusswerkzeug (8) an dem Roboterarm (4–6) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Karosserieteils (9) für ein Fahrzeug (1), wobei das Karosserieteil (9) ein Kunststoff-Metallverbundbauteil ist, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen und Positionieren eines aus Metall hergestellten Karosserieteils (9), – Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs (8), – Öffnen des Spritzgusswerkzeugs (8), – Einbringen des Karosserieteils (9) in das Spritzgusswerkzeug (8), – Schließen des Spritzgusswerkzeugs (8), – Einspritzen von Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug (8) bzw. Anspritzen von Kunststoff an das in das Spritzgusswerkzeug (8) eingebrachte Karosserieteil (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug (8) an einem Arm (4–6) eines Roboters (2) angeordnet ist, wobei das Karosserieteil (9) dadurch in das Spritzgusswerkzeug (8) eingebracht wird, dass der Roboter (2) das geöffnete Spritzgusswerkzeug (8) an das Karosserieteil (9) heranfährt.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (9) während des Spritzgussvorgangs ortsfest positioniert ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (9) ein Teil bzw. ein Teilabschnitt einer Rohkarosserie (1) eines herzustellenden Fahrzeugs ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (9) bzw. die Rohkarosserie (1) während des Spritzgussvorgangs ortsfest auf einer Fördereinrichtung positioniert ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plastifiziereinrichtung (10) vorgesehen ist, in der Kunststoffrohmaterial zu flüssigem oder zähflüssigem Kunststoff aufgeschmolzen wird, wobei die Plastifiziereinrichtung (10) über eine Verbindungsleitung (11, 12) mit einer Einspritzöffnung des Spritzgusswerkzeugs (8) verbunden ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinrichtung (10) ebenfalls an dem Roboterarm (4–6) angeordnet ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinrichtung (10) ortsfest angeordnet ist und über eine zumindest abschnittsweise flexibel gestaltete Verbindungsleitung (11, 12) mit dem am Roboterarm (4–6) angeordneten Spritzgusswerkzeug (8) verbunden ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (11, 12) beheizbar ist.
Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (2) ein Knickarm-Roboter ist.