DE102006016669A1

DE102006016669A1 - Werkzeug und Verfahren zur Herstellung eines mit Kunststoff hinterspritzten Bauteils

Info

Publication number: DE102006016669A1
Application number: DE200610016669
Authority: DE
Inventors: Helmut Wagner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-08
Filing date: 2006-04-08
Publication date: 2007-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug (1) zum Herstellen eines Bauteils (2, 2'), das einen Grundkörper (3, 3') und einen an den Grundkörper (3, 3') angeformten Kunststoffkörper (4, 4') aufweist. Der Grundkörper (3, 3') wird durch einen Schneidstempel (6, 6') einer Stanzvorrichtung aus einem Bandmaterial (14) ausgestanzt. Der Kunststoffkörper (4, 4') wird in einem zwischen einem Spritzgießgesenk (22, 22') an den Grundkörper (3, 3') angeformt. Erfindungsgemäß wird der Kunststoffkörper (4, 4') an das Bandmaterial (14) angeformt, bevor der Grundkörper (3, 3') ausgestanzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, das einen Grundkörper und einen an den Grundkörper angeformten Kunststoffkörper aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 43 26 626 A1 als bekannt hervorgeht.
In der Automobilindustrie kommen verbreitet Bauteile zum Einsatz, die durch einen mit einem Kunststoff hinterspritzten Grundkörper gebildet werden. Der Grundkörper ist hierbei vielfach ein ebenes oder dreidimensional geformtes flächiges Kunststoff- oder Metallblechteil. Ein Beispiel eines solchen hinterspritzten Bauteils ist ein Aluminiumblechteil, das mit ABS hinterspritzt wird und als Zierteil verwendet wird. Herkömmlicherweise wird zur Herstellung eines solchen Bauteils der Grundkörper zunächst mit dem Kunststoffmaterial hinterspritzt und anschließend umlaufend oder partiell durch nachträgliches Fräsen oder Stanzen bearbeitet und in seine endgültige Kontur gebracht. Dies ist aufwendig und kostenintensiv. Es besteht daher ein großer Bedarf an einer Reduktion der Prozessschritte, die zur Herstellung eines solchen hinterspritzten und randseitig beschnittenen Bauteils notwendig sind.
Die DE 43 26 626 A1 zeigt ein Werkzeug zum Herstellen von Kunststoffteilen, die ein Folienteil und einen an das Folienteil angespritzten Kunststoffkörper aufweisen. Das Werkzeug umfasst eine Stanzvorrichtung mit einem Schneidstempel zum Ausstanzen des Folienteils aus einer Materialbahn. Weiterhin umfasst das Werkzeug eine Spritzgießvorrichtung mit einem Spritzgießgesenk, in der das ausgestanzte Folienteil mit Kunststoff hinterspritzt wird. Das in der DE 43 26 626 A1 beschriebene Verfahren sieht vor, dass das Folienteil von der Stanzvorrichtung ausgestanzt und anschließend von der Stanzvorrichtung in das Spritzgießgesenk eingelegt wird, so dass das Anformen des Kunststoffkörpers an das Folienteil im gleichen Werkzeug wie das Stanzen erfolgt. Auf diese Weise sollen Handlingskosten, die durch das Einlegen der Folienteile entstehen, reduziert und falsches Einlegen vermieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der DE 43 26 626 A1 bekannte Verfahren und Werkzeug zur Herstellung von Bauteilen mit einem Grundkörper und einem an den Grundkörper angeformten Kunststoffkörper weiter zu entwickeln, um die Herstellung solcher Bauteile weiter zu vereinfachen und die Werkzeug- und Handlingskosten weiter zu reduzieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
Danach erfolgt das Ausstanzen bzw. randseitige Beschneiden in demselben Werkzeug, in dem der Kunststoffkörper angeformt wird, und zwar nach Abschluss des Spritzgießprozesses. Hierfür kommt ein Werkzeug mit einer Stanzvorrichtung zum Einsatz, deren Schneidstempel im Bereich seiner Stirnfläche mit einer Aussparung versehen ist. Wird der Schneidstempel auf einen Rohling (bzw. eine Materialbahn) abgesenkt, aus der der Grundkörper ausgestanzt bzw. ausgeschnitten werden soll, so wird zwischen der Aussparung des Schneidstempels und dem Rohling (bzw. der Materialbahn) ein Hohlraum gebildet, in den fließfähige Kunststoffmasse zur Bildung des Kunststoffkörpers eingespritzt werden kann. Das Spritzgießgesenk stellt daher Teil des Stanzwerkzeugs dar, so dass das Bauteil in einem kombinierten Spritzgieß-/Stanzwerkzeug hergestellt wird. Dabei wird der Kunststoffkörper an den Rohling bzw. die Materialbahn des Grundkörpers angeformt, bevor der Grundkörper aus dem Rohling bzw. der Materialbahn ausgestanzt wird. Auf diese Weise entfällt eine lagegenaue Positionierung des ausgestanzten Grundkörpers im Spritzgießwerkzeug. Dies führt zu Kosteneinsparungen aufgrund einer Reduktion der Arbeitsgänge, insbesondere durch Wegfall einer mehrfachen Handhabung der Teile.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Materialbahn mit dem Schneidstempel vorgestanzt, bevor Kunststoff in den Hohlraum zwischen Schneidstempel und Materialbahn eingespritzt wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ein geschlossener Hohlraum gebildet wird, auch wenn die umlaufende Schneidkante des Schneidstempels Toleranzen bzw. Höhenunterschiede aufweist. Nach dem lokalen Hinterspritzen der Materialbahn mit einer fließfähigen Kunststoffmasse und Aushärtung des angespritzten Kunststoffkörpers wird die Materialbahn vollständig durchgestanzt und dabei das hinterspritzte Bauteil aus der Materialbahn herausgelöst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schneidstempel ringförmig von einer Stempelführung umgeben, die gemeinsam mit dem Schneidstempel auf die Materialbahn abgesenkt werden kann. In diesem Fall wird der Hohlraum zum Anspritzen des Kunststoffkörpers zwischen der Materialbahn, dem Schneidstempel und der Stempelführung gebildet. Nach dem Aushärten der fließfähigen Kunststoffmasse stanzt aus der Materialbahn und dem an die Materialbahn angespritzten Kunststoffkörper das Bauteil aus.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1a, 1b Bauteile, die aus einem Grundkörper und einem an den Grundkörper angeformten Kunststoffkörper bestehen;
2a–2c einen Verfahrensablauf zur Herstellung des Bauteils der 1a durch kombiniertes Spritzgießen und Ausstanzen in einem gemeinsamen Werkzeug;
3 ein Werkzeug zur Herstellung des Bauteils der 1b.
1a zeigt ein Bauteil 2, das aus einem flächigen Grundkörper 3 und einem an den Grundkörper 3 angeformten Kunststoffkörper 4 besteht. Der Grundkörper 3 wird aus einem bandförmigen Material, beispielsweise einer Kunststofffolie oder einem Metallblech, ausgestanzt. Der angeformte Kunststoffkörper 4 wird erzeugt, indem der Grundkörper 3 einseitig mit einem fließfähigen Kunststoff hinterspritzt wird, der nach dem Aushärten bzw. Abkühlen den Kunststoffkörper 4 bildet.
Zur Herstellung des Bauteils 2 wird ein Werkzeug 1 verwendet, das eine Kombination der Prozessschritte des Stanzens und des Hinterspritzens ermöglicht. Das Werkzeug 1 ist in 2a im geöffneten Zustand gezeigt. Das Werkzeug 1 umfasst eine auf einem (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Pressentisch gelagerte Matrize 5 und einen Schneidstempel 6, der an einem (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Stößel einer Presse befestigt ist. Der Schneidstempel weist eine als Schneidkante 7 ausgestaltete, ringförmig geschlossene Außenkontur auf, deren Form der Außenberandung 8 des Grundkörpers 3 des Bauteils 2 angepasst ist; Matrize 5 und Schneidstempel 6 gemeinsam bilden also ein Stanzwerkzeug, mit dem der Bauteil-Grundkörper 3 aus einer Materialbahn 14 ausgeschnitten wird. Die Matrize 5 umgibt ringförmig einen federgelagerten (oder gesteuert verschiebbaren) Auswerfer 9, dessen Stirnfläche 10 während des Ausstanzens und Hinterspritzens des Grundkörpers 3 die Sichtseite 11 des Bauteils 2 aufnimmt.
Der Schneidstempel 6 weist in dem von den Schneidkanten 7 umgebenen Innenraum eine Aussparung 12 auf, deren Kontur der dreidimensionalen Außenkontur 13 des Kunststoffkörpers 4 des Bauteils 2 angepasst ist. In diese Aussparung 12 mündet ein (in 2 nicht gezeigter) Kanal, über den fließfähige Kunststoffmasse in die Aussparung 12 eingespritzt werden kann.
Zur Herstellung des Bauteils 2 wird zunächst die Materialbahn 14 mit Hilfe einer in den Figuren nicht dargestellten Vorschubvorrichtung so im Werkzeug 1 positioniert, dass ein auszustanzender Bereich unter dem Schneidstempel 6 zu liegen kommt. Beim Absenken des Schneidstempels 6 dringen die Schneidkanten 7 randseitig in die Materialbahn 14 ein und bewirken ein Vorstanzen der Außenkontur 8 des Bauteil-Grundkörpers 3. Der innerhalb der Außenkontur 8 befindliche Bereich 15 der Materialbahn 14 wird dabei – wie in 2b angedeutet – entgegen der Federkraft des Auswerfers 9 um einen Vorstanztiefe 16 abgesenkt, wobei die Vorstanztiefe 16 geringer ist als die Wandstärke 17 der Materialbahn 14. Durch dieses Vorstanzen wird zwischen einer Kontaktfläche 18 auf dem Grundkörper 3 und der Innenwandung der Aussparung 12 im Schneidstempel 6 ein geschlossener Hohlraum 19 geschaffen. In diesen wird im nächsten Prozessschritt fließfähiges Kunststoffmaterial eingespritzt, welches nach dem Aushärten bzw. Abkühlen den an den Grundkörper 3 angeformten Kunststoffkörper 4 bildet. Die Aussparung 12 des Schneidstempels 6 stellt somit Teil eines Spritzgießgesenks 22 dar. Nach der Verfestigung des Kunststoffkörpers wird der Schneidstempel 6 entgegen der Federkraft des Auswerfers 9 so weit abgesenkt, dass die Schneidkanten 7 den Rand des Grundkörpers 3 vollständig ausstanzen und das Bauteil 2 damit aus der Materialbahn 14 herausgelöst wird. Beim Öffnen des Werkzeugs 1 wird das fertige Bauteil 2 dann durch die Federkraft des Auswerfers 9 aus der Matrize 5 hinausgedrückt.
3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Werkzeugs 1'. Dieses Werkzeug 1' eignet sich insbesondere für die Herstellung von Bauteilen 2' der in 2b dargestellten Form, die einen Kunststoffkörper 4' aufweisen, der sich bis an den Rand 8' des Grundkörpers 3' erstreckt. Alle Komponenten, die dem Ausführungsbeispiel der 1a und 2 entsprechen, wurden dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in diesen Figuren bezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Schneidstempel 6' von einer ringförmigen Stempelführung 20 umgeben. Nach dem Zuführen eines neuen Abschnitts der Materialbahn 14 wird der Schneidstempel 6' zusammen mit der ihn umgebenden Stempelführung 20 auf die Materialbahn 14 abgesenkt, bis ein ringförmiger Steg 21 im Stirnbereich der Stempelführung 20 umlaufend auf der Materialbahn 14 aufliegt. Der Schneidstempel 6' ist dabei in einer solchen Weise gegenüber der Stempelführung fixiert, dass zwischen der dem Schneidstempel 6' zugewandten Oberfläche 18' der Materialbahn 14, der Stempelführung 20 und der Aussparung 12' im Schneidstempel 6' ein geschlossener Hohlraum 19' gebildet wird, dessen Volumen/Kontur dem Volumen/Kontur des anzuspritzenden Kunststoffkörpers 2 entspricht. Der Steg 21 der Stempelführung und die Aussparung 12' des Schneidstempels 6' bilden somit gemeinsam ein Spritzgießgesenk 22', das mit der Oberfläche 18' der Materialbahn 14 zusammenwirkt, um den geschlossenen Hohlraum 19' zu bilden. Nach dem Aushärten/Abkühlen des Kunststoffs verbleibt die Stempelführung 20 in der in 3 gezeigten Lage, während der Schneidstempel 6' entgegen der Druckkraft des Auswerfers 9 weiter abgesenkt wird; dabei durchtrennt eine randseitig an der Stirnfläche des Schneidstempels 6' vorgesehene Schneidkante 7' den ausgehärteten Kunststoff und die Materialbahn 14 und stanzt das Bauteil 2' entgegen der Auswerferkraft aus.
Die auf diese Weise hergestellten Bauteile 2, 2' kommen beispielsweise als Zierteile oder als Abdeckteile im Interieurbereich in der Automobilindustrie zum Einsatz.
In den 2 und 3 ist als Ausgangsmaterial für den Grundkörper 3, 3' ein flächiges Materialband 14 mit gleichförmiger Wandstärke 17 gezeigt. Ganz allgemein kann der Grundkörper jedoch auch aus einem beliebig geformten Rohling herausgetrennt werden, der manuell oder über eine Einlegevorrichtung in das kombinierte Stanz- und Spritzgießwerkzeug eingelegt wird. Dann muss die Stirnfläche 10 des Auswerfers 9 in einer solchen Weise gestaltet sein, dass der Rohling mit seiner dem Auswerfer 9 gegenüberliegenden Sichtseite 11 lagegenau im Auswerfer 9 aufgenommen und ausgerichtet ist. Wird der Rohling vorgestanzt (vgl. 2b), so muss die lokale Vorstanztiefe umlaufend geringer sein als die lokale Materialstärke des Rohlings. Als Rohlinge können insbesondere Umform- oder Prägeteile verwendet werden.

Claims

Werkzeug zum Herstellen eines Bauteils (2, 2'), das einen Grundkörper (3, 3') und einen an den Grundkörper (3, 3') angeformten Kunststoffkörper (4, 4') aufweist, – mit einer Stanzvorrichtung mit einem Schneidstempel (6, 6') zum Ausstanzen des Grundkörpers (3, 3') aus einem Rohling, insbesondere aus einem Bandmaterial (14) – und mit einer Spritzgießvorrichtung mit einem Spritzgießgesenk (22, 22') zum Hinterspritzen des Grundkörpers (3, 3'), – wobei das Spritzgießgesenk (22, 22') in einer solchen Weise gegenüber dem Grundkörper (3, 3') positionierbar ist, dass zwischen dem Spritzgießgesenk (22, 22') und dem Grundkörper (3, 3') ein Hohlraum (19, 19') zum Einspritzen eines fließfähigen Kunststoffs gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießgesenk (22, 22') zumindest abschnittsweise durch eine Aussparung (12, 12') im Stirnbereich des Schneidstempels (6, 6') gebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidstempel (6') ringförmig von einer Stempelführung (20) umgeben ist, und dass der Hohlraum (19') zwischen dem Rohling bzw. der Materialbahn (14), dem Schneidstempel (6') und der Stempelführung (20) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (2, 2'), das einen Grundkörper (3, 3') und einen an den Grundkörper (3, 3') angeformten Kunststoffkörper (4, 4') aufweist, – wobei der Grundkörper (3, 3') durch einen Schneidstempel (6, 6') einer Stanzvorrichtung aus einem Rohling, insbesondere aus einem Bandmaterial (14) ausgestanzt wird, — und wobei der Kunststoffkörper (4, 4') in einem Spritzgießgesenk (22, 22') einer Spritzgießvorrichtung an den Grundkörper (3, 3') angeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (4, 4') an den Rohling, insbesondere das Bandmaterial (14) angeformt wird, bevor der Grundkörper (3, 3') ausgestanzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling bzw. das Bandmaterial (14) vor dem Anformen des Kunststoffkörpers (4, 4') auf eine Vorstanztiefe (16) vorgestanzt wird, die geringer ist als die Wandstärke (17) des Bandmaterials (14).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling durch Umformen oder Prägen eines Halbzeugs, insbesondere einer Kunststofffolie oder eines Metallblechs, hergestellt wird.