DE102006038930A1

DE102006038930A1 - Manufacturing composite component for vehicle, places metal tube in mold cavity, pressurizes it internally and injection-molds plastic around it

Info

Publication number: DE102006038930A1
Application number: DE200610038930
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl.-Ing. Reese (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21

Abstract

A metallic tube (6) is introduced into a mold cavity (5), through which it projects. The mold (2, 3) is closed and sealed. The tube is pressurized internally and plastic is injected, such that it completely fills the cavity remaining around the outside of the tube. In this process, the novel feature is introduction of a gas (12) into the tube, forming a supportive pressure, which tenses it. This acts against the pressure of injection molding, such that the tube remains free of deformation. The gas pressure is 30-500 bar, preferably 100-200 bar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for producing a composite component according to the generic term of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 100 14 332 C2 bekannt. Beim dort beschriebenen Verfahren wird ein Hohlprofilgrundkörper in eine modifizierte Spritzgießmaschine eingebracht, wonach der Grundkörper mit einer Flüssigkeit wie zum Beispiel Wasser gefüllt und unter Druck gesetzt wird. Dies geschieht beim noch offenen Werkzeug. Danach wird das Werkzeug geschlossen, wobei die Enden des Grundkörpers nachgeführt werden. Auf diese Weise entsteht die Fertigform des Hohlprofilgrundkörpers. Anschließend wird Kunststoff in im Spritzgusswerkzeug ausgebildete Kavitäten, die vom Grundkörper durchragt werden, eingespritzt. Der metallische Grundkörper wird dabei lokal vom Kunststoff ummantelt. Während der Anspritzphase kann der Grundkörper mit flüssigem Medium gefüllt sein und wird von innen gemäß dem Innenhochdruckumformverfahren unter Druck gesetzt. Hierdurch lässt sich der Grundkörper kalibrieren, was der Erhöhung seiner Passgenauigkeit im Formhohlraum dient. Des Weiteren können lokale Einbeulungen oder Verformungen sonstiger Art im Grundkörper auf Grund des Spritzgießdruckes vermieden werden. Wird zum Spritzgießen ein teilkristalliner Thermoplast verwandt, wie beispielsweise Polyamid, kristallisiert dieser Kunststoff in Kontakt mit der Druckflüssigkeit nicht in gewünschter Weise aus, was zu Einbußen in der Steifigkeit des ausgehärteten Kunststoffes am rohrförmigen Grundkörper führt.A generic method is from the DE 100 14 332 C2 known. In the method described therein, a hollow profile base body is introduced into a modified injection molding machine, after which the base body is filled with a liquid such as water and pressurized. This happens with the tool still open. Thereafter, the tool is closed, wherein the ends of the body are tracked. In this way, the finished shape of the hollow profile body is created. Subsequently, plastic is injected into cavities formed in the injection molding tool, which are penetrated by the main body. The metallic base body is encased locally by the plastic. During the Anspritzphase the main body can be filled with liquid medium and is pressurized from the inside according to the hydroforming process. As a result, the base body can be calibrated, which serves to increase its accuracy of fit in the mold cavity. Furthermore, local indentations or deformations of any other type in the base body due to the injection molding pressure can be avoided. If a semi-crystalline thermoplastic used for injection molding, such as polyamide, this plastic does not crystallize in contact with the pressure fluid in the desired manner, resulting in losses in the stiffness of the cured plastic on the tubular body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass die Herstellung eines Verbundbauteils ohne Einbußen an Steifigkeit des angespritzten Kunststoffs und ohne Deformationen des umspritzten Rohrkörpers ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, a generic method develop further to the effect that the production of a composite component without loss on stiffness of the molded plastic and without deformation of the overmolded tubular body allows becomes.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The Task is inventively by the features of claim 1 solved.

Auf Grund der Verwendung eines Gases als Stützmedium, das in den Rohrkörper eingeleitet wird und mit einem Stützdruck gespannt wird, der dem Gießdruck derart entgegenwirkt, dass der Rohrkörper verformungsfrei bleibt, gelangt während des Spritzgießens keine Flüssigkeit wie Wasser oder auf Wasserbasis ausgebildete Emulsionen in Kontakt mit der Spritzgießschmelze, so dass der angespritzte Kunststoffwerkstoff chemisch und physikalisch unbeeinflusst bleibt. Dadurch treten keine Einbußen in der Steifigkeit des Kunststoffs auf und, da ein ausreichender Stützinnendruck gewährleistet ist, der verhindert, dass der Rohrkörper unter dem Spritzgießdruck kollabieren kann, werden daraus resultierende etwaige Deformationen am umspritzten Rohrkörper völlig verhindert.On Reason for using a gas as a support medium, which is introduced into the tubular body will and with a support pressure is tense, the casting pressure counteracts such that the tubular body remains free of deformation, gets during of injection molding no liquid such as water or water-based emulsions in contact with the injection molding melt, so that the molded plastic material chemically and physically unaffected. As a result, there are no losses in the rigidity of the Plastic on and, as ensures a sufficient support internal pressure is that prevents the tube body collapse under the injection molding pressure can, are resulting from any deformations on the overmolded Tube body completely prevented.

Das Gas kann beispielsweise Luft oder Stickstoff sein, jedenfalls ein Gas, das sich gegenüber dem angespritzten Kunststoffmaterial inert verhält. Durch die Verwendung eines Gases wird die Entsorgung des Stützmediums erleichtert, da dies nach erfolgtem Umspritzen in einfacher Weise durch Aufhebung der Abdichtungen ins Freie entweichen kann. Gas ist ein preiswertes Medium und nimmt im Gegensatz zu manchen Flüssigkeiten kein Spritzgussmaterial auf, wobei das in diesem Fall entstehende Gemisch in höchst aufwändiger Weise entsorgt und aufbereitet werden muss. In diesem Zusammenhang ist die Anordnung und Ausbildung des Spritzgießwerkzeuges wesentlich variabler, da eine Anordnung, wie sie zur Ableitung von Flüssigkeiten bisweilen bereitgestellt werden muss, bei der der Rohrkörper einer vertikale Lage einnimmt, nicht erforderlich ist. Da in der Spritzgießmaschine im Gegensatz zum Stand der Technik kein Innenhochdruckumformverfahren betrieben werden muss, kann diese in Folge der geringeren Zuhaltekräfte, die lediglich dem Druck des Spritzgusses in geschmolzenem Zustand entgegenwirken müssen, erheblich einfacher und mit geringerem Aufwand ausgelegt werden. Im Zuge dessen fällt auch die Gestaltung der Abdichtungen einfacher aus, da diese den bei der Innenhochdruckumformung üblichen Drücken nicht standhalten müssen.The Gas can be, for example, air or nitrogen, at least one Gas, facing the inert plastic material behaves inert. By using a Gases is the disposal of the support medium relieved, since this after completing the encapsulation in a simple manner can escape through the lifting of the seals into the open air. gas is a cheap medium and unlike some liquids no injection molding material, wherein the resulting mixture in this case in the highest complex Must be disposed of and treated. In this context is the arrangement and design of the injection molding tool substantially variable, as an arrangement, as sometimes provided for the discharge of liquids must be at which the tubular body occupying a vertical position is not required. Because in the injection molding machine in contrast to the prior art no hydroforming process This can be done as a result of the lower clamping forces that only counteract the pressure of the injection molding in the molten state have to, be designed much easier and with less effort. In the course of which falls The design of the seals easier, since this is the usual in hydroforming To press do not have to withstand.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas mit einem Druck von dreißig bis fünfhundert Bar, vorzugsweise hundert bis zweihundert Bar gespannt. Diese Druckbereiche haben sich in vielfältigen Versuchen als besonders günstig für die deformationsfreie Abstützung des Rohrkörpers herauskristallisiert. Die Wahl des Druckes ist von der Art und Qualität des zur Ausbildung des Rohrkörpers verwandten Werkstoffes sowie von der Wandstärke des Rohrkörpers abhängig. So muss beispielsweise ein Rohrkörper aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung mit einer Wandstärke von etwa 1,3 mm auf Grund seiner leichteren Verformbarkeit mit höherem Drücken abgestützt werden als beispielsweise ein Rohrkörper aus einem Stahlwerkstoff mit einer Wandstärke zwischen 0,7 und 1,0 mm.In A particularly preferred embodiment of the invention is the Gas at a pressure of thirty to five hundred Bar, preferably a hundred to two hundred bar curious. These pressure ranges have become diverse Try to be particularly cheap for the deformation-free support of the tubular body emerged. The choice of print is of the type and quality of the Training of the tubular body related material as well as the wall thickness of the tubular body dependent. So For example, it must be a tubular body made of aluminum or an aluminum alloy with a wall thickness of 1.3 mm due to its easier deformability with higher pressures than for example, a tubular body made of a steel material with a wall thickness between 0.7 and 1.0 mm.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundbauteil kann in der Kraftfahrzeugtechnik beispielsweise bei der Ausbildung eines Frontends Eingang finden. Die funktionellen Eigenschaften des Verbundbauteils sind separat auf seine Bestandteile aufgeteilt. Während der Rohrkörper allein dafür da ist, dem Verbundbauteil Biege- und Torsionssteifigkeit zu verleihen, werden durch den nur in geringem Maße steifen Kunststoff zum Teil filigrane Funktionselemente mit Konturen und Strukturen ausgebildet, die nicht vom Rohrkörper gestaltet werden können.The composite component produced by the method according to the invention can be used in automotive engineering, for example in the formation of a front end input. The functional properties of the composite component are divided separately into its components. While the tubular body is solely there to give the composite component bending and torsional rigidity, filigree functional elements with contours and structures, which are not designed by the tubular body, are formed in part by the plastics, which are only slightly rigid can.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzige Figur in einem seitlichen Längsschnitt ein in einer Spritzgießmaschine angeordnetes und nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil zeigt.following The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing, wherein the single figure in a lateral longitudinal section arranged in an injection molding machine and according to a method of the invention produced composite component shows.

In der Figur ist eine Spritzgießmaschine 1 skizzenhaft dargestellt, die in ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3 geteilt ist. Die in den einander zugewandten Stirnseiten des Oberwerkzeugs 2 und des Unterwerkzeugs 3 ausgebildeten Gravuren bilden eine Aufnahme 4, in die ein metallischer Rohrkörper 6 eingebracht ist. Die Aufnahme 4 erweitert sich etwa mittig der Spritzgießmaschine in eine Kavität 5, die der Rohrkörper 6 durchragt. In die Kavität 5 münden Kanäle 15, über die Spritzgießmaterial zugeführt werden kann. In der Trennfuge 14 zwischen dem Oberwerkzeug 2 und dem Unterwerkzeug 3 ist beiderseits der Spritzgießmaschine 1 eine zylindrische Ausnehmung 7 eingearbeitet, in welcher jeweils ein Schieber 8 eingelassen ist, der rückseitig bündig mit der dort verlaufenden Stirnseite der Spritzgießmaschine 1 abschließt. Der Schieber 8 weist in seiner der Kavität 5 zugewandten Stirnseite eine Abdichtmulde 9 auf, in der jeweils ein Rohrkörperende 10 gasdicht gehalten ist. Im Schieber 8 verläuft durchgängig ein zentraler Axialkanal 11, der in das offene Rohrkörperende 10 einerseits ausmündet und der andererseits an eine Gasversorgung angeschlossen ist.In the figure is an injection molding machine 1 sketched out in an upper tool 2 and a lower tool 3 shared. The in the mutually facing end faces of the upper tool 2 and the lower tool 3 trained engravings form a recording 4 into which a metallic tubular body 6 is introduced. The recording 4 extends approximately in the middle of the injection molding machine in a cavity 5 that the pipe body 6 projects through. In the cavity 5 lead to channels 15 , can be supplied via the injection molding material. In the parting line 14 between the upper tool 2 and the lower tool 3 is on both sides of the injection molding machine 1 a cylindrical recess 7 incorporated, in each of which a slide 8th is inserted, the back flush with the front side of the injection molding machine running there 1 concludes. The slider 8th points in his the cavity 5 facing end a Abdichtmulde 9 on, in each case a pipe body end 10 is kept gas-tight. In the slide 8th runs throughout a central axial channel 11 which enters the open tube body end 10 on the one hand opens and the other is connected to a gas supply.

Zur Herstellung des Verbundbauteils wird zuerst der metallische Rohrkörper 6 in die Aufnahme 4 der noch offenen Spritzgießmaschine 1 eingelegt. Der Rohrkörper 6 kann vorher in einem separaten Werkzeug mittels Innenhochdruck in eine gewünschte Endform unter Erzielung exakter Konturen und Oberflächen umgeformt werden. Er kann auch alternativ oder zusätzlich einem Biegeverfahren unterzogen worden sein, so dass er mit gekrümmtem Verlauf in die Spritzgießmaschine 1 eingebracht wird. Alsdann wird die Spritzgießmaschine 1 geschlossen, indem sich das Oberwerkzeug 2 auf das Unterwerkzeug 3 absenkt und dabei den Rohrkörper 6 umfänglich einfasst. Danach werden die Schieber 8 in die jeweilige Ausnehmung 7 hineingeschoben, wobei die Rohrkörperenden 10 in die Abdichtmulden 9 eintauchen und an deren Grund anschlagen. Der Antrieb der Schieber 8, der hier nicht näher gezeigt ist, drückt den Schieber 8 so an das Rohrkörperende 10 an, dass dieses gasdicht in der Abdichtmulde aufgenommen ist. Durch die Schieber 8 wird der Rohrkörper 6 exakt axial in der Spritzgießmaschine 1 positioniert, abgedichtet und unverrückbar während des gesamten Herstellungsprozesses gehalten. Hiernach wird die Gasversorgung an die Kanäle 11 der Schieber 8 angeschlossen, wonach in den Rohrkörper 6 ein Gas 12 wie beispielsweise Stickstoff oder Luft eingeleitet wird. Durch das Einleiten des Gases 12 über beide Rohrkörperenden 10 wird der Rohrkörper 6 schneller mit Gas 12 befüllt. Anschließend oder währenddessen wird über Kanäle 15 Spritzgießmaterial, vorzugsweise Kunststoff 13, insbesondere Polyamid in die Kavität 5 eingeleitet. Der Kunststoff 13 füllt die Kavität 5 vollständig aus und ummantelt dabei den Rohrkörper 6 am Orte der Kavität 5. Mit Umspritzen des Rohrkörpers 6 wird das in ihm befindliche Gas 12 unter Druck gesetzt. Dieser Stützdruck kann praktisch von Anfang an auf einem voreingestellten Maximalniveau liegen. Es ist jedoch auch denkbar, den inneren Stützdruck im Rohrkörper 6 so zu steuern, dass er entsprechend der Zu- und Abnahme des Spritzgießdruckes im Laufe des Umspritzens des Rohrkörpers 6 variiert wird. Dies hat den Vorteil gerade bei dünnwandigen Rohrkörpern 6, dass bei vergleichsweise geringem Spritzgießdruck ein übermäßiger Stützdruck den Rohrkörper 6 zu unerwünschten Ausformungen zwingt und dabei bereits ausgehärteten Kunststoff 13 ebenfalls in unerwünschter Weise verformt oder gar in ihm Brüche oder Risse erzeugt. Die alternative Aufbringung eines konstanten Maximalwertes hinsichtlich des inneren Stützdruckes ist dagegen steuerungstechnisch mit sehr geringem Aufwand verbunden. Es ist auch denkbar, bereits vor Einleiten beziehungsweise Einspritzen des Kunststoffes 13 das Gas 12 in den Rohrkörper 6 einzuleiten und ihn unter einen Stützdruck zu setzen. Der Stützdruck beläuft sich auf hundertfünfzig bis zweihundert Bar und ist geringer gehalten als der Spritzgießdruck, da der Rohrkörper 6 bereits von seiner Festigkeit und Steifigkeit nur dem Spritzgießdruck einen gewissen Widerstand entgegensetzt. Dies umso mehr je größer die Wandstärke des Rohrkörpers 6 ist. Nachdem der Kunststoff 13 vollständig erstarrt ist, wird der innere Stützdruck entspannt und das Gas 12 aus dem Rohrkörper 6 abgeführt. Die Schieber 8 werden nun zurückgezogen, so dass die Rohrkörperenden 10 freiliegen. Abschließend wird die Spritzgießmaschine 1 geöffnet und das fertig ausgebildete Verbundbauteil aus Rohrkörper 6 und dem durch die Form der Kavität 5 entsprechend geformte und konturierte Kunststoff 13 aus der Aufnahme 4 entnommen. Die Schieberichtungen der Schieber 8 ist in der Figur mittels der Doppelpfeile kenntlich gemacht, während die Zuleitung des Gases 12 in den Rohrkörper 6 durch Einfachpfeile gekennzeichnet ist.For the production of the composite component, first the metallic tubular body 6 in the recording 4 the still open injection molding machine 1 inserted. The pipe body 6 can be previously formed in a separate tool by means of internal high pressure in a desired final shape to obtain exact contours and surfaces. It may also alternatively or additionally have been subjected to a bending process, so that it has a curved course in the injection molding machine 1 is introduced. Then the injection molding machine 1 closed by the top tool 2 on the lower tool 3 lowers and thereby the tubular body 6 circumferentially. After that, the sliders 8th in the respective recess 7 pushed in, the pipe body ends 10 in the Abdichtmulden 9 dive in and strike at the bottom. The drive of the slides 8th , which is not shown here, presses the slider 8th so to the pipe body end 10 that this gas-tight is received in the Abdichtmulde. Through the slides 8th becomes the tubular body 6 exactly axial in the injection molding machine 1 positioned, sealed and held immovable throughout the manufacturing process. After that, the gas supply to the channels 11 the slider 8th connected, after which in the tubular body 6 a gas 12 such as nitrogen or air is introduced. By introducing the gas 12 over both pipe body ends 10 becomes the tubular body 6 faster with gas 12 filled. Subsequently or during this will be via channels 15 Injection molding material, preferably plastic 13 , in particular polyamide in the cavity 5 initiated. Plastic 13 fills the cavity 5 completely out and encases the tubular body 6 at the place of the cavity 5 , With encapsulation of the tubular body 6 becomes the gas in it 12 put under pressure. This support pressure can be practically from the beginning to a preset maximum level. However, it is also conceivable, the internal support pressure in the tubular body 6 be controlled so that it according to the increase and decrease of the injection molding pressure in the course of extrusion coating of the tubular body 6 is varied. This has the advantage especially with thin-walled tubular bodies 6 in that, with a comparatively low injection pressure, an excessive support pressure forces the tubular body 6 to unwanted formations forces while already cured plastic 13 also undesirably deformed or even generated in it breaks or cracks. The alternative application of a constant maximum value in terms of the internal support pressure, however, is associated with control technology with very little effort. It is also conceivable, even before the injection or injection of the plastic 13 the gas 12 in the tubular body 6 initiate him and put him under a support pressure. The support pressure amounts to one hundred and fifty to two hundred bar and is held lower than the injection molding pressure, since the tubular body 6 Already from its strength and rigidity only a certain resistance opposes the injection molding. This the more the greater the wall thickness of the tubular body 6 is. After the plastic 13 is completely solidified, the internal support pressure is released and the gas 12 from the tube body 6 dissipated. The sliders 8th are now withdrawn, leaving the pipe body ends 10 exposed. Finally, the injection molding machine 1 opened and the finished trained composite component of tubular body 6 and by the shape of the cavity 5 appropriately shaped and contoured plastic 13 from the recording 4 taken. The sliding instructions of the slides 8th is indicated in the figure by means of double arrows, while the supply of the gas 12 in the tubular body 6 characterized by single arrows.

An dieser Stelle ist noch auf den Vorteil der Verwendung eines Gases 12 als Stützmedium hinzuweisen, der darin begründet ist, dass Gas 12 nicht das Anspritzen des Kunststoffes 13 an den Rohrkörper 6 behindert, wie es im Gegensatz dazu Wasser als Stützmedium tun würde, welches unter die Spritzgießmasse kriechen kann und dabei eine Trennhaut zwischen Rohrkörper 6 und der Spritzgießmasse bildet. Dies führt zu einem unvollständigen Anguss des Kunststoffes 13 am Rohrkörper 6 und damit zu einem unzureichenden Halt am Rohrkörper 6, der den Träger für den Kunststoff 13 bildet.At this point is still at the advantage of using a gas 12 as a support medium, which is based on the fact that gas 12 not the molding of the plastic 13 to the tubular body 6 hinders, as it would do in contrast to water as a support medium, which can crawl under the injection molding and thereby a separating skin between tubular body 6 and the injection molding compound forms. This leads to an incomplete sprue of the plastic 13 on the pipe body 6 and thus to one insufficient grip on the pipe body 6 who is the carrier for the plastic 13 forms.

Claims

A method for producing a composite component, wherein a metallic tubular body is introduced into a cavity provided with a tool and this penetrates, wherein after closing and sealing of the tool, the tubular body is molded under pressure at an internal pressure with a plastic filling the cavity by means of an injection molding, characterized in that before or with the encapsulation a gas ( 12 ) in the tubular body ( 6 ) is introduced and clamped with a support pressure, which counteracts the casting pressure such that the tubular body ( 6 ) remains deformation-free.

Method according to claim 1, characterized in that the gas ( 12 ) is tensioned at a pressure of 30-500 bar, preferably 100-200 bar.