DE102007037680A1

DE102007037680A1 - Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils und Werkzeugform für das Spritzgießverfahren

Info

Publication number: DE102007037680A1
Application number: DE200710037680
Authority: DE
Inventors: Max Dr. Ehleben; Antje Kochan; Hansjörg Kurz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils (20) auf Basis eines thermoplastischen Werkstoffs. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen einer aus zumindest Matrize (10) und Patrize (16) bestehenden Werkzeugform für das Spritzgießverfahren, wobei die Werkzeugform im Bereich der Matrize (10) und/oder der Patrize (16) eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweist, in denen jeweils eine Nadel (13) angeordnet ist, die in Lage und Abmessungen so ausgelegt ist, dass sie dichtend in der Durchgangsbohrung liegt und durch die Durchgangsbohrung in einen Formraum der Werkzeugform ein- und ausfahrbar ist; (b) Einfahren von Nadeln (13) in den Formraum der offenen Werkzeugform, bis die Nadeln (13) eine Position erreicht haben, die für das Einlegen eines Endlosfaserhalbzeugs (14) geeignet ist; (c) Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs (14) aus thermoplastischen Prepregs oder Hybridgarn, derart, dass es von den Nadeln (13) gehalten wird; (d) gegebenenfalls Ein- oder Ausfahren der Nadeln (13), bis das Endlosfaserhalbzeug (14) eine Position erreicht hat, die weitgehend einer Lage der Endlosfasern im fertigen Spritzgussbauteil (20) entspricht; (e) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte (b) bis (d), wenn zwei oder mehr Endlosfaserhalbzeuge (14) zu positionieren sind; (f) Schließen der Werkzeugform und (g) ein- oder mehrseitiges Einspritzen eines verflüssigten thermoplastischen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils auf Basis eines thermoplastischen Werkstoffs sowie eine Werkzeugform, die für dieses Verfahren geeignet ist.
Spritzgussbauteile werden im Automobilbau in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Sie können mit komplexen Geometrien, unterschiedlichen Wandstärken sowie hervorragenden Oberflächen und unterschiedlichen Werkstoffkombinationen hergestellt werden. Das Spritzgießverfahren ist ein sehr kostengünstiges und schnelles Fertigungsverfahren für die Herstellung einer Vielzahl von Serienbauteilen in großer Stückzahl.
Unverstärkte Thermoplaste besitzen oftmals unzureichende Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften. Es ist daher bekannt, den Thermoplasten Kurz- oder Langfasern, zum Beispiel in Form von Glasfasern, zuzusetzen. Im Vergleich zu Bauteilen aus Stahl oder Aluminium besitzen aber auch die kurz- oder langfaserverstärkten Spritzgussbauteile eine erheblich geringere Steifigkeit und Festigkeit. Es ist daher weiterhin bekannt, die Bauteile bereichsweise mit gerichteten Endlosfasern zu verstärken. Solche Endlosfaser-Verstärkungen können zum Beispiel aus Geweben, Gelegen, Gestricken oder Ähnlichem bestehen.
Zur Herstellung von Bauteilen aus thermoplastischen, endlosfaserverstärkten Kunststoffen sind verschiedene Verfahren bekannt.
DE 42 15 756 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach dem so genannten Schmelzdruckformen, bei dem ein thermoplastisches Kernrohr mit Fasern, thermoplastischen Prepregs oder Hybridfasern belegt wird. Bei rotationssymmetrischen Bauteilen erfolgt die Faserablage im Wickelverfahren. Der so hergestellte Vorformling wird von außen erwärmt und anschließend in ein Werkzeug gelegt, druckdicht verschlossen und mit Innendruck beaufschlagt, was die Konsolidierung des Matrixmaterials bewirkt.
EP 08 35 745 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern, bei dem zunächst ein thermoplastisches Kernrohr mit Fasern bewickelt wird. In das bewickelte Hohlprofil wird ein konisch geformter Dorn eingebracht, dessen Querschnitt dem des Hohlprofils geometrisch ähnlich ist. Anschließend wird der rohrförmige Hohlkörper ganz oder teilweise aufgeschmolzen, wobei ein Teil des die innere Schicht des rohrförmigen Hohlkörpers bildenden thermoplastischen Kunststoffs in die Faserschicht hineingepresst wird und auf diese Weise eine mit Fasern verstärkte äußere Schicht des Hohlkörpers bildet.
DE 43 00 208 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Rohren, rohrförmigen Torsionsstäben und Druckbehältern aus faserverstärkten Kunststoffen, bei dem wenigstens zwei Schichten mit unterschiedlich zur Längsrichtung orientierten Fasern eingearbeitet werden. Das bewickelte Rohr wird in ein Werkzeug eingebracht und mit dem Werkzeug in eine Rotationsbewegung um die Rohrlängsachse versetzt. Das thermoplastische Kernrohr wird auf Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur erwärmt und die durch die Rotationsbewegung erzeugten Zentrifugalkräfte wirken auf die Thermoplastschmelze und erzeugen so den Konsolidierungsdruck.
DE 101 06 923 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Spritzgussbauteilen aus thermoplastischen endlosfaserverstärkten Kunststoffen, bei dem ein mit Endlosfasern bedeckter Kern in eine Form eingebracht wird, Kunststoff in flüssiger Form im Wesentlichen senkrecht zu den Fasern in den Formraum eingeleitet wird und der eingebrachte Kunststoff unter Druck ausgehärtet wird. Die Endlosfasern finden als Prepegs oder Hybridfasern Einsatz. Der verflüssigte Kunststoff wird mit einer gängigen Spritzgießmaschine zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Fertigungsverfahren für die Herstellung von Spritzgussbauteilen bereitzustellen, die partiell mit Endlosfasern verstärkt sind. Das Fertigungsverfahren soll sich für den großtechnischen Einsatz eignen und eine hohe Variabilität in Geometrie und Aufbau des Spritzgussbauteils erlauben. Dabei ist insbesondere eine Lage und Ausrichtung der Endlosfasern im Spritzgussbauteil definiert vorzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach einem Aspekt der Erfindung durch das Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils auf Basis eines thermoplastischen Werkstoffs nach Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Bereitstellen einer aus zumindest Matrize und Patrize bestehenden Werkzeugform für das Spritzgießverfahren, wobei die Werkzeugform im Bereich der Matrize und/oder der Patrize eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweist, in denen jeweils eine Nadel angeordnet ist, die in Lage und Abmessungen so ausgelegt ist, dass sie dichtend in der Durchgangsbohrung liegt und durch die Durchgangsbohrung in einen Formraum der Werkzeugform ein- und ausfahrbar ist;
(b) Einfahren von Nadeln in den Formraum der offenen Werkzeugform bis die Nadeln eine Position erreicht haben, die für das Einlegen eines Endlosfaserhalbzeugs geeignet ist;
(c) Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs aus thermoplastischen Prepregs oder Hybridgarn, derart, dass es von den Nadeln gehalten wird;
(d) gegebenenfalls Ein- oder Ausfahren der Nadeln, bis das Endlosfaserhalbzeug eine Position erreicht hat, die weitgehend einer Lage der Endlosfasern im fertigen Spritzgussbauteil entspricht;
(e) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte (b) bis (d), wenn zwei oder mehr Endlosfaserhalbzeuge zu positionieren sind;
(f) Schließen der Werkzeugform; und
(g) ein- oder mehrseitiges Einspritzen eines verflüssigten thermoplastischen Werkstoffs und Zurückfahren der Nadeln aus der Werkzeugform.

Mit Hilfe des Verfahrens ist es erstmalig möglich, im großtechnischen Einsatz und mit hoher Variabilität in Lage und Ausrichtung der Endlosfasern sowie im Design des Spritzgussbauteiles die Fertigung zu gestalten. Das neue Fertigungsverfahren führt zu so genannten thermoplastischen Hybridstrukturen, die aus preisgünstigen Materialien bestehen und in mittleren bis großen Serien wirtschaftlich herstellbar sind. Als wirtschaftliches Fertigungsverfahren findet das Spritzgießverfahren Anwendung, mit dem unverstärkte und glasfaserverstärkte Bauteile herstellbar sind, die in hochbeanspruchten Bereichen mit gerichteten Endlosfaser-Einlegern verstärkt werden. Das Spritzgussbauteil entsteht im Formgebungsprozess bei gleichzeitiger Konsolidierung der Endlosfaserhalbzeuge, wodurch eine Einsparung an Prozessschritten erreicht wird und Synergieeffekte durch Kombination von Thermoplastspritzguss und moderner Faserverbundtechnik genutzt werden können. Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem in der kostengünstigen Bereitstellung von Materialien und Werkzeugen, der großserientauglichen automatisierten Fertigung, kurzen Zykluszeiten, geringen Lagerhaltungskosten, da keine Kühlung, Materialtrennung und Luftreinigungs- und Abzugsanlagen erforderlich sind, und in der emissionsarmen Fertigung.
Als Endlosfasern für das erfindungsgemäße Verfahren können natürliche und synthetische Fasern auf Kohlehydrat- oder Aminosäurebasis, Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, keramische Fasern wie Siliciumcarbid, Bornitrit und Silikatfasern, Fasern aus Polyetherketon, vollaromatischem Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat, Polyamid, Polysulfon, Polyethecketon sowie beliebige Kombinationen der Voranstehenden eingesetzt werden.
Thermoplastische Werkstoffe, die sich für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, umfassen insbesondere abgewandelte Naturstoffe, wie Cellulosenitrat, Celluloseacetat, Celluloseether und Cellulosemischether, Polyamide, Polycarbonate, Polyester, Polyphenylenoxide, Polysulfone, Polyvinylacetale, Polyolefine, Ionomere, Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Polystyrol, Polyacetale, fluorierte Kunststoffe, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Poly-p-xylylen, Polyetherketone, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Polyterephthalate, lineare Polyurethane und chlorierte Polyether.
Endlosfaserhalbzeuge sind Gewebe, Gelege, Gestricke oder ähnliches aus Endlosfasern und einer thermoplastischen Matrix. Das Endlosfaserhalbzeug besteht üblicherweise aus 10–90 Volumenprozent der Endlosfasern und 90–10 Volumenprozent der thermoplastischen Matrix. Die thermoplastische Matrix besteht insbesondere aus den vorgenannten thermoplastischen Werkstoffen. Bei Prepregs handelt es sich um einen relativ groben Faden des Endlosmaterials mit tausend oder mehr Filamenten, der mit einer Schmelze oder einem Pulver des Matrixmaterials vorgetränkt ist. Hybridgarne enthalten Endlosfaserfilamente und Matrixfilamente, die homogen über den Garnquerschnitt verteilt sind. Die Herstellung von Endlosfaserhalbzeugen ist aus dem Stand der Technik bekannt und Endlosfaserhalbzeuge sind kommerziell von verschiedenen Anbietern erhältlich. Denkbar ist es auch, reine Verstärkungsfaserhalbzeuge zu verwenden.
Im Schritt (a) des Verfahrens wird eine aus zumindest Matrize und Patrize bestehende Werkzeugform für das Spritzgießverfahren bereitgestellt. Die Werkzeugform weist im Bereich der Matrize und/oder der Patrize eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen auf. In jeder Durchgangsbohrung ist eine Nadel angeordnet, die in Lage und Abmessungen so ausgelegt ist, dass sie dichtend in der Durchgangsbohrung liegt und durch die Durchgangsbohrung in einen Formraum der Werkzeugform ein- und ausfahrbar ist. Zur Ausführung der Bewegung können den Nadeln geeignete Aktuatoren zugeordnet werden, die einzelne Nadeln, Gruppen von Nadeln oder alle Nadeln gleichzeitig nach vorgebbaren Schema betätigen können. Eine Anzahl der Nadeln liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 100 Nadeln pro Werkzeugform. Vorzugsweise hat die Nadel eine zylindrische Grundform und eine Kontur der Nadelspitze ist so ausgelegt, dass sie in zurückgezogener Position der Nadel einer Kontur der Werkzeugwandung im Bereich des Formraums folgt. Mit anderen Worten, die Nadel kann fluchtend zur Werkzeugwandung zurückgezogen werden, so dass eine glatte Bauteiloberfläche entsteht und auf eine Nachbearbeitung des Spritzgussbauteils verzichtet werden kann. Eine solche Werkzeugform ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt und stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung dar.
Die Nadeln werden im Schritt (b) so weit in die Werkzeugform eingefahren, bis die Nadeln eine Position erreicht haben, die für das Einlegen eines Endlosfaserhalbzeugs geeignet ist.
Im Schritt (c) wird das Endlosfaserhalbzeug so eingelegt, dass es von den Nadeln gehalten wird.
Im Schritt (d) werden gegebenenfalls die Nadeln ein- oder ausgefahren, bis das Endlosfaserhalbzeug eine Position erreicht hat, die weitgehend einer Lage der Endlosfasern im fertigen Spritzgussbauteil entspricht. Dies ist immer dann notwendig, wenn die Position zum Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs und die gewünschte Lage des Endlosfaserhalbzeugs im zu fertigenden Spritzgussteil nicht übereinstimmen. So ist es zumeist vorteilhaft, die Nadeln für das Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs über die spätere Lage des Verstärkungsmaterials hinaus auszufahren. Insgesamt wird also eine Positionierung und Fixierung der Endlosfasern in der Werkzeugform durch die Nadeln erreicht, so dass die Faserorientierung auch während des sich später anschließenden Einspritzvorganges bestehen bleibt. Ergänzend zum Nadelkissen kann zur weiteren Verbesserung der Faserfixierung im späteren Bauteil ein Spannrahmen für das Endlosfaserhalbzeug verwendet werden. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Nadeln gegenüber der Nutzung eines Spannrahmens liegt aber darin, dass auf einen nachträglichen Beschnitt des Endlosfaserhalbzeugs verzichtet werden kann.
Im Schritt (e) werden die Schritte (b) bis (d) gegebenenfalls wiederholt, wenn zwei oder mehr Endlosfaserhalbzeuge zu positionieren sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass verschiedene Endlosfaserhalbzeuge nebeneinander oder auch überlappend eingelegt werden. Das Verfahren eignet sich in diesem Zusammenhang insbesondere zur Herstellung von Spritzgussteilen, in denen zwischen zwei Lagen von Endlosfasern eine Basis aus einem thermoplastischen Werkstoff angeordnet ist (nachfolgend als Sandwich-Spritzgussteil bezeichnet). Hierzu weist die Werkzeugform sowohl auf Seiten der Matrize als auch auf Seiten der Patrize entsprechende Durchbohrungen und Nadeln auf, mit deren Hilfe jeweils an den Innenwandungen von Matrize beziehungsweise Patrize Endlosfaserhalbzeuge positioniert werden. Die Endlosfaserhalbzeuge stützen sich also an der Wandung von Matrize und Patrize ab und werden durch die Nadeln fixiert. Anschließend wird der thermoplastische Werkstoff zwischen die beiden Lagen aus Endlosfaserhalbzeug gespritzt.
Im Schritt (f) wird die Werkzeugform geschlossen, in der Regel derart, dass die Patrize beziehungsweise Matrize an den Nadeln anliegt und zwischen Nadeln und Werkzeug kein Spalt mehr vorhanden ist, durch den das Endlosfaserhalbzeug von den Nadeln rutschen könnte.
Anschließend wird im Schritt (g) ein- oder mehrseitig ein verflüssigter thermoplastischer Werkstoff eingespritzt und die Nadeln werden danach aus der Werkzeugform zurückgefahren. Der verflüssigte thermoplastische Werkstoff kann demnach an mehreren Stellen gleichzeitig oder zeitlich versetzt eingespritzt werden. Denkbar ist aber auch, das Einspritzen in mehreren, durch Abkühlung getrennten Fertigungsschritten durchzuführen: Nach dem Abkühlen des zunächst eingespritzten thermoplastischen Werkstoffs erfolgt eine weitere Einspritzung. Auf diese Weise können zum Beispiel Spritzgussteile mit Bereichen aus verschiedenen thermoplastischen Werkstoffen hergestellt werden. Mittels der genannten Verfahrensführung ist es insbesondere möglich, ein Spritzgussbauteil herzustellen, das eine im Innern angeordnete Endlosfaserverstärkung aufweist, die von zwei Schichten aus Thermoplast umschlossen ist. Diese beidseitige Materialbelegung bietet sich insbesondere dann an, wenn Außenhautbauteile für Fahrzeugteile zu fertigen sind, wobei auf der einen Seite eine dekorative Schicht und auf der anderen Seite eine kratzfeste Schicht, beispielsweise auf Basis eines Lackes, eingespritzt wird.
Vorzugsweise wird das zu fertigende Spritzgussbauteil im Anschluss an Schritt (g) und während eines Abkühlvorgangs des eingespritzten Werkstoffs durch Düsennachdruck und/oder Pressdruck zusammengepresst. Nach dem Zurückfahren der Nadeln aus der Werkzeugform im Schritt (g) erstarrt demnach die eingespritzte Schicht unter Beibehaltung eines Düsennachdrucks und/oder Beaufschlagung eines Pressdrucks. Die geschmolzene thermoplastische Matrix des Endlosfaserhalbzeugs als auch der eingespritzte thermoplastische Werkstoff konsolidieren unter Druck und gehen eine feste Verbindung ein. Es ist zumeist notwendig, die Materialschwindung der Thermoplaste während der Abkühlung auszugleichen, indem die Werkzeughälften während des Abkühlvorgangs weiter zusammengefahren werden und dadurch die Kavität verkleinert wird. Dieser Fertigungsprozess wird auch als Spritzprägen bezeichnet. Um eine möglichst gute Anbindung der Endlosfaserhalbzeuge an den thermoplastischen Werkstoff zu gewährleisten, müssen die thermoplastischen Materialien gleich oder mischbar sein. Das Spritzprägen verbessert den Zusammenhalt zwischen den Endlosfasern und dem eingespritzten thermoplastischen Werkstoff und durch Spritzprägen sind sehr geringe Wanddicken mit qualitativ hochwertigen Oberflächen herstellbar.
In den vorgenannten Verfahrensvarianten ist es auch denkbar, zwei oder mehrmals von der gleichen Seite mit unterschiedlichen Werkstoffen einzuspritzen. Wenn beispielsweise zuerst eine Weichkomponente und darauf aufbauend eine harte Komponente eingespritzt wird, können Bauteile mit soft-touch-Effekt hergestellt werden (zum Beispiel Instrumententafeln mit örtlicher Endlosfaserverstärkung im Airbagbereich).
Außerdem können zusätzliche Einleger (so genannte Inserts, zum Beispiel umwickelte Stahlinserts), Clipse oder sonstige Verbindungselemente mit angespritzt werden und direkt mit dem Endlosfaserhalbzeug kraft- oder formschlüssig verbunden werden. Auf diese Weise können hochfeste Krafteinleitungen in Spritzgussbauteilen realisiert und somit hochintegrative, multifunktionelle Strukturbauteile gefertigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 7 das erfindungsgemäße Prozessschema zur Umspritzung von endlosfaserverstärkten Halbzeugen im Spritzgussverfahren in unterschiedlichen Fertigungsschritten und in einer Prinzipskizze.
1 zeigt Teile einer Werkzeugform, die zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Spritzgussbauteilen verwendbar ist. Die Werkzeugform umfasst eine Matrize 10, eine Patrize 16 und einen Nadelaufsatz 12 mit einer Vielzahl von Nadeln 13. Die Patrize 16 weist in ihrer dem Formraum zugewandten Wandung eine Vielzahl von Durchbohrungen auf, durch welche die Nadeln 13 des Nadelkissens 12 geführt werden können. In dem in 1 dargestellten Teilschritt des Prozesses werden die Nadeln 13 in den Formraum eingefahren, bis sie in etwa in der Position mit ihren Enden liegen, die zum Einlegen eines Endlosfaserhalbzeugs 14 geeignet ist (2). Nach dem Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs 14 werden die Nadeln 13 wieder zurückgezogen, bis ungefähr die Position erreicht wird, die der späteren Position der Endlosfaser im zu fertigenden Spritzgussbauteil entspricht (3). Für die Ausführung der Bewegung der Nadeln 13 wird ein hier nicht dargestellter, steuerbarer Aktuator genutzt.
Das Endlosfaserhalbzeug 14 ist nun derart in den von der Matrize 10 vorgegebenen Formraum eingelegt, dass es vom Nadelkissen 12 in Position gehalten und fixiert wird (3).
Nach dem Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs 14 wird die Werkzeugform geschlossen. Die Matrize 10 liegt im geschlossenen Zustand der Werkzeugform an den Enden der Nadeln 13 an.
Anschließend wird mit Hilfe eines ersten Extruders 22 einer Spritzgießanlage ein verflüssigter, thermoplastischer Werkstoff von Seiten der Matrize 10 über zwei Düsenöffnungen eingespritzt. Dabei wird das Endlosfaserhalbzeug 14 in die Werkzeugformseite der Patrize 16 gedrückt und dort abgestützt.
Nach dem Einspritzen des thermoplastischen Werkstoffs wird das Nadelkissen 12 aus der Werkzeugform zurückgefahren und der thermoplastische Werkstoff verfestigt sich durch Abkühlen. Gleichzeitig wird jedoch der Rohling 18 durch Düsennachdruck und/oder Pressdruck während des Abkühlens weiter zusammengefahren, um die Konsolidierung der Endlosfaser mit dem thermoplastischen Werkstoff sicherzustellen (4).
Das Werkzeug wird nun so weit ausgefahren, dass eine zweite Schicht von der Seite der Patrize 16 aus über einen zweiten Extruder 24 eingespritzt werden kann (5 und 6).
Wenn es sich erneut um einen thermoplastischen Werkstoff handelt, so wird (wie dargestellt) der Abkühlprozess unter gleichzeitigem Düsennachdruck und Pressdruck durchgeführt (7).
Danach wird das Werkzeug geöffnet und das fertige Spritzgussbauteil 20 entnommen. In ersten Testversuchen konnten Spritzgussbauteile aus endlosfaserverstärktem Polypropylen (PP) oder Polyamin (PA) mit guter Laminatqualität hergestellt werden.

10: Matrize
12: Nadelkissen
13: Nadeln
14: Endlosfaserhalbzeug
16: Patrize
18: Rohling
20: Spritzgussbauteil
22, 24: erster und zweiter Extruder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4215756 A1 [0005]
- EP 0835745 A2 [0006]
- DE 4300208 A1 [0007]
- DE 10106923 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils (20) auf Basis eines thermoplastischen Werkstoffs, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer aus zumindest Matrize (10) und Patrize (16) bestehenden Werkzeugform für das Spritzgießverfahren, wobei die Werkzeugform im Bereich der Matrize (10) und/oder der Patrize (16) eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweist, in denen jeweils eine Nadel (13) angeordnet ist, die in Lage und Abmessungen so ausgelegt ist, dass sie dichtend in der Durchgangsbohrung liegt und durch die Durchgangsbohrung in einen Formraum der Werkzeugform ein- und ausfahrbar ist; (b) Einfahren von Nadeln (13) in den Formraum der offenen Werkzeugform, bis die Nadeln (13) eine Position erreicht haben, die für das Einlegen eines Endlosfaserhalbzeugs (14) geeignet ist; (c) Einlegen des Endlosfaserhalbzeugs (14) aus thermoplastischen Prepregs oder Hybridgarn, derart, dass es von den Nadeln (13) gehalten wird; (d) gegebenenfalls Ein- oder Ausfahren der Nadeln (13), bis das Endlosfaserhalbzeug (14) eine Position erreicht hat, die weitgehend einer Lage der Endlosfasern im fertigen Spritzgussbauteil (20) entspricht; (e) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte (b) bis (d), wenn zwei oder mehr Endlosfaserhalbzeuge (14) zu positionieren sind; (f) Schließen der Werkzeugform; und (g) ein- oder mehrseitiges Einspritzen eines verflüssigten thermoplastischen Werkstoffs und Zurückfahren der Nadeln (13) aus der Werkzeugform.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zu fertigende Spritzgussbauteil (20) im Anschluss an Schritt (g) und während eines Abkühlvorgangs des eingespritzten Werkstoffs durch Düsennachdruck und/oder Pressdruck zusammengepresst wird.
Werkzeugform für das Spritzgießverfahren, bestehend zumindest aus Matrize (10) und Patrize (16), wobei die Werkzeugform im Bereich der Matrize (10) und/oder der Patrize (16) eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweist, in denen jeweils eine Nadel (13) angeordnet ist, die in Lage und Abmessungen so ausgelegt ist, dass sie dichtend in der Durchgangsbohrung liegt und durch die Durchgangsbohrung in einen Formraum der Werkzeugform ein- und ausfahrbar ist.
Werkzeugform nach Anspruch 3, bei der die Nadel (13) eine zylindrische Grundform hat und eine Kontur der Nadelspitze so ausgelegt ist, dass sie in zurückgezogener Position der Nadel (13) einer Kontur der Werkzeugwandung im Bereich des Formraums folgt.