DE102008033621A1

DE102008033621A1 - Kunststoffbauteil für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102008033621A1
Application number: DE200810033621
Authority: DE
Inventors: Michael Thiel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Die Aufgabe, ein im Hinblick auf den Stand der Technik weiter verbessertes Kunststoffbauteil (1) für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer erhöhten Steifigkeit und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht zu schaffen, wird im Wesentlichen mit zumindest einer eingebetteten Verstärkungseinlage (2') gelöst, die ihrerseits durch eine oder mehrere separate, vorab hergestellte und vorgeformte Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern (5) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.
Kunststoffbauteile an Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, in welche obendrein eine oder mehrere Verstärkungseinlagen eingebettet sind, sind seit geraumer Zeit bekannt. So ist beispielsweise aus der EP 1 097 068 B1 ein Betätigungspedal für die Bremsanlage eines Straßenfahrzeuges bekannt, dessen Pedalkörper mindestens einen innenliegenden Metallkern und eine den Metallkern umgebende Kunststoffummantelung aufweist. Als Metallkern wird hier ein Stahlblech vorgeschlagen. Eine ähnliche Lösung wird mit der EP 1 331 150 B1 vorgeschlagen, wobei ebenfalls ein metallener Grundkörper vorgesehen ist, der seinerseits auf beiden Außenflächen Verstärkungsrippen aufweist, welche aus angespritztem Kunststoff bestehen und mit dem Grundkörper fest verbunden sind. Die feste Verbindung zwischen dem metallenen Grundkörper und den Verstärkungsrippen erfolgt zum einen über einen oder mehrere Durchbrüche im Grundkörper, durch welche die Verstärkungsrippen durch eine oder mehrere Verbindungen aus dem zur Ausbildung der Verstärkungsrippen angespritzten Kunststoff verbunden sind. Zum anderen werden Aussparungen in der äußeren Randfläche des Grundkörpers vorgeschlagen, die einen Formschluss mit dem angespritzten Kunststoff bilden. Ein derartig ausgebildeter Pedalkörper verfügt über ein relativ hohes Gewicht. Demgegenüber sind aus der DE 34 27 097 A1 und aus der DE 42 26 352 A1 ein Kupplungspedal bzw. eine Pedalvorrichtung mit einem aus faser- oder glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigten Pedal mit Verstärkungsrippen bekannt. Hinsichtlich der Anordnung der Fasern bzw. Glasfasern im Kunststoff sind den zitierten Druckschriften keine Angaben zu entnehmen. Ungeachtet dessen, ist es gemäß internem Stand der Technik der Anmelderin bekannt, innerhalb des besagten Kunststoffes ungerichtete Schnittfasern anzuordnen, wodurch die Verarbeitbarkeit erleichtert ist. Aufgrund der Verwendung ungerichteter Schnittfasern ist jedoch noch keine genügend hohe Festigkeit für insbesondere hoch beanspruchte Bauteile aus Kunststoff, wie beispielsweise Fußpedale zu verzeichnen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiter verbessertes Kunststoffbauteil für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit einer erhöhten Steifigkeit und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffbauteiles anzugeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Verstärkungseinlagen aus vorab hergestellten und vorgeformten Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern zum einen bei geringem Gewicht des herzustellenden Kunststoffbauteils zu einer erhöhten Steifigkeit und Betriebsfestigkeit desselben führen und zum anderen eine kostengünstige Herstellung derartig verstärkter Kunststoffbauteile gestatten.
Die gestellte Aufgabe wird demnach durch ein Kunststoffbauteil für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer in das Kunststoffbauteil eingebetteten Verstärkungseinlage gelöst, welche ihrerseits durch eine oder mehrere separate, vorab hergestellte und vorgeformte Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern gebildet ist.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach können die gerichteten Endlosfasern durch Kunstfasern, wie Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Keramikfasern und dgl. mehr, und/oder durch Naturfasern gebildet sein. Des Weiteren kann/können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die eine oder mehreren Gewebeeinlage/n und/oder Matte/n, eine weitestgehend formstabile Verstärkungseinlage ausbildend, in eine Kunststoffmatrix eingebettet sein. Weiter vorteilhaft kann es angezeigt sein, dass die zumindest eine Verstärkungseinlage eine oder mehrere Bohrungen und/oder Ausnehmungen zur Erzielung eines verbesserten Formschlusses mit dem die zumindest eine Verstärkungseinlage aufnehmenden Kunststoff während der Einbettung der Verstärkungseinlage in besagten Kunststoff aufweist. Das in Rede stehende Kunststoffbauteil kann durch ein Fußpedal, wie Kupplungs-, Brems- oder Gaspedal, durch einen Pedallagerbock, durch ein Frontend oder durch jedwedes andere, zumindest eine Verstärkungseinlage erforderndes Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gebildet sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteiles für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer in das Kunststoffbauteil eingebetteten Verstärkungseinlage, zeichnet sich durch folgende nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte aus:

a) Bereitstellung zumindest einer separaten, vorab hergestellten und vorgeformten, sowie aus einer oder mehreren Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern gebildeten Verstärkungseinlage,
b) Einlegen der zumindest einen Verstärkungseinlage in ein an sich bekanntes Werkzeug zur Herstellung von Kunststoffformteilen, und
c) Ummanteln der zumindest einen Verstärkungseinlage mit einem geeigneten Kunststoff gemäß der gewünschten Außenkontur des Kunststoffbauteils.

Im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) kann vorteilhaft zumindest eine Verstärkungseinlage bereitgestellt werden, die eine oder mehrere Gewebeeinlagen und/oder Matten aus Endlosfasern in Form von Kunstfasern, wie Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Keramikfasern und dgl. mehr, und/oder in Form von Naturfasern aufweist. Weiter kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) zumindest eine Verstärkungseinlage bereitgestellt werden, deren eine oder mehrere Gewebeeinlage/n und/oder Matte/n, eine weitestgehend formstabile Verstärkungseinlage ausbildend, in eine Kunststoffmatrix eingebettet wurden. Schließlich kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) zumindest eine Verstärkungseinlage bereitgestellt werden, in welche nach oder unmittelbar während der Herstellung derselben eine oder mehrere Bohrungen und/oder Ausnehmungen zur Erzielung eines verbesserten Formschlusses mit dem die zumindest eine Verstärkungseinlage aufnehmenden Kunststoff während des Ummantelns der zumindest einen Verstärkungseinlage mit besagtem Kunststoff gemäß Verfahrensschritt c) eingeformt oder eingearbeitet wurden. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Kunststoffbauteil der oben beschrieben Art sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Kunststoffbauteil, welches nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert: Es zeigen:
1 äußerst schematisch ein Kunststoffbauteil in Form eines Fußpedals nach dem Stand der Technik, mit einer metallenen Verstärkungseinlage, welche gemäß der gewünschten Außenkontur des Fußpedals mit einem Kunststoff umspritzt ist,
2 eine Verstärkungseinlage eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kunststoffteils in Form eines Fußpedals in einer Einzeldarstellung, und
3 den Schnitt 1-1 nach 2.
1 zeigt somit ein Kunststoffbauteil 1 in Form eines Fußpedals nach dem Stand der Technik, mit einer metallenen Verstärkungseinlage 2, welche gemäß der gewünschten Außenkontur des Fußpedals mit einem Kunststoff 3 nach einem an sich bekannten Spritzgießverfahren umspritzt ist.
Im Wesentlichen besteht besagte Verstärkungseinlage 2 aus einem aus einer Metallplatine ausgestanzten Metallblech, beispielsweise Stahlblech, welches mit Bohrungen 4 und/oder Ausnehmungen versehen ist und in ein nicht näher gezeigtes, jedoch an sich bekanntes Spritzgießwerkzeug eingelegt und nachfolgend mit Kunststoff 3 derart umspritzt wird, dass ein die gewünschte Kontur des herzustellenden Fußpedals zumindest teilweise abbildende Kavität des Spritzgießwerkzeugs mit Kunststoff 3 gefüllt wird.
In besagte Bohrungen 4 und/oder Ausnehmungen der metallenen Verstärkungseinlage 2 dringt Kunststoff 3 ein, woraus letztlich ein verbesserter Formschluss des ausgehärteten Kunststoffes 3 mit der metallenen Verstärkungseinlage 2 zu verzeichnen ist.
Wie bereits einleitend ausgeführt, verfügt ein solcherart ausgebildetes Fußpedal über ein relativ hohes Gewicht, welches insbesondere der Verwendung einer metallenen Verstärkungseinlage 2 geschuldet ist.
Um diesem Umstand zu begegnen, ist nunmehr zumindest eine in das Kunststoffbauteil 1 respektive in das Fußpedal eingebettete Verstärkungseinlage 2' vorgesehen, die ihrerseits durch eine oder mehrere separate, vorab hergestellte und vorgeformte, d. h., eine bestimmte gewünschte Kontur im fertigen Kunststoffbauteil 1 weitestgehend bereits umfassende Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern 5 gebildet ist (nicht näher dargestellt).
Die besagte/n Gewebeeinlagen/n und/oder Matte/n wird/werden sozusagen als Verstärkungseinlage 2' in das hier nicht näher dargestellte, jedoch an sich bekannte Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit einem geeigneten Kunststoff 3, beispielsweise einem Polyamid, gemäß der gewünschten Außenkontur des Kunststoffbauteils 1 umspritzt.
Die Gewebeeinlage/n und/oder Matte/n aus Endlosfasern 5 ist/sind vorzugsweise durch Kunstfasern, wie Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Keramikfasern und dgl. mehr, und/oder durch Naturfasern gebildet.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, hat es sich im Rahmen von umfangreichen Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die eine oder mehreren Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern 5 vorab vermittels eines gesonderten Spritzgießwerkzeuges in eine Kunststoffmatrix 6 eingebettet werden und im ausgehärteten Zustand der Kunststoffmatrix 6, welche beispielsweise ebenfalls durch ein Polyamid gebildet sein kann, eine weitestgehend formstabile Verstärkungseinlage 2' ausbilden, die sich leicht handhaben und im Rahmen der eigentlichen Herstellung des Kunststoffbauteils 1 durch Umspritzen mit Kunststoff 3 leicht weiterverarbeiten lässt.
Werden für die Kunststoffmatrix 6 und den im Rahmen der Endfertigung des Kunststoffbauteils 1 umspritzten Kunststoff 3 gleiche oder weitestgehend gleiche Werkstoffe verwendet, ist überdies in vorteilhafter Weise noch ein wirksamer Stoffschluss zwischen der Kunststoffmatrix 6 und dem umspritzten Kunststoff 3 zu verzeichnen, da an der Oberfläche der Verstärkungseinlage 2' der Kunststoff der Kunststoffmatrix 6 während des Umspritzens in Grenzen anschmilzt.
Zur weiteren Verbesserung des Formschlusses zwischen der zumindest einen Verstärkungseinlage 2' und dem umspritzten Kunststoff 3 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der zumindest einen Verstärkungseinlage 2' ebenfalls Bohrungen 4 und/oder Ausnehmungen vorgesehen, in die besagter Kunststoff 3 während des Spritzgießens der Außenkontur des Kunststoffbauteils 1 eindringt.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Kunststoffformteils in Form eines Spritzgießwerkzeuges ab. Denkbar ist es jedoch auch, und demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, statt dessen ein geeignetes, an sich bekanntes und demgemäß hier nicht näher beschriebenes Pressenwerkzeug in Anwendung zu bringen, vermittels dessen separat hergestellte Außenhaut- bzw. Ummantelungsteile aus Kunststoff, die ihrerseits ggf. schon die Außenkontur des Kunststoffbauteils 1 abbilden, unter Einschluss der zumindest einen Verstärkungseinlage 2' zusammenzupressen und ggf. unter Zufuhr von Wärme und/oder mittels eines Klebstoffes stoffschlüssig fest zu verbinden.
Vorstehendes Ausführungsbeispiel stellt weiter im Wesentlichen auf ein Kunststoffbauteil 1 in Form eines Fußpedals, wie eines Kupplungs-, Brems- oder Gaspedals, ab.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf besagte Fußpedale, sondern erfasst jedwede anderen, zumindest eine Verstärkungseinlage 2' erfordernde Bauteile an Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen. So können beispielsweise auch Pedallagerböcke und/oder auch das Frontend aus Kunststoff mit zumindest einer Verstärkungseinlage 2' der erfindungsgemäßen Art ausgestattet sein.

1: Kunststoffbauteil
2: Verstärkungseinlage (Stand der Technik)
2': Verstärkungseinlage (erfindungsgemäß)
3: Kunststoff
4: Bohrungen
5: Endlosfasern
6: Kunststoffmatrix

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1097068 B1 [0002]
- EP 1331150 B1 [0002]
- DE 3427097 A1 [0002]
- DE 4226352 A1 [0002]

Claims

Kunststoffbauteil (1) für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer in das Kunststoffbauteil (1) eingebetteten Verstärkungseinlage (2'), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verstärkungseinlage (2') durch eine oder mehrere separate, vorab hergestellte und vorgeformte Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern (5) gebildet ist.
Kunststoffbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichteten Endlosfasern (5) durch Kunstfasern, wie Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Keramikfasern und dgl. mehr, und/oder durch Naturfasern gebildet sind.
Kunststoffbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Gewebeeinlage/n und/oder Matte/n, eine weitestgehend formstabile Verstärkungseinlage (2') ausbildend, in eine Kunststoffmatrix (6) eingebettet ist/sind.
Kunststoffbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verstärkungseinlage (2') eine oder mehrere Bohrungen (4) und/oder Ausnehmungen zur Erzielung eines verbesserten Formschlusses mit dem die zumindest eine Verstärkungseinlage (2') aufnehmenden Kunststoff (3) während der Einbettung der Verstärkungseinlage (2') in besagten Kunststoff (3) aufweist.
Kunststoffbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (1) durch ein Fußpedal, wie Kupplungs-, Brems- oder Gaspedal, durch einen Pedallagerbock, durch ein Frontend oder durch jedwedes andere, zumindest eine Verstärkungseinlage (2') erforderndes Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteiles (1) für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer in das Kunststoffbauteil (1) eingebetteten Verstärkungseinlage (2'), gekennzeichnet durch folgende nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte: a) Bereitstellung zumindest einer separaten, vorab hergestellten und vorgeformten, sowie aus einer oder mehreren Gewebeeinlagen und/oder Matten aus gerichteten Endlosfasern (5) gebildeten Verstärkungseinlage (2'), b) Einlegen der zumindest einen Verstärkungseinlage (2') in ein an sich bekanntes Werkzeug zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, und c) Ummanteln der zumindest einen Verstärkungseinlage (2') mit einem geeigneten Kunststoff (3) gemäß der gewünschten Außenkontur des Kunststoffbauteils (1).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) zumindest eine Verstärkungseinlage (2') bereitgestellt wird, die eine oder mehrere Gewebeeinlagen und/oder Matten aus Endlosfasern (5) in Form von Kunstfasern, wie Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Keramikfasern und dgl. mehr, und/oder in Form von Naturfasern aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) zumindest eine Verstärkungseinlage (2') bereitgestellt wird, deren eine oder mehrere Gewebeeinlage/n und/oder Matte/n, eine weitestgehend formstabile Verstärkungseinlage (2') ausbildend, in eine Kunststoffmatrix (6) eingebettet wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) zumindest eine Verstärkungseinlage (2') bereitgestellt wird, in welche nach oder unmittelbar während der Herstellung derselben eine oder mehrere Bohrungen (4) und/oder Ausnehmungen zur Erzielung eines verbesserten Formschlusses mit dem die zumindest eine Verstärkungseinlage (2') aufnehmenden Kunststoff (3) während des Ummantelns der zumindest einen Verstärkungseinlage (2') mit besagtem Kunststoff (3) gemäß Verfahrensschritt c) eingeformt oder eingearbeitet wurden.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Kunststoffbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Kunststoffbauteil (1), welches nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt ist.