DE102009052087A1

DE102009052087A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102009052087A1
Application number: DE200910052087
Authority: DE
Inventors: Fred Dipl.-Ing. Eggers; Thorsten HÖPPNER; Peter Dipl.-Ing. Pelke; Eckhard Dipl.-Ing. Reese (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, bei welchem ein Profilbauteil, insbesondere ein Rohr, aus einer Metalllegierung durch Innenhochdruck umgeformt wird und ein Kunststoffteil in einem Anbindungsbereich des Profilbauteils durch Spritzgießen an das Profilbauteil angeformt wird, wobei der Anbindungsbereich vor dem Spritzgießen mit einem Plasmastrahl, insbesondere einem atmosphärischen Plasmastrahl, gereinigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Solche Verbundbauteile aus innenhochdruckumgeformten Metallrohren und an diese angespritzten Kunststoffteilen sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Durch die Kombination des Innenhochdruckumformens mit dem Spritzgießen lässt sich eine besonders einfache und schnelle Herstellung auch komplex geformter Bauteile bewerkstelligen, die gleichzeitig die Integration vielfältiger Funktionen in diese Bauteile erlaubt. Es kann sich dabei beispielsweise um Trägerbauteile für Kraftwagen handeln, in die noch zusätzliche Anbindungsfunktionen integriert werden sollen. Hierunter fallen beispielsweise Integralträger, Montageträger, Cockpitquerträger und dergleichen. Im Betrieb eines Kraftwagens unterliegen solche Träger einer Vielzahl von Torsions- und Biegungsbeanspruchungen, die oft als relativ hochfrequente Schwingungen auftreten. Hierdurch kann es zu einer Lockerung der Verbindung zwischen Kunststoff und dem Profilbauteil kommen. Solche Bauteile erfüllen daher oftmals nachteiligerweise nicht die notwendigen Anforderungen an Eigenfrequenzfestigkeit und Langzeitstabilität.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass besonders haltbare Verbundbauteile geschaffen werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils wird ein Profilbauteil, insbesondere ein Rohr, aus einer Metalllegierung durch Innenhochdruck umgeformt. An einen Anbindungsbereich des Profilbauteils wird anschließend ein Kunststoffteil durch Spritzgießen an das Profilbauteil angeformt. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass der Anbindungsbereich vor dem Spritzgießen mit einem Plasmastrahl, insbesondere einem atmosphärischen Plasmastrahl, gereinigt wird. Durch den Plasmastrahl werden der Oberfläche hochenergetische Plasmateilchen zugeführt, durch welche Verunreinigungen auf der Oberfläche kinetisch von der Oberfläche gelöst, verdampft oder durch chemische Reaktion entfernt werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders reine Oberfläche, an der das angeformte Kunststoffteil besonders gut haftet. Hierdurch kann ein Verbundbauteil geschaffen werden, welches auch unter den Belastungen des Betriebs in einem Kraftwagen die nötige Festigkeit und Eigenfrequenzstabilität besitzt.
Es ist weiterhin zweckmäßig, nach dem oder während des Reinigens den Anbindungsbereich mit einem Plasmastrahl, welchem ein Haftvermittlungsmittel zugefügt ist, zu behandeln. Teilchen des Haftvermittlungsmittels werden durch den Plasmastrahl auf der Oberfläche des Anbindungsbereichs fixiert und in eine oberflächennahe Schicht des Profilbauteils eingelagert. Hierdurch wird die Haftung zwischen dem Kunststoffteil und dem Profilbauteil weiter verbessert. Als Haftvermittlungsmittel wird vorzugsweise ein Mischpolyamid verwendet. Hierdurch wird eine Oberfläche im Anbindungsbereich geschaffen, die besonders gut geeignet ist, die Haftung korrespondierender Kunststoffe zu verbessern. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn zum Spritzgießen selbst ein Polyamid verwendet wird.
Das Reinigen kann vorzugsweise vor dem Einlegen des Rohrs in ein Spritzgusswerkzeug oder ein kombiniertes Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug erfolgen. Gerade durch die Kombination von Innenhochdruckumformen und Spritzgießen im selben Werkzeug ist eine besonders schnelle Herstellung von Verbundbauteilen möglich. Durch die Plasmastrahlbehandlung vor dem Einlegen des Rohres in das Werkzeug ist es damit nicht notwendig, das Rohr vor dem Spritzgießen nochmals aus dem Werkzeug zu entfernen, so dass die verfahrenstechnischen Vorteile des kombinierten Innenhochdruckumformens und Spritzgießens auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten bleiben.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels kurz erläutert werden.
Zum Herstellen von Verbundbauteilen für Kraftwagen bedient man sich zunehmend einer Kombination aus Innenhochdruckumformen und Spritzgießen. Hierzu wird zunächst ein Profilbauteil, beispielsweise ein Rohr, aus einer Metalllegierung wie Stahl oder einer Leichtmetalllegierung durch Innenhochdruck umgeformt. Hierzu wird das Profilbauteil in ein Umformwerkzeug eingelegt, welches die Außenkontur des Profilbauteils nur teilweise umschließt. Durch Beaufschlagen eines Innenraums des Profilbauteils mit einem unter Druck stehenden Medium weitet sich das Rohr in denjenigen Bereichen, die nicht an einer Werkzeugwandung anliegen, auf und erhält so seine gewünschte Form.
Anschließend oder auch gleichzeitig hierzu kann eine Kunststoffmasse, beispielsweise Polyamid, in weitere Kavitäten des Werkzeugs eingepresst werden, so dass Kunststoffteile an das Profilbauteil angeformt werden. Hierdurch können besonders leichte Bauteile mit einer Vielzahl von integrierten Funktionen geschaffen werden. Nachteiligerweise ist die Haftung zwischen dem Polyamid und dem Metall des Profilbauteils oftmals nicht ausreichend, um eine Langzeitstabilität des Verbundbauteils bei seinem Einsatz im Kraftwagen sicherzustellen.
Daher ist es zweckmäßig, vor dem Spritzgießen des Polyamids an das Profilbauteil einen Anbindungsbereich des Kunststoffes an das Profilbauteil zu reinigen. Dies geschieht vorzugsweise mit einem Plasmastrahl. Ein solcher Plasmastrahl kann auf einfache Weise mittels eines Lichtbogens erzeugt werden, durch welchen mithilfe einer Düse ein Gasstrahl geleitet wird. Bei der Passage des Gasstrahls durch den Lichtbogen werden aufgrund der hohen Energien des Lichtbogens Elektronen aus den Gasmolekülen beziehungsweise Atomen freigeschlagen, so dass der gewünschte Plasmastrahl entsteht.
Die hochenergetischen Teilchen eines solchen Plasmastrahls werden in der Folge auf die Oberfläche des Profilbauteils, die mit dem Kunststoff umspritzt werden soll, geleitet und lösen dort Verunreinigungen von der Oberfläche ab. Dies kann einfach durch die kinetische Energie der hochenergetischen Teilchen geschehen. Neben diesem kinetischen „Losschlagen” von Verunreinigungen kann es auch zum Verdampfen der Verunreinigungen durch die Wärme des Plasmastrahls kommen. Weiterhin sind chemische Reaktionen zwischen den Ionen beziehungsweise Radikalen im Plasmastrahl und den Molekülen der Verunreinigung möglich. Die Gesamtenergie des Plasmastrahls ist jedoch niedrig genug, dass sich das Profilbauteil im bestrahlten Bereich nicht wesentlich erwärmt. Daher kommt es bei diesem Reinigungsverfahren auch nicht zu wärmebedingten Verzögen des Profilbauteils.
Um den gewünschten Reinigungseffekt zu optimieren oder an die chemische Natur des zu reinigenden Bauteils anzupassen, können verschiedene Trägergase verwendet werden. Im einfachsten Fall wird ein atmosphärisches Plasma verwendet, es wird also lediglich Luft durch den Lichtbogen geleitet. Aufgrund des Sauerstoffanteils der Luft hat ein solches atmosphärisches Plasma oxidierende Natur. Sollte es gewünscht sein, die Reinigung unter reduzierenden Bedingungen durchzuführen, können entsprechend angepasste Gase verwendet werden und das Verfahren unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.
Um die Haftung des Kunststoffes am Profilbauteil weiter zu verbessern, kann zusätzlich mithilfe eines Plasmastrahls ein Haftvermittler auf die Oberfläche des Profilbauteils, die umspritzt werden soll, aufgebracht werden. Dies kann gleichzeitig mit dem Reinigen geschehen oder auch in einem separaten Arbeitsschritt durchgeführt werden. Der Haftvermittler wird analog zu bekannten Spritzverfahren dem Plasmastrahl zugeführt und löst sich im Plasma in feine Partikel auf, die vom Plasma auf die Oberfläche getragen werden und sich sowohl oberflächlich auf der Oberfläche ablagern als auch in eine oberflächennahe Schicht des Profilbauteils inkorporieren. Als Haftvermittler kann beispielsweise ein Mischpolyamid verwendet werden. Die chemische Natur der so behandelten Oberfläche, insbesondere ihre Polarität, wird durch den Haftvermittler an die chemische Natur des zum Umspritzen verwendeten Kunststoffes angepasst, so dass sich ein besonders guter Halt ergibt.
Insgesamt wird mit einem derartigen Verfahren eine besonders stabile stoff- und formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Profilbauteil geschaffen, so dass das so hergestellte Verbundbauteil auch den im Kraftwagen vorliegenden hohen Beanspruchungen standzuhalten vermag.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, bei welchem ein Profilbauteil, insbesondere ein Rohr, aus einer Metalllegierung durch Innenhochdruck umgeformt wird und ein Kunststoffteil in einem Anbindungsbereich des Profilbauteils durch Spritzgießen an das Profilbauteil angeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anbindungsbereich vor dem Spritzgießen mit einem Plasmastrahl, insbesondere einem atmosphärischen Plasmastrahl, gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem oder während des Reinigens der Anbindungsbereich mit einem Plasmastrahl, welchem ein Haftvermittlungsmittel zugefügt ist, behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftvermittlungsmittel ein Mischpolyamid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spritzgießen ein Polyamid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen vor dem Einlegen des Rohrs in ein Spritzgusswerkzeug oder kombiniertes Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug erfolgt.