DE102010014542B4 - Method for producing a composite component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (2,15), wobei ein Hohlprofil (4,18) und ein Anschlussbauteil (1,16) aneinander angeordnet werden und in dieser Anordnungslage mittels eines Spritzgießmaterials unter Ausbildung des Verbundbauteils (2,15) umspritzt werden,- wobei das Anschlussbauteil (1,16) eine Aufnahme (3,17) aufweist, in die das Hohlprofil (4,18) eingebracht wird,- und wobei das Hohlprofil (4,18) mittels eines fluidischen Innenhochdrucks unter konturtreuer Anlage an der Aufnahme (3,17) des Anschlussbauteils (1,16) aufgeweitet wird,- und wobei das Anschlussbauteil (1,16) und das sich in dessen Aufnahme (3,17) befindliche Hohlprofil (4,18) während der Aufweitung im Aufnahmebereich bei anliegendem Innenhochdruck im Hohlprofil (4,18) umspritzt werden,- wobei das Anschlussbauteil (1,16) nur elastisch, das Hohlprofil (4,18) jedoch plastisch aufgeweitet wird.Method for producing a composite component (2, 15), wherein a hollow profile (4, 18) and a connection component (1, 16) are arranged next to one another and are injection-molded in this arrangement position by means of an injection molding material to form the composite component (2, 15), wherein the connection component (1, 16) has a receptacle (3, 17) into which the hollow profile (4, 18) is introduced, and wherein the hollow profile (4, 18) is brought into contact with the receptacle (7) by means of a fluidic internal high pressure under contour-conforming engagement 3, 17) of the connection component (1, 16) is widened, and wherein the connection component (1, 16) and the hollow profile (4, 18) located in its receptacle (3, 17) during the expansion in the receiving region with applied internal high pressure in the hollow profile (4,18) are encapsulated, - wherein the connecting member (1,16) only elastic, the hollow profile (4,18), however, is widened plastically.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for producing a composite component according to the preamble of
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der
Die Patentanmeldung
Die PCT-Anmeldung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass die Herstellung eines Verbundbauteils mit geringem Gewicht und komplexer Bauart in einfacher Weise und prozesssicher ermöglicht wird.The invention has the object of developing a generic method to the effect that the production of a composite component with low weight and complex design is made possible in a simple manner and process reliable.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved by the features of
Hierbei wird das Hohlprofil in eine Aufnahme des Anschlussbauteils eingebracht, wonach das Hohlprofil mittels fluidischen Innenhochdrucks unter konturtreuer Anlage an der Aufnahme des Anschlussbauteils aufgeweitet wird.Here, the hollow profile is introduced into a receptacle of the connection component, after which the hollow profile is expanded by means of fluidic internal high pressure under contour-true contact with the receptacle of the connection component.
Währenddessen werden das Anschlussbauteil und das sich in dessen Aufnahme befindliche Hohlprofil im Aufnahmebereich bei anliegendem Innenhochdruck im Hohlprofil umspritzt. Aufgrund eines anliegenden Innenhochdruckes, der nicht zwangsweise die Höhe eines Umformdruckes besitzen muss sondern vielmehr nur einen Stützdruck darstellen kann, wird ein Einfallen des Hohlprofils beim Spritzgießvorgang verhindert, was die Prozesssicherheit gewährleistet und die Ausschussquote minimiert. In Zusammenwirkung mit dem anliegenden Innenhochdruck trägt der Wegfall von Sicken und insbesondere von Perforationen ebenfalls zur Prozesssicherheit bei, da die Perforationen das Aufbringen eines Innenhochdruckes verhindern würden. Des Weiteren vereinfacht der genannte Verzicht auf Sicken und Perforationen die Gestaltung des Hohlprofils und des Anschlussbauteils und damit das Herstellungsverfahren des Verbundbauteils erheblich. Da allein der Stützdruck ausreicht um einen Kollaps des Hohlprofils beim Spritzgießen zu vermeiden, kann das Hohlprofil gegebenenfalls auch das Anschlussbauteil mit geringen Wandstärken ausgestattet sein, was wesentlich zum Leichtbau des Verbundbauteils beiträgt. Dadurch, dass die Ausformung des Hohlprofils in der Aufnahme des Anschlussbauteils mittels Innenhochdruck erfolgt und nicht vor dem Einbringen in die Aufnahme, wird der Herstellungsprozess verkürzt. Ebenso ermöglicht dies die exakte Anpassung des Hohlprofils an die Aufnahme des Anschlussbauteils, so dass keine Montagetoleranzen auftreten. Obwohl es denkbar ist, dass das Hohlprofil mit dem Anschlussbauteil nach der Aufweitung im Innenhochdruckumformwerkzeug in ein separates Spritzgießwerkzeug umgesetzt werden kann, ist es zum einen für die Verfahrenökonomie und für einen geringen apparativen Aufwand von Vorteil Aufweiten und Umspritzen im gleich Werkzeug abfolgen zu lassen. Hierbei sind entweder das Innenhochdruckumformwerkzeug oder das Spritzgießwerkzeug entsprechend bautechnisch bzw. konstruktiv auf das dort zusätzlich ausgeführte Verfahren anzupassen. Zum anderen entstehen keine möglichen Schäden durch die Umsetzung. Mit der Umspritzung entsteht dann das Verbundbauteil, welche zur Verkürzung des Herstellungsprozesses bereits während des Aufweitvorgangs erfolgen kann. Dabei ist darauf zu achten, dass das flüssige oder breiige Spritzgießmaterial noch nicht erstarrt ist, so dass dies die Aufweitung schadlos mitmachen kann.In the meantime, the connection component and the hollow profile located in its receptacle in the receiving area are encapsulated in the hollow profile with adjacent internal high pressure. Due to an applied internal high pressure, which does not necessarily have to have the height of a forming pressure but rather can only represent a support pressure, a collapse of the hollow profile during injection molding is prevented, which ensures process reliability and minimizes the reject rate. In conjunction with the applied internal high pressure, the absence of beads and in particular of perforations also contributes to process reliability, since the perforations would prevent the application of a hydroforming. Furthermore, said waiver of beads and perforations simplifies the design of the hollow profile and the connection component and thus the manufacturing process of the composite component considerably. Since only the support pressure is sufficient to avoid a collapse of the hollow profile during injection molding, the hollow section may optionally also be equipped with low wall thicknesses of the connection component, which contributes significantly to the lightweight construction of the composite component. Due to the fact that the formation of the hollow profile takes place in the receptacle of the connection component by means of internal high pressure and not before the introduction into the receptacle, the Shortened manufacturing process. Likewise, this allows the exact adaptation of the hollow profile to the receptacle of the connection component, so that no assembly tolerances occur. Although it is conceivable that the hollow profile can be implemented with the connection component after expansion in hydroforming in a separate injection mold, it is on the one hand for the process economy and for a low equipment cost of advantage widening and encapsulation in the same tool to follow. Here, either the hydroforming or the injection mold according to structural or constructive adapt to the additional process performed there. On the other hand, no possible damage is caused by the implementation. The encapsulation then produces the composite component, which can already be done during the expansion process in order to shorten the production process. It is important to ensure that the liquid or pasty injection molding material is not yet solidified, so that this can join the expansion harmless.
Als Anschlussbauteil kann ein Blechprofil verwandt werden, das im Tiefziehverfahren konstruktiv in einfacher Weise gezielt an die Anforderungen wie beispielsweise die Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen und/oder eine geeignete Anbindung an die Fahrzeugumgebung angepasst werden kann, die in Verbauungslage des Verbundbauteils an dieses am Orte des Anschlussteils gestellt sind. Dabei kann das Blech unterschiedlich dick sein oder/und auch aus einzelnen, jedoch miteinander verbundenen tailored blanks bestehen. In das Blechprofil können weiterhin Aufnahmen für im Kraftfluss liegende Elemente wie Buchsen usw. in die Verstärkungsstruktur des in den Gesamtzusammenbau eingefügten Verbundbauteils integriert werden.As a connection component, a sheet metal profile can be used, which can be adapted in a deep drawing constructively in a simple manner to the requirements such as stability to mechanical loads and / or a suitable connection to the vehicle environment in Verbauungslage the composite component of this at the location of the connection part are placed. In this case, the sheet may be different thicknesses and / or consist of individual, but interconnected tailored blanks. Furthermore, receptacles for elements lying in the force flow, such as sockets, etc., can be integrated into the sheet-metal profile in the reinforcing structure of the composite component inserted into the overall assembly.
Die Aufnahme kann als Durchführung bzw. Loch im Blechprofil ausgebildet sein, welches dann zur Einnahme der Anordnungslage für den Aufweitvorgang und das Umspritzen auf das Hohlprofil aufgeschoben wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Aufnahme durch eine Auskröpfung des Blechprofils gebildet ist, die - endseitig des länglichen Blechprofils gelegen - klauenartig anmutet. Das Hohlprofil wird zur Verbindung durch die Öffnung der Auskröpfung des Blechprofils in diese eingelegt, wobei das Blechprofil das Hohlprofil in der Einbringungslage zu 180° umgreift. Die Art der Aufnahme ist besonders einfach herzustellen, da sie im Tiefziehvorgang, in dem dem strukturlosen Ausgangsblech oder der Platine eine entsprechende Kontur gegeben wird, gleich mit ausgeformt werden kann.The receptacle can be formed as a passage or hole in the sheet metal profile, which is then pushed to take the arrangement position for the expansion process and encapsulation on the hollow profile. Furthermore, it is conceivable that the receptacle is formed by a Auskröpfung of the sheet metal profile, which - located at the end of the elongated sheet metal profile - claw-like. The hollow profile is inserted for connection through the opening of the Auskröpfung of the sheet metal profile in this, wherein the sheet metal profile surrounds the hollow profile in the Einbringungslage to 180 °. The type of recording is particularly easy to produce, since they can be formed in the deep drawing process, in which the structureless output sheet or board is given a corresponding contour, with the same.
Das Anschlussbauteil kann auch als Hohlprofil, insbesondere als Rohr oder Strangpressprofil ausgebildet sein, was die Steifigkeit des Verbundbauteils noch weiter erhöht. Zur Bauraumanpassung oder Belastungsausrichtung kann das Rohr in einem vorweggenommenen Verfahrensschritt vorgebogen werden. Durch eine entsprechende Biegekontur lässt sich die genannte Aufnahme gleichfalls relativ einfach ausbilden.The connection component can also be designed as a hollow profile, in particular as a tube or extruded profile, which further increases the rigidity of the composite component. For adapting the installation space or the load orientation, the pipe can be pre-bent in an anticipated method step. By a corresponding bending contour, the said recording can also be relatively simple form.
Das Hohlprofil, das den Träger für das Anschlussbauteil bildet, kann auch vorgebogen und/oder tordiert sein. Die tordierte Kontur des Hohlprofils hat darüber hinaus noch den Vorteil, dass das später umspritzte Spritzgießmaterial in axialer und auch in Umfangsrichtung durch die formschlüssige Umgreifung festgesetzt wird, so dass ein Wegrutschen auf dem Hohlprofil nicht mehr möglich ist. Aufgrund der Zusammenwirkung des Spritzgusses mit dem Hohlprofil und dem Anschlussbauteil ist ein hochkomplexes multifunktionales Verbundbauteil in einfacher Weise herstellbar, das leicht von Gewicht, aber trotzdem extrem stabil und biege- bzw. auch verwindungssteif ist. Des Weiteren können alle Befestigungselemente und Fügetechniken, die in bekannten Bauweisen üblich sind, entfallen. Dies macht die Herstellung besonders schnell, einfach und preiswert.The hollow profile, which forms the support for the connection component, can also be pre-bent and / or twisted. The twisted contour of the hollow profile also has the advantage that the later molded injection-molded material is fixed in the axial and in the circumferential direction by the positive encompassing, so that slipping on the hollow profile is no longer possible. Due to the interaction of the injection molding with the hollow profile and the connection component, a highly complex composite component can be produced in a simple manner, which is light in weight but nevertheless extremely stable and resistant to bending or torsion. Furthermore, all fasteners and joining techniques, which are common in known constructions, omitted. This makes the production particularly fast, easy and inexpensive.
Ein sehr guter Halt des Anschlussbauteils am Hohlprofil wird durch die Umspritzung erzielt, die beide im Bereich der Aufnahme umgreift und durch Formschluss und auch durch Schrumpfung des Spritzgießmaterials während des Erstarrens verbindet.A very good hold of the connection component on the hollow profile is achieved by the encapsulation, which engages both in the recording area and connects by positive engagement and also by shrinkage of the injection molding during solidification.
Dabei wird das Anschlussbauteil nur elastisch, das Hohlprofil jedoch plastisch aufgeweitet. Hierbei wird das Anschlussbauteil in seiner Fertigform in das Innenhochdruckumformwerkzeug eingebracht. Aufgrund dessen, dass das Hohlprofil sich plastisch aufweitet, während sich die Aufnahme des Anschlussbauteils nur elastisch aufweitet, bekommt das Hohlprofil in der Aufnahme ein Übermaß, wodurch infolge der elastisch zurückfedernden Aufnahme nach Entspannung des Fluiddruckes ein Presssitz zwischen der Aufnahme und dem Hohlprofil gebildet wird. Dies steigert den Halt der Einzelteile des Verbundbauteils aneinander ungemein. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass das Hohlprofil sich durch die Aufweitung lediglich an die Aufnahme anlegt ohne eine Klemmspannung in der Aufnahme zur erzeugen. In diesem Falle ist es allein die Umspritzung, die das Verbundbauteil unlösbar zusammenhält.The connection component is only elastic, but the hollow profile is widened plastically. Here, the connection component is introduced in its finished form in the hydroforming. Due to the fact that the hollow profile expands plastically, while the inclusion of the connection component only widening elastically, the hollow profile gets in the recording an excess, which is formed as a result of the elastically rebounding recording after relaxation of the fluid pressure an interference fit between the receptacle and the hollow profile. This increases the hold of the individual parts of the composite component to each other immensely. Alternatively, however, it is also conceivable that the hollow profile is applied by the expansion only to the recording without a clamping voltage in the recording to produce. In this case, it is only the encapsulation, which holds the composite component inextricably.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird das Hohlprofil mit dem Anschlussbauteil, dessen Aufnahme Formschlusselemente wie Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweist, mittels des Aufweitens formschlüssig verbunden. Infolge dessen, dass die Aufnahme eine von der Kreisform abweichende Kontur besitzen kann und bei der Aufweitung dem Hohlprofil die konturgleiche Form verliehen wird, kommt zwischen der Aufnahme und dem Hohlprofil ein Formschluss zustande, der dieses zumindest drehfest in der Aufnahme des Anschlussbauteils hält. Mit Ausbildung der genannten Formschlusselemente, die vom Hohlprofil umgriffen oder ausgefüllt werden, wird der Formschluss noch weiter verstärkt, so dass auch in axialer Richtung ein hoher Halt gebender Beitrag für die Einzelteile des Verbundbauteils aufgebracht wird.In a particularly preferred embodiment of the invention according to
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird aus dem Anschlussbauteil mittels der Umspritzung ein Funktionselement gebildet. Damit erhält in verfahrensökonomischer Weise die Umspritzung nicht nur die Eigenschaft eines Verbindungselements zwischen dem Hohlprofil und dem Anschlussbauteil sondern darüber hinaus gleichzeitig die Ausprägung eines eigenständigen komplexen und besonders eigenstabilen Bauteils, das beispielsweise als Konsole oder Halter für weitere Fahrzeugkomponenten im Kraftfahrzeugbau dienen kann. Zwar ist es alternativ denkbar, dass sich die Umspritzung allein auf die Verbindung konzentriert. Jedoch ist es bei der Anforderung filigraner Strukturen unerlässlich, das Anschlussbauteil mit Spritzguss entsprechend zu komplettieren. Des Weiteren kann die Umspritzung in Form von Rippen dem Anschlussbauteil eine höhere Steifigkeit geben. In einer Gewicht sparenden Variante kann der Spritzguss den Hauptbestandteil des Funktionselements bilden, während das aus Metall bestehende Anschlussbauteil als Verstärkung des Funktionselements fungiert. In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 erfolgt das Umspritzen durch Schaumspritzgießen. Hierdurch ergeben sich hinsichtlich der Leichtbautechnik große Vorteile, wobei zusätzlich die Steifigkeit des Spritzgusselementes durch die mikrozelluläre Ausprägung des erstarrten Schaums besonders groß ist.In a further particularly preferred embodiment of the invention according to
Nachfolgend ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to several embodiments shown in the drawings.
Dabei zeigen:
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1 In einer perspektivischen Ansicht ein Anschlussbauteil in Rohrform eines erfindungsgemäß herzustellenden Verbundbauteils, -
2 In einer perspektivischen Ansichtdas Abschlussbauteil aus 1 und ein Hohlprofil eines erfindungsgemäß herzustellenden Verbundbauteils, -
3 In einer perspektivischen Ansichtdas Anschlussbauteil aus 1 unddas Hohlprofil aus 2 zu einem Verbundbauteil erfindungsgemäß umspritzt, -
4 In einer Schnittdarstellung ein als Tiefziehblech ausgebildetes Anschlussbauteil und ein in dessen Aufnahme aufzunehmendes Hohlprofil zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Verbundbauteils, -
5 In einer Schnittdarstellung das sich in der Aufnahme des Tiefziehblechs aus4 befindende Hohlprofil zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Verbundbauteils, -
6 In einer Schnittdarstellung das Hohlprofil in der Aufnahme des Anschlussbauteils aus5 nach erfolgter Innenhochdruckaufweitung zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Verbundbauteils, -
7 In einer Schnittdarstellung das erfindungsgemäß hergestellte Verbundbauteil nach Umspritzen des Anschlussbauteils und desHohlprofils aus 6 , -
8 In einer perspektivischen Darstellung ein Abschnittdes Verbundbauteils aus 7 , -
9 In einer perspektivischen Darstellung das Verbundbauteil als wesentliches Bauteil eines Frontends eines Kraftfahrzeugs.
-
1 In a perspective view, a connection component in the tube form of a composite component to be produced according to the invention, -
2 In a perspective view of thefinal component 1 and a hollow profile of a composite component to be produced according to the invention, -
3 In a perspective view of theconnection component 1 and thehollow profile 2 molded according to the invention into a composite component, -
4 In a sectional view of a trained as a deep-drawn sheet metal connection component and a male in its recording hollow profile for the manufacture of a composite component according to the invention, -
5 In a sectional view that is in the recording of thethermoforming sheet 4 Hollow profile for the production of a composite component according to the invention, -
6 In a sectional view of the hollow profile in the receptacle of theconnection component 5 after the internal high pressure expansion for the production according to the invention of a composite component, -
7 In a sectional view of the composite component according to the invention produced after encapsulation of the connection component and thehollow profile 6 . -
8th In a perspective view of a portion of thecomposite component 7 . -
9 In a perspective view of the composite component as an essential component of a front end of a motor vehicle.
In
Gemäß
Hiernach wird in das Hohlprofil
Eine Variante der Erfindung ist bezüglich der Herstellungsabfolge eines Verbundbauteils 15 in den
Nach Abdichtung der Enden
Wie in
Mit anderen Worten kann man auch sagen, dass das Spritzgießmaterial durch die Formgebung des Anschlussbauteils
Nach
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