DE102011009727A1

DE102011009727A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils sowie Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102011009727A1
Application number: DE102011009727A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Reese Eckhard
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-01-29
Filing date: 2011-01-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils (10, 20, 32) mit einem mit einem ersten Kunststoff versehenen textilen Grundbauteil (12, 34), welches mit einem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) zu dem Verbundbauteil (10, 20, 32) ergänzt wird, mit den Schritten: – Herstellen des textilen Grundbauteils (12, 34) durch Tiefziehen eines mit dem ersten Kunststoff versehenen textilen Halbzeugs (38) mittels eines Werkzeugs (54); – Versehen des Grundbauteils (38) mit dem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) durch Spritzgießen in demselben Werkzeug (54), sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils (10, 20, 32), sowie eine Vorrichtung (54) zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils (10, 20, 32).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundbauteils gemäß Patentanspruch 8.
Die DE 103 30 893 A1 offenbart einen Pedallagerbock zur Aufnahme eines Pedals für ein Kraftfahrzeug mit einem Grundkörper und mit einer Verbindungsstelle zur Befestigung des Pedallagerbocks an einer Stirnwand. Der Pedallagerbock umfasst ferner eine Lagerstelle zur Aufnahme eines Pedallagers, wobei der Grundkörper eine Schale und ein der Schale zugeordnetes Verstärkungselement aufweist. Die Schale kann dabei aus Metall bestehen, während das Verstärkungselement aus Kunststoff bestehen kann. Somit ist der Pedallagerbock als Verbundbauteil mit einer hohen Steifigkeit und einem geringen Gewicht ausgebildet.
Der DE 10 2005 061 280 B3 ist ein ungeformtes flächiges Halbzeug als bekannt zu entnehmen, welches wenigstens eine versteifende Einlage aus Metall oder Kunststoff umfasst, die zumindest teilweise formschlüssig in spritzgegossenen Kunststoff eingebetet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die versteifende Einlage zumindest einen Bereich aufweist, der primär vom Schmelzedruck des im Spritzgießverfahren verarbeiteten Kunststoffs dauerhaft verformt ist. Ferner ist dieser Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs bzw. einer Verbundstruktur zu entnehmen, das bzw. die wenigstens eine versteifende Einlage aus Metall oder Kunststoff aufweist, die im Spritzgießverfahren zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt wird. Die versteifende Einlage wird dabei zumindest in einem Bereich mittels des Schmelzedrucks des im Spritzgießverfahren verarbeiteten Kunststoffes dauerhaft verformt. Das Verfahren zum Herstellen des umgeformten Halbzeugs bzw. der Verbundstruktur sowie das Halbzeug bzw. die Verbundstruktur selbst weisen unerwünscht hohe Kosten auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundbauteils bereitzustellen, welche eine kostengünstigere Herstellung des Verbundbauteils ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit einem mit einem ersten Kunststoff versehenen textilen Grundbauteil, welches mit einem weiteren Kunststoff zu dem Verbundbauteil ergänzt wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt, bei welchem das textile Grundbauteil hergestellt wird, indem ein mit dem ersten Kunststoff versehenes textiles Halbzeug mittels eines Werkzeugs tiefgezogen wird.
Bei einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Grundbauteil mit dem weiteren Kunststoff durch Spritzgießen in demselben Werkzeug versehen. Mit anderen Worten wird zum zumindest bereichsweisen Umformen des Halbzeugs und dem Versehen dieses mit dem weiteren Kunststoff ein und dasselbe Werkzeug genutzt, was die Zeit und damit die Kosten zur Herstellung des Verbundbauteils reduziert. Ferner weist das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Verbundbauteil ein besonders geringes Gewicht sowie gleichzeitig eine besonders hohe Steifigkeit auf. Darüber hinaus weist das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Verbundbauteil vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf insbesondere infolge einer stoffschlüssigen Verbindung des weiteren Kunststoffs mit dem Halbzeug.
Darüber hinaus sind mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hohe Umformgrade darstellbar, so dass auch komplexe Geometrien des Verbundbauteils durch Umformen des Grundbauteils darstellbar sind. Insbesondere das textile Halbzeug ist besonders vorteilhaft umformbar.
Das textile Halbzeug weist beispielsweise ein Textil oder eine Textilschicht auf, welches bzw. welche Fasern mit einem bestimmten Faseraufbau umfasst. Der erste Kunststoff fungiert dabei als Matrix, in welcher die Fasern zumindest bereichsweise aufgenommen sind. Bei dem ersten Kunststoff handelt es sich beispielsweise um einen Thermoplasten, so dass das Halbzeug als so genanntes Thermoplast basiertes Halbzeug ausgebildet ist. Durch das Versehen des textilen Halbzeugs mit dem weiteren Kunststoff ist eine leichte spritzgegossene FVK-Bauweise (FVK-faserverstärkter Kunststoff) dargestellt, mittels welcher insbesondere Strukturteile für einen Kraftwagen in Hybridverbundtechnologie hergestellt werden können. Bei diesen Strukturbauteilen handelt es sich beispielsweise um einen Pedallagerbock, an welchem zumindest mittelbar ein Pedal des Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagen, bewegbar zu lagern ist. Bei dem Verbundbauteil kann es sich auch um eine Multifunktionsmulde handeln, in welcher beispielsweise ein Reserverad und/oder ein Pannenkit und/oder Bordwerkzeug oder anderweitige Gegenstände des Kraftwagens zu verstauen sind. Denkbar ist die Verwendung des Verbundbauteils als Türträger, Rückwand, Stirnwand und dergleichen.
Durch diese spritzgegossene leichte FVK-Bauweise kann auf wachsende Anforderungen an Gewichtseinsparungen reagiert werden, so dass der Kraftwagen ein reduziertes Gewicht sowie eine verbesserte Steifigkeit aufweist. Dies kommt einerseits der Fahrdynamik des Kraftwagens zu Gute, andererseits hält dies den Kraftstoffverbrauch und damit die CO₂-Emissionen des Kraftwagens gering. Durch besonders kurze Zykluszeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens können Kosten eingespart werden.
Durch eine gute geometrische Gestaltbarkeit des textilen Halbzeugs sowie durch den Stoffschluss beim Spritzgießen ist eine Funktionsintegration von Anbauteilen sehr kostengünstig zu realisieren. Dabei werden mittels des weiteren Kunststoffes beim Spritzgießen beispielsweise Versteifungsstrukturen, insbesondere Versteifungsrippenstrukturen, Anbindungsstrukturen und/oder anderweitige Funktionsstrukturen ausgebildet und an das tiefgezogene Halbzeug, das heißt an das Grundbauteil, angespritzt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Buchsen und/oder anderweitige Einleger (Inserts) vorzusehen und zumindest bereichsweise in dem weiteren Kunststoff aufzunehmen, das heißt mit dem weiteren Kunststoff zu umspritzen. Die Einleger können weitere Funktionen, beispielsweise die Anbindung von weiteren Anbauteilen an das Verbundbauteil, übernehmen. Damit einher geht eine weitere Steigerung der Funktionsintegration des Verbundbauteils. Ferner ist es möglich, faserschonende Löcher vorzusehen zur Darstellung weiterer Funktionen.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundbauteils, welches ein mit einem ersten Kunststoff versehenes textiles Grundbauteil umfasst, das mit einem weiteren Kunststoff zu dem Verbundbauteil ergänzt ist. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Werkzeug, mittels welchem zum Herstellen des Grundbauteils ein mit dem ersten Kunststoff versehenes textiles Halbzeug tiefziehbar ist und mittels welchem zum Herstellen des Verbundbauteils das tiefgezogene Halbzeug, das heißt das Grundbauteil, mit dem weiteren Kunststoff durch Spritzgießen zu versehen ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die zeit- und kostengünstige Herstellung des leichten und steifen Verbundbauteils analog zu dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Verbundbauteil beispielsweise als Multifunktionsmulde oder als Pedallagerbock ausgebildet ist.
Der Pedallagerbock umfasst dabei beispielsweise einen Grundkörper mit einer Schale, die durch das textile Grundbauteil und damit aus dem insbesondere faserverstärkten ersten Kunststoff ausgebildet ist. Das Grundbauteil ist dabei mit dem weiteren Kunststoff versehen, wobei sich ebenso um einen faserverstärkten, insbesondere kurzfaserverstärkten Kunststoff, insbesondere einen Thermoplasten, handeln kann. Bei dem Spritzgießen wird beispielsweise eine Versteifungsrippenstruktur und/oder anderweitige Funktionsstrukturen ausgebildet, um die Funktionsintegration sowie die Steifigkeit des Pedallagerbock zu steigern, während sein Gewicht gering gehalten werden kann.
Die Vorrichtung umfasst beispielsweise eine Drapiereinrichtung, insbesondere in dem Werkzeug, welches sowohl als Tiefziehwerkzeug wie auch als Spritzgießwerkzeug fungiert. Mittels der Drapiereinrichtung können zwischen geöffneten und somit voneinander beabstandeten Werkzeughälften des Werkzeugs komplexe Geometrien mit hohen Umformgraden des Halbzeugs dargestellt werden, auch über ein so genanntes Synchronziehen und flexible Schiebersysteme, indem das Halbzeug entsprechend tiefgezogen bzw. drapiert wird.
Umfasst das Werkzeug die zumindest zwei Werkzeughälften, zwischen welchen das Halbzeug (beispielsweise das Organoblech) angeordnet wird, so wird zum Durchführen des Spritzgießens das Werkzeug geschlossen, in dem die Werkzeughälften aufeinander zu bewegt werden. Dadurch wird das Halbzeug zumindest bereichsweise innerhalb des Werkzeugs angeordnet. Dann wird das Halbzeug mit dem weiteren Kunststoff durch Spritzgießen versehen.
Bei dem Halbzeug kann es sich um ein so genanntes Organoblech oder ein so genanntes trockenes Hybrid-Textil handeln. Diese weisen eine besonders hohe Steifigkeit und ein besonders geringes Gewicht auf. Von diesen ausgehend kann das steife und leichte Verbundbauteil mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeit- und kostengünstig hergestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens einen pulsierenden Niederhalter und/oder einen pulsierenden Stempel, mittels welchem besonders große Umformgrade realisiert werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass das insbesondere biegeschlaffe Halbzeug durch verfahrbare und/oder beheizbare Nadeln und/oder Vakuumsauger eines Greifers der Vorrichtung umgeformt und/oder insbesondere beim Umformen fixiert wird.
Neben den geringen Kosten und dem geringen Gewicht des Verbundbauteils bei gleichbleibenden oder gar verbesserten mechanischen Eigenschaften weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass es mit weiteren Spritzgießsonderverfahren wie zum Beispiel einem Schäumen von thermoplastischen Kunststoffen kombiniert werden kann. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren hohe Bauteilgenauigkeiten durch das Versehen, insbesondere das Anspritzen, des Grundbauteils mit Kunststoff im Zuge des Spritzgießens.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Halbzeug zeitlich vor dem Umformen mit einer Erwärmungseinrichtung, insbesondere mit einem Infrarotstrahler, erwärmt, so dass es durch das Werkzeug besonders gut umgeformt und so dass besonders hohe Umformgrade dargestellt werden können, ohne das Halbzeug zu beschädigen. Dabei wird das Halbzeug mittels des Werkzeugs, insbesondere in dem Werkzeug, durch einen Tiefziehvorgang in eine endgültige Form des Werkzeugs umgeformt. Daran anschließende Umformschritte sind nicht vorgesehen und nicht vonnöten, was die Kosten zur Durchführung des Verfahrens gering hält. An das Umformen schließt sich insbesondere lediglich das Versehen des Grundbauteils mit dem weiteren Kunststoff sowie gegebenenfalls weitere Bearbeitungsschritte jedoch kein Umformschritt mehr an.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeig in:
1 eine schematische und perspektivische Rückansicht eines Pedallagerbocks für einen Kraftwagen zur Aufnahme eines Pedals, welcher als Verbundbauteil ausgebildet ist;
2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Pedallagerbocks gemäß 1;
3 eine schematische Perspektivansicht eines Muldenteils für eine Karosserie eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagen, welches als Verbundbauteil ausgebildet ist;
4 eine schematische und perspektivische Rückansicht des Pedallagerbocks gemäß 1 mit einer Schnittebene;
5 eine schematische Schnittansicht des Pedallagerbocks gemäß 4 entlang der in 4 dargestellten Schnittebene;
6 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils, beispielsweise des Pedallagerbocks gemäß den vorhergehenden Figuren oder des Muldenteils gemäß 3;
7 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Umformen eines Halbzeugs, aus welchem das Verbundbauteil gemäß 6 hergestellt wird;
8 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs zum Umformen eines Halbzeugs zum Herstellen eines Verbundbauteils bei einem ersten Schritt des Umformens des Halbzeugs;
9 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittsansicht des Werkzeugs gemäß 8 bei einem weiteren Schritt des Umformens;
10 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Werkzeugs gemäß den 8 und 9 bei einem weiteren Schritt des Umformens;
11 eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs zum Umformen eines Halbzeugs zum Herstellen eines Verbundbauteils;
12 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichen einer Herstellung eines Verbundbauteils, beispielsweise des Pedallagerbocks oder des Muldenteils;
13 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Einbringens von Aufnahmelöchern und Buchsen in ein Halbzeug zur Herstellung eines Verbundbauteils;
14 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung einer Herstellung eines Verbundbauteils; und
15a–f jeweils eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Umformens eines Halbzeugs zum Herstellen eines Verbundbauteils.
Die 1 zeigt einen Pedallagerbock 10 für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, an welchem ein Pedal des Kraftwagens bewegbar zu lagern ist. Der Pedallagerbock 10 umfasst ein Grundbauteil 12, welches als Thermoplast basiertes Textil ausgebildet ist. Das Grundbauteil 12 umfasst dabei ein Textil mit Fasern, welche in einem entsprechenden Faseraufbau angeordnet sind. Ferner umfasst das Grundbauteil 12 einen Thermoplast, welcher als Matrix für die Fasern fungiert und in welchem die Fasern zumindest bereichsweise aufgenommen sind. Somit ist das Grundbauteil 12 aus einem faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Das Grundbauteil 12 ist mit einem faserverstärktem, insbesondere kurzfaserverstärkten, Kunststoff durch Spritzgießen versehen und zu dem als Verbundbauteil ausgebildeten Pedallagerbock 10 ergänzt.
Zur Erhöhung der Steifigkeiten ist das Grundbauteil 12 des Pedallagerblocks 10 mit einer Verstärkungsrippenstruktur 14 aus kurzfaserverstärktem Kunststoff wie beispielsweise Polyamid durch Spritzgießen versehen. Dazu wird der Kunststoff in einen Aufnahmeraum des insbesondere schalenförmigen Grundbauteils 12 eingespritzt. Ebenso möglich ist es, das Grundbauteil 12 von einer dem gegenüberliegenden Seite, das heißt von außen, mit dem Kunststoff zu versehen.
Des Weiteren sind zur Anbindung des Pedallagerbocks 10 an eine Stirnwand des Kraftwagens Buchsen 16 in das Grundbauteil 12 eingebracht, die entweder eingepresst werden und anschließend großflächig mit dem Kunststoff umspritzt werden oder welche faserschonend über einen Dorn in das örtlich aufgeheizte Halbzeug, aus welchem das Grundbauteil 12 durch Umformen des Halbzeugs hergestellt wird, eingebracht werden und anschließend umspritzt werden.
Der Pedallagerbock 10 umfasst Lagerstellen 17 zur Lagerung eines Pedals. Im Bereich der Lagerstellen 17 sind massive Wandumspritzungen zur Aufnahme eines Lagerbolzens vorgesehen. Zur Aufnahme eines Bremslichtschalters dient ein Kunststoffhalter 18, welcher an die Verstärkungsrippenstruktur 14 des Grundbauteils 12 angespritzt ist.
In der 2 ist ein Bereich A des Pedallagerbocks 10 vergrößert dargestellt. Bei dem Grundbauteil 12 handelt es sich beispielsweise um ein Organoblech, welches beispielsweise ein Glasfasergewebe umfasst, welches zumindest bereichsweise in Polyamid aufgenommen ist. Das Grundbauteil 10 ist mit dem Kunststoff 19 verstehen, wobei es sich ebenso um Polyamid handeln kann. Durch das Spritzgießen wird der Kunststoff 19 (Polyamid) an das Grundbauteil 12 angespritzt, wodurch sich eine stoffschlüssige Verbindung des Kunststoffs 19 mit dem Kunststoff des Grundbauteils 12 ergibt. Somit weist der Pedallagerbock 10 eine besonders hohe Steifigkeit sowie eine besonders hohe Festigkeit und gleichzeitig ein besonders geringes Gewicht auf.
Die 3 zeigt ein Muldenteil 20 für eine Karosserie eines Personenkraftwagens. Durch das Muldenteil 20 ist beispielsweise eine Multifunktionsmulde gebildet, in welcher ein Reserverad des Kraftwagens und/oder ein Pannenkit und/oder ein Bordwerkzeug und/oder anderweitige Gegenstände verstaut werden können.
Das Muldenteil 20 umfasst ein Grundbauteil 22, welches beispielsweise als Organoblech ausgebildet ist. Das Grundbauteil 22 umfasst dabei beispielsweise ein Glasfasergewebe, welches matrixartig in einem Kunststoff aufgenommen ist. Somit ist das Grundbauteil 12 aus einem faserverstärkten, das heißt glasfaserverstärkten, Kunststoff ausgebildet.
Das Grundbauteil 22 ist dabei mit einem Kunststoff 24 zu einem Verbundbauteil zur Ausbildung des Muldenteils 20 versehen, wobei es sich bei dem Kunststoff 24 um Polyamid handeln kann. Dazu wird das Grundbauteil 22 in einem geeigneten Spritzgießwerkzeug mit dem Kunststoff 24 angespritzt, wobei beispielsweise eine Versteifungsrippenstruktur 26 sowie Anbindungspunkte und Aufnahmen 28 zur Befestigung von Anbauteilen an dem Muldenteil 20 ausgebildet werden.
Das Muldenteil 20 weist dabei einen Aufnahmeraum 29 auf, welcher durch Umformen des zunächst zumindest im Wesentlichen Halbzeugs gebildet wird. Dazu wird das Halbzeug mittels oder in dem Spritzgießwerkzeug, mittels bzw. in welchem das Halbzeug auch mit dem Kunststoff 24 versehen wird, umgeformt, insbesondere endumgeformt. Dies hält die Kosten zum Herstellen des Muldenteils 20 gering.
Die 4 zeigt den Pedallagerbock 10 sowie eine Schnittebene 30. Die 5 zeigt den entlang der Schnittebene 30 geschnittenen Lagerbock 10. Der 5 besonders gut zu entnehmen ist die Versteifungsrippenstruktur 14, welche beispielsweise aus Polyamid, insbesondere aus KV-60EF, ausgebildet ist.
Die 6 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils 32 wie beispielsweise des Pedallagerbocks 10 oder des Muldenteils 20, welches ein Grundbauteil 34 umfasst, dass mit einem Kunststoff 36 zu dem Verbundbauteil 32 ergänzt ist.
Zunächst wird ein konfektioniertes, das heißt ein beschnittenes, thermoplastisch gebundenes und konsolidiertes Textil, beispielsweise in Form eines Organoblechs 38, oder ein trockenes Hybrid-Textil als ein Halbzeug mittels eines Infrarotstrahlers 40 erwärmt. Das Organoblech 38 umfasst dabei ein Textil mit Fasern, welche in einem Faseraufbau angeordnet sind und welche mit einem Thermoplasten versehen sind. Das Erwärmen des Organoblechs 38 mittels des Infrarotstrahlers 40 erlaubt die Darstellung hoher Umformgrade und komplexer Geometrien. Zum Bewegen und Umformen des Organoblechs 38 wird ein Greifer 42 verwendet, welcher einen Stempel 44 und einen Niederhalter 46 umfasst. Der Niederhalter 46 weist verfahrbare und/oder beheizbare Nadeln und/oder Vakuumsauger 48 auf, mittels welchem das Organoblech 38 an dem Niederhalter 46 und damit am Greifer 42 zu halten ist.
Wie der 6 zu entnehmen ist, dreht sich der Greifer 42 nach dem Erwärmen gemäß einem Richtungspfeil 50 und überführt das Organoblech 38 zu einer Matrize 52 einer Vorrichtung 54. Die Vorrichtung 54 zum Umformen des Organoblechs 38 umfasst eine Schließseite 56, wobei die Matrize 52 und die Schließseite 56 Werkzeughälften der Vorrichtung 54 darstellen, welche zunächst zueinander beabstandet und somit geöffnet sind. Das Organoblech 38 wird mittels des Greifers 42 zwischen den Werkzeughälften bzw. der Matrize 52 und der Schließseite 56 angeordnet. Die Matrize 52 und der Stempel 44 umfassen eine induktive Werkzeugheizung 58, mittels welcher das Organoblech 38 erwärmbar und/oder nach der Erwärmung mittels Infrarotstrahlers 40 warm zu halten ist. Auch die Matrize 52 umfasst einen Niederhalter 60 mit verfahrbaren und/oder beheizbaren Nadeln und/oder Vakuumsaugern 48'.
Das Organoblech 38 wird durch den Niederhalter 46 gehalten, und die Nadeln und/oder Vakuumsauger 48 und/oder 48' fahren zurück. In der 6 ist auch ein so genannter Anguss 62 dargestellt.
Die Matrize 52 stellt eine Düsenseite 64 dar, von der der Kunststoff 36 zugeführt wird, mit welchem das Organoblech 38 versehen wird. Wie durch einen Richtungspfeil 66 angedeutet, fährt der Stempel 44 im Greifer 42 zu, wodurch das Organoblech 38 mittels des Stempels 44 und der Matrize 52 umgeformt wird.
Schließlich fährt der Stempel 44 zurück und der Greifer 42 entfernt sich. Daran anschließend wird die Vorrichtung 54 geschlossen, indem die Schließseite 56 und die Düsenseite 64 aufeinander zu bewegt werden. Dadurch ist das Organoblech 38 in der Vorrichtung 54 angeordnet, und das Organoblech 38 wird mit dem Kunststoff 36 versehen. Dabei werden beispielsweise Verstärkungen durch den Kunststoff 36 ausgebildet.
Im Anschluss an das An- und/oder Umspritzen des Organoblechs 38 mit dem Kunststoff 36 fahren die Schließseite 56 und die Düsenseite 64 auseinander, und das hergestellte Verbundbauteil 32 wird mittels Stempel 68 der Schließseite 56 ausgeworfen. Auch die Düsenseite 64 umfasst Stempel 68 zum Auswerfen des Verbundbauteils 32. Bei dem Kunststoff 36 handelt es sich beispielsweise um einen kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten, mittels welchem eine Versteifungsrippenstruktur an das Organoblech 38 angespritzt wird. Das Produkt in Form des Verbundbauteils 32 ist eine Hybridstruktur, in der sich Vorteile zweier Werkstoffsysteme vereinen. Bei einem der Werkstoffsysteme handelt es sich um das Organoblech 38 und damit um einen ersten faserverstärkten Kunststoff. Bei dem zweiten der Werkstoffsysteme handelt es sich um den kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten als der weitere Kunststoff 36. Zum vorteilhaften Umformen des Organoblechs 38 ist eine bestimmte Temperatur vorteilhaft, welche derart eingestellt wird, indem das Organoblech 38 durch den Infrarotstrahler 40 mit Wärme beaufschlagt wird. Zum Erreichen möglichst hoher Umformgrade wird über ein variothermes Werkzeugtemperierungssystem während des Umformens Wärme in das Organoblech 38 gegebenenfalls zusätzlich induziert, wobei das Werkzeugtemperierungssystem die geschilderte induktive Werkzeugheizung 58 umfasst.
Der Niederhalter 46 und/oder der Niederhalter 60 sind federbelastet und gegebenenfalls gesteuert und können ein Nachfließen des Organoblechs 38 beim Umformen steuern und hohe Umformgrade realisieren. Es ist darüber hinaus auch möglich, dass der Niederhalter 46 und/oder der Niederhalter 60 sowie etwaige Stempel wie der Stempel 44 zum Umformen des Organoblechs 38 geregelt und/oder gesteuert pulsierend wirken, wodurch in das Organoblech 38 Vibrationen eingebracht und höhere Umformgrade erreicht werden können. Zudem ist es möglich, vorformende Schieber 70 (7) einzusetzen. Diese sind in zur Matrize 52 hin offene Aufnahmen des Stempels 44 verfahrbar angeordnet. Die Schieber 70 sind so gesteuert, dass sie der Bewegung des Stempels 44 vorauseilen.
Die 7 zeigt die Vorrichtung 54, welche nun mit den vorformenden Schiebern 70 versehen ist. Wie der 7 zu entnehmen ist, bewirken die Schieber 70 durch ihre vorauseilende Bewegung ein Vorformen und damit ein Vorumformen des Organoblechs 38, zeitlich bevor der Stempel 44 des Greifers 42 auf die Matrize 52 zum insbesondere endgültigen Umformen des Organoblechs 38 zu bewegt wird. Dadurch lassen sich besonders hohe Umformgrade sowie besonders gute Umformergebnisse des Organoblechs 38 darstellen.
Die 11 zeigt eine Möglichkeit, einen Fließprozess des Organoblechs 68 bei der Umformung zu steuern und/oder zu regeln, indem der Niederhalter 46 und/oder der Stempel 44 des Greifers 42 gemäß Richtungspfeilen 71 mittels eines oszillierenden Antriebs pulsiert bewegt werden. Dadurch ist ein so genanntes Synchronziehen realisierbar, wodurch Vibrationen in das Organoblech 38 eingebracht werden, so dass besonders hohe Umformgrade realisiert sind.
Die 8 bis 10 zeigen eine vergrößerte Ansicht des Greifers 42 und der Matrize 52 der Vorrichtung 54. Den 8 bis 10 besonders gut zu entnehmen ist der geregelte oder gesteuerte Niederhalter 64 des Greifers 42, mittels welchem das sogenannte Synchronziehen des Organoblechs 38 zum Umformen, das heißt Tiefziehen, dieses durchführbar ist.
Die 8 zeigt das noch nicht tiefgezogene Organoblech 38, während sich in 9 der Stempel 44 des Greifers 42 bereits eine bestimmte Strecke auf die Matrize 52 zu bewegt hat, wodurch das Organoblech 38 zu einem gewissen Grad umgeformt ist.
Gemäß 10 befindet sich der Stempel 44 des Greifers 42 relativ zur Matrize 52 in seiner Endposition, in welcher das Organoblech 38 in seine endgültige äußere Form umgeformt ist. Daraus lässt sich erkennen, dass das Organoblech 38 mittels der Vorrichtung 54 und insbesondere in der Vorrichtung 54 umgeformt sowie mittels der Vorrichtung 54 und insbesondere in der Vorrichtung 54 mit dem Kunststoff 36 durch Spritzgießen versehen wird. Somit ist die Vorrichtung 54 sowohl als Spritzgießwerkzeug als auch als Umformwerkzeug ausgebildet bzw. wirkt entsprechend und wirkt zum Umformen des Organoblechs 38 mit dem Greifer 42, insbesondere mit dem Stempel 44 des Greifers 42, zusammen.
Die 12 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines Verbundbauteils 32, welches ein Grundbauteil 34 umfasst, das mit einem Kunststoff 36 versehen und so zu dem Verbundbauteil 32 ergänzt ist. Bei dem Verbundbauteil 32 kann es sich um das Verbundbauteil 32 gemäß den 6 bis 11 handeln. Ebenso möglich ist es, dass es sich bei dem Verbundbauteil 32 um den Pedallagerbock 10 mit dem dünnwandigen, schalenförmigen Grundbauteil 12 handeln, der durch Tiefziehen eines textilen Halbzeugs wie dem Organoblech 38 gemäß den 6 bis 11 bzw. gemäß 12 hergestellt wird.
Zum Herstellen des Verbundbauteils 32 ist ein Greifer 42 vorgesehen, mittels welchem ein Organoblech 38 als ein Halbzeug gehalten und bewegt wird. Zunächst wird das Organoblech 38 mittels eines Infrarotstrahlers 40 erwärmt zur Darstellung hoher Umformgrade und zur Vermeidung einer Beschädigung des Organoblechs 38 bei dessen Umformung. Der Greifer 42 hält das Organoblech 38 beispielsweise mittels Nadeln und/oder Vakuumsaugern 74. Der Greifer 42 bewegt sich gegenüber einer Matrize 52 einer Vorrichtung 54 zum Umformen des Organoblechs 38 und zum Versehen dieses mit dem Kunststoff 36. Die Matrize 52 stellt dabei eine Schließseite der Vorrichtung 54 dar. Als weitere Werkzeughälfte neben der Matrize 52 umfasst die Vorrichtung 54 eine Düsenseite 64, welche eine induktive Werkzeugheizung 58 umfasst. Mittels der induktiven Werkzeugheizung 58 kann das Organoblech 38 erwärmt und/oder warmgehalten werden.
Der Greifer 42 umfasst Axialschieber 76, welche zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Organoblech 38 bewegt werden, wodurch das Organoblech 38 in Zusammenwirken mit der Düsenseite 64 umgeformt wird. Dabei werden Flanken des Organoblechs 38 mittels der Axialschieber 76 an eine korrespondierende Gegenkontur der Düsenseite 64 gedrückt und mit Hilfe eines weiteren Schiebers in Position gehalten. Der Greifer 42 übergibt das Organoblech 38 an die Düsenseite 64, welche verfahrbare und/oder beheizbare Nadeln und/oder Vakuumsauger 48 umfasst. Mittels den Nadeln und/oder den Vakuumsaugern 48 wird das Organoblech 38 an der Düsenseite 64 gehalten, so dass der Greifer 42 wegbewegt werden kann.
Anschließend werden die Werkzeughälften, das heißt die Matrize 52 und die Düsenseite 64, aufeinander zu bewegt, so dass die Vorrichtung 54 geschlossen wird. Durch das Schließen der Vorrichtung 54 wird das Organoblech 38 fertig ausgeformt. Nach Abschluss des Umformens wird das Organoblech 38 mit dem Kunststoff 36 versehen, wobei beispielsweise Kunststoffverstärkungen ausgebildet und an das Organoblech 38 angespritzt werden.
Danach wird die Vorrichtung 54 geöffnet und das fertig hergestellte Verbundbauteil 32 wird mittels des Greifers 42 entnommen und dadurch ausgeworfen. Der Greifer 42 umfasst beispielsweise faserschonende Dome 72, mittels welchen Löcher in dem Organoblech 38 bzw. in dem Grundbauteil 64 eingebracht werden können, ohne die Fasern und den Faseraufbau des Organoblechs 38 zu beschädigen oder unerwünscht zu beschädigen. In diese Löcher können beispielsweise Buchsen oder anderweitige Einlegeteile (Inserts) eingebracht werden, und somit Anbauteile besonders fest mit dem Verbundbauteil 32 verbinden zu können. Die Buchsen bzw. Einzelteile sind insbesondere aus Metall ausgebildet.
Wie anhand der 12 zu erkennen ist, wird das Organoblech 38 mittels der Vorrichtung 54 umgeformt als auch mit dem Kunststoff 36 versehen. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung 54 sowohl als Umformwerkzeug als auch als Spritzgießwerkzeug ausgebildet ist bzw. entsprechend wirkt.
Die 13 zeigt eine weitere Möglichkeit, faserschonend Löcher in das Organoblech 68 einbringen zu können. Hierbei umfasst die Düsenseite 64 faserschonende Dornen 72 zum faserschonenden Lochen des Organoblechs 38 und gegebenenfalls zur Einbringung von Buchsen 78 in das Organoblech 38. Wie der 13 zu entnehmen ist, bewegt sich zunächst der Dorn 72 bzw. die Dornen 72 auf das Organoblech 38 zu, wobei die Buchse 78 auf den Dorn 72 aufgefädelt ist. Mittels des Dorns 72 wird ein Loch in das Organoblech 38 eingebracht, in welches durch weiteres Zubewegen des Dorns 72 und damit der Buchse 78 auf das Organoblech 38 die Buchse 78 eingebracht wird. Befindet sich die Buchse 78 in einer gewünschten Position, so wird der Dorn 72 wieder von dem Organoblech 38 entfernt, während die Buchse 78 in dem für die vorgesehenen Loch verbleibt.
Die 14 bis 15–f zeigen eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines Verbundbauteils 32 mit einem Grundbauteil 34, welches mit einem Kunststoff 36 zu dem Verbundbauteil 32 ergänzt ist. Bei dem Verbundbauteil 32 kann es sich dabei um die vorherigen Verbundbauteile 32 handeln. Gemäß 14 wird ein Organoblech 38 mittels eines Greifers 42 gehalten und bewegt und zunächst in den Einflussbereich eines Infrarotstrahlers 40 bewegt, so dass das Organoblech 38, welches als Thermoplast basiertes Textil ausgebildet ist, erwärmt wird. So kann das Organoblech 38 besonders gut umgeformt werden, ohne das Organoblech 38 zu beschädigen. Anschließend bewegt der Greifer 42 das Organoblech 38 zwischen eine Matrize 52 und eine Düsenseite 64 einer Vorrichtung 54, mittels welcher das Organoblech 38 umgeformt sowie mit dem Kunststoff 36 versehen wird. Der Greifer 42 umfasst dabei Gabelschieber 80 sowie Axialschieber 76. Die Axialschieber 76 bewegen sich zum Umformen des Organoblechs 38 zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Organoblech 38, während sich die Gabelschieber 80 schräg zu den Axialschiebern 76 und beim Umformen des Organoblechs 38 auf diese zu bewegen.
Ist das Organoblech 38 mittels des Greifers 42 an der Düsenseite 64 angeordnet, so fahren die Gabelschieber 80 sowie die Axialschieber 76 zu und formen das Organoblech 38 entsprechend einer Außenkontur der Düsenseite 64 um. Nach erfolgtem Umformen wird das Organoblech 38 mittels verfahrbaren und/oder beheizbare nNadeln und/oder Vakuumsaugern 48 an der Düsenseite 64 gehalten.
Die Düsenseite 64 umfasst Spanner 82, welche zufahren und das Organoblech 38 an der Düsenseite 64 halten. Gemäß einer Darstellung B sind die Spanner 82 und ein Gabelschieber 80 in einer Seitenansicht dargestellt.
Anschließend fahren die Gabelschieber 80 und die Axialschieber 76 zurück, und der Greifer 42 wird wegbewegt, so dass sich die Matrize 52 und die Düsenseite 64 aufeinander zu bewegen können. Durch dieses aufeinander zu Bewegen wird das Organoblech 38 gegebenenfalls vollends umgeformt, dass heißt endumgeformt. Anschließend wird das Organoblech 68 mit dem Kunststoff 36 versehen, indem das umgeformte Organoblech 38, welches das Grundbauteil 34 des Verbundbauteils 32 darstellt, mit dem Kunststoff 36 angespritzt wird. Das umgeformte Organoblech 38 wird über Dorne 72 des Greifers 42 der Vorrichtung 54 entnommen und ausgeworfen.
Bezugszeichenliste

10: Pedallagerbock
12: Grundbauteil
14: Versteifungsrippenstruktur
16: Buchse
17: Lagerstelle
18: Kunststoffhalter
19: Kunststoff
20: Muldenteil
22: Grundbauteil
24: Kunststoff
26: Versteifungsrippenstruktur
28: Aufnahmen
29: Aufnahmeraum
30: Schnittebene
32: Verbundbauteil
34: Grundbauteil
36: Kunststoff
38: Organoblech
40: Infrarotstrahler
42: Greifer
44: Stempel
46: Niederhalter
48, 48': verfahrbare und/oder beheizbare Nadeln und/oder Vakuumsauger
50: Richtungspfeil
52: Matrize
54: Vorrichtung
56: Schließseite
58: induktive Werkzeugheizung
60: Niederhalter
62: Anguss
64: Düsenseite
66: Richtungspfeil
68: Stempel
70: vorformender Schieber
71: Richtungspfeil
72: Dorn
74: Nadeln und/oder Vakuumsauger
76: Axialschieber
78: Buchse
80: Gabelschieber
82: Spanner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10330893 A1 [0002]
DE 102005061280 B3 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils (10, 20, 32) mit einem mit einem ersten Kunststoff versehenen textilen Grundbauteil (12, 34), welches mit einem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) zu dem Verbundbauteil (10, 20, 32) ergänzt wird, mit den Schritten: – Herstellen des textilen Grundbauteils (12, 34) durch Tiefziehen eines mit dem ersten Kunststoff versehenen textilen Halbzeugs (38) mittels eines Werkzeugs (54); – Versehen des Grundbauteils (12, 34) mit dem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) durch Spritzgießen in demselben Werkzeug (54).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (38) zeitlich vor dem Tiefziehen mittels zumindest einer Erwärmungseinrichtung (40), insbesondere mittels eines Infrarotstrahlers (40), erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (38) mittels des Werkzeugs (54) in eine endgültige Form des Halbzeugs (38) umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundbauteil (12, 34) mit einem faserverstärkten, insbesondere kurzfaserverstärkten, Kunststoff als der weitere Kunststoff (19, 24, 36) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Versehen des Grundbauteils (12, 34) mit dem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) zumindest eine Versteifungsstruktur (14), insbesondere eine Versteifungsrippenstruktur (14) und/oder zumindest eine Aufnahme (28) und/oder zumindest ein Befestigungsmittel und/oder zumindest eine Anbindungsstruktur (28) und/oder eine anderweitige Funktionsstruktur ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Halbzeug (38) mit einem Thermoplast als der erste Kunststoff versehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Verbundbauteil (10, 20, 32) ein Strukturbauteil (10, 20, 32), insbesondere ein Pedallagerbock (10) oder ein Muldenteil (20), für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, hergestellt wird.
Vorrichtung (54) zum Herstellen eines Verbundbauteils (10, 20, 32), welches ein mit einem ersten Kunststoff versehenes textiles Grundbauteil (12, 34) umfasst, das mit einem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) zu dem Verbundbauteil (10, 20, 32) ergänzt ist, wobei die Vorrichtung (54) zumindest ein Werkzeug (52, 56, 64) umfasst, mittels welchem zum Herstellen des Grundbauteils (12, 34) ein mit dem ersten Kunststoff versehenes textiles Halbzeug (38) tiefziehbar ist und mittels welchem das Grundbauteil (12, 24) mit dem weiteren Kunststoff (19, 24, 36) durch Spritzgießen zu versehen ist.
Vorrichtung (54) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (54) zumindest einen Schieber (70) beinhaltet, der in einer Aufnahme eines Stempels (44) der Vorrichtung (54) verfahrbar angeordnet ist und das Halbzeug (38) in dem Stempel (44) vorauseilender Weise vorformend beaufschlagt.
Vorrichtung (54) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (54) einen Greifer (42) mit einem Niederhalter (46) und einem Stempel (44) beinhaltet, wobei der Niederhalter (46) und/oder der Stempel (44) des mit einem oszillierenden Antrieb verbunden sind, mittels dessen sie pulsiert bewegbar sind.