DE102011077834A1 - Method for manufacturing wheel of passenger car, involves closing injection molding tool after insertion of fiber-reinforced plastic into mold cavities of injection molding tool, where semi-finished product is embedded in mold cavities - Google Patents

Method for manufacturing wheel of passenger car, involves closing injection molding tool after insertion of fiber-reinforced plastic into mold cavities of injection molding tool, where semi-finished product is embedded in mold cavities Download PDF

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Abstract

The method involves performing an injection molding of a fiber-reinforced plastic i.e. polyamide, into a semi-finished product that is inserted into mold cavities of an injection molding tool to produce a fiber-composite structural component. The semi-finished product is comprised of a long fiber in a form a semi-finished band (5) for a reinforcement of an annular portion i.e. rim (1), and individual radial sections i.e. spokes (2). The injection molding tool is closed after insertion of the fiber-reinforced plastic, where the semi-finished product is embedded in the mold cavities.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Strukturteils, welches aus einem ringförmigen Abschnitt und mehreren diesen abstützenden oder an diesem abgestützten Radial-Abschnitten besteht und durch Spritzgießen oder Spritzpressen von faserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von vorgefertigtem und in den Formhohlraum eines Spritzgieß-Werkzeugs eingelegtem Halbzeug hergestellt wird. Insbesondere handelt es sich bei dem Faserverbund-Strukturteil um ein aus einer Felge als dem genannten ringförmigen Abschnitt, aus Speichen als Radial-Abschnitten und aus einem Nabenteil aufgebautes Rad eines Kraftfahrzeugs, und diesbezüglich wird zum technischen Umfeld beispielshalber auf die DE 42 02 287 A1 verwiesen.The invention relates to a method for producing a fiber composite structural part, which consists of an annular portion and a plurality of radial sections supported thereon and supported by injection molding or injection molding of fiber-reinforced plastic using prefabricated and in the mold cavity of an injection mold Semi-finished product is produced. Specifically, the fiber composite structural member is a wheel constituted by a rim as the above-mentioned annular portion, spokes as radial portions, and a hub portion of a motor vehicle, and in this respect, the technical environment is exemplified DE 42 02 287 A1 directed.

Fahrzeug-Räder sollten bekanntlich ein möglichst geringes Gewicht besitzen, weshalb neben geeigneten Leichtmetalllegierungen ein faserverstärktes Kunststoffmaterial ein bevorzugter Werkstoff wäre. Jedoch sind die Kräfte, die auf ein Fahrzeug-Rad, insbesondere ein solches eines Kraftfahrzeugs einwirken können, immens, weshalb an einem aus Kunststoff gefertigten Rad besondere Maßnahmen zur Gewährleistung der geforderten Festigkeit vorzusehen sind.Vehicle wheels should be known to have the lowest possible weight, which is why, in addition to suitable light metal alloys, a fiber-reinforced plastic material would be a preferred material. However, the forces that can act on a vehicle wheel, in particular such a motor vehicle, immense, which is why special measures to ensure the required strength are provided on a wheel made of plastic.

Diesbezüglich eine Maßnahme aufzuzeigen ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wobei das erfindungsgemäße grundsätzliche Prinzip auf beliebige Faserverbund-Strukturteile, die im weitesten Sinne ähnlich einem Fahrzeug-Rad aufgebaut sind, nämlich aus einem ringförmigen Abschnitt und mehreren diesen abstützenden oder an diesem abgestützten Radial-Abschnitten bestehen, einfach übertragbar ist, weshalb vorliegend in allgemeiner Form ein Herstellverfahren für ein solches entsprechendes Faserverbund-Strukturteil beansprucht wird.In this respect, a measure to indicate the object of the present invention, wherein the fundamental principle according to the invention on any fiber composite structural parts, which are constructed in the broadest sense similar to a vehicle wheel, namely consist of an annular portion and a plurality of these supporting or supported on this radial sections , is simply transferable, which is why in the present case in general form a manufacturing process for such a corresponding fiber composite structural part is claimed.

Die Lösung der genannten Aufgabe ist für ein Herstell-Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das in Form eines Bandes gestaltete und lange Fasern enthaltende Halbzeug nicht nur zur Verstärkung des ringförmigen Abschnitts, sondern auch der einzelnen Radial-Abschnitte jeweils ringförmig in das Spritzgieß-Werkzeug eingelegt wird, wonach das Werkzeug geschlossen wird und in den Formhohlraum das im wesentlichen kurze Fasern enthaltende Kunststoffmaterial eingespritzt wird, womit das bandförmige Halbzeug darin eingebettet wird. Vorzugsweise enthält das bandförmige Halbzeug dabei im wesentlichen sog. Endlos-Fasern, die sich jeweils ununterbrochen durch das gesamte Halbzeug-Band hindurch zwischen dessen beiden Enden erstrecken.The solution of the above object is for a manufacturing method according to the preamble of claim 1, characterized in that the shaped in the form of a band and long fibers containing semi-finished not only to reinforce the annular portion, but also the individual radial sections in each case annular in the injection molding tool is inserted, after which the tool is closed and in the mold cavity, the substantially short fibers containing plastic material is injected, whereby the band-shaped semifinished product is embedded therein. Preferably, the band-shaped semi-finished product contains substantially so-called. Endless fibers, which extend uninterruptedly through the entire semi-finished strip between its two ends.

Vorgeschlagen wird die Verwendung eines bandförmigen bzw. bandartigen Halbzeugs, das in das Spritzgieß-Werkzeug und vorzugsweise in den Formhohlraum von dessen Unter-Werkzeug eingelegt wird, ehe das Werkzeug geschlossen, d. h. das Ober-Werkzeug auf das Unter-Werkzeug gelegt wird, wonach in den Formhohlraum des Werkzeugs das ebenfalls mit Fasern versehene flüssige und im Werkzeug aushärtende Kunststoffmaterial eingespritzt wird. Dabei sei ausdrücklich erwähnt, dass durch die verwendeten Begriffe „Ober-Werkzeug” und „Unter-Werkzeug” keineswegs die Lage dieser Werkzeug-Teile im Raum beschrieben werden soll, sondern lediglich die Tatsache, dass es sich um ein mehrteiliges Werkzeug handelt, welches einen durch Öffnen des Ober-Werkzeugs zugänglichen Formhohlraum besitzt.Proposed is the use of a band-shaped or ribbon-like semi-finished product, which is inserted into the injection mold and preferably in the mold cavity of the sub-tool before the tool is closed, d. H. the upper tool is placed on the lower tool, after which in the mold cavity of the tool which is also provided with fibers liquid and tool-hardening plastic material is injected. It should be expressly mentioned that by the terms used "upper tool" and "sub-tool" by no means the location of these tool parts to be described in space, but only the fact that it is a multi-part tool, which is a has mold cavity accessible by opening the upper tool.

Erfindungsgemäß befinden sich im bandartigen Halbzeug, im weiteren auch Halbzeug-Band genannt, im wesentlichen längere Fasern mit einer Länge von zumindest mehreren Zentimetern und vorzugsweise sog. Endlosfasern, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des verwendeten Band-Materials erstrecken. Aufgrund dieses Merkmals ist das Halbzeug-Band extrem hoch belastbar und kann somit im endgültigen Zustand des Strukturteils bzw. Rades hohe Kräfte übertragen. Vorzugsweise wird hierfür das Halbzeug-Band mehrfach ringförmig (so dass also mehrere nebeneinander oder aufeinander liegende Ringe gebildet werden) in das Werkzeug eingelegt und vorzugsweise ist das Halbzeug-Band zumindest geringfügig gespannt in das Werkzeug eingelegt, ehe das Kunststoffmaterial in dessen Formhohlraum eingespritzt wird. Die besagte Spannung kann dabei einfach dadurch in das Halbzeug-Band eingebracht werden, dass dieses Band um sog. Spannelemente unter Aufbringung einer geringen Spannkraft geführt oder gewickelt wird. Zumindest für den ringförmigen Abschnitt des Strukturteils können Kernteile oder Stützkerne des Werkzeugs, die für diesen ringförmigen Strukturteil-Abschnitt formgebend sind, die entsprechenden Spannelemente für das Halbzeug-Band bilden. Für die Ausbildung der genannten Radial-Abschnitte des Strukturteils hingegen können in deren Endabschnitten stiftartige Spannelemente oder dergleichen im Werkzeug vorgesehen sein, um welche das bandförmige Halbzeug einfach oder mehrfach geführt bzw. gewickelt wird. Damit die beim Einlegen oder Wickeln des Halbzeug-Bandes aufgebrachte Spannung im Band erhalten bleibt, kann das Ende des Bandes geheftet oder verklebt oder auf andere Weise geeignet befestigt werden.According to the invention are in the ribbon-like semi-finished, also called semi-finished strip, substantially longer fibers with a length of at least several centimeters and preferably so-called. Endless fibers which extend substantially over the entire length of the strip material used. Due to this feature, the semi-finished strip is extremely high load capacity and thus can transmit high forces in the final state of the structural part or wheel. Preferably, for this purpose, the semi-finished strip is repeatedly annular (so that a plurality of juxtaposed or superimposed rings are formed) in the tool and preferably the semi-finished strip is at least slightly biased inserted into the tool before the plastic material is injected into the mold cavity. The said tension can simply be introduced into the semi-finished strip in that this strip is guided or wound around so-called clamping elements with the application of a small clamping force. At least for the annular portion of the structural member, core parts or support cores of the tool forming for that annular structural member portion may form the respective clamping members for the semifinished product tape. For the formation of said radial sections of the structural part, however, can be provided in the end portions of pin-like clamping elements or the like in the tool, around which the band-shaped semi-finished simply or repeatedly guided or wound. So that the tension applied during insertion or winding of the semifinished product strip is retained in the strip, the end of the strip can be stapled or glued or otherwise suitably fastened.

Im Falle eines Fahrzeug-Rades als Faserverbund-Strukturteil ist dann nicht nur in der Felge des Rades ein Halbzeug-Band vorzugsweise in mehreren Lagen und je nach Breite mehrfach nebeneinander in Umfangsrichtung der Felge gewickelt vorgesehen, welches der Felgenform entsprechend ringförmig um entsprechende im Formhohlraum vorgesehene Stützkerne oder dergleichen geführt ist, sondern es enthält auch jede Rad-Speiche für sich ein ringförmig um geeignete Elemente geführtes oder gewickeltes Halbzeug-Band. Vorzugsweise ist in jedem Endabschnitt einer Speiche ein solches als Spanner für das Halbzeug-Band fungierendes, stiftartiges Element vorgesehen, welches auch als Spannelement bezeichnet wird.In the case of a vehicle wheel as a fiber composite structure part is then not only in the rim of the wheel, a semi-finished tape preferably wound several times in multiple layers and depending on the width several times side by side in the circumferential direction of the rim provided, which is guided in accordance with the rim shape corresponding to corresponding provided in the mold cavity support cores or the like, but it also contains each wheel spoke for a ring guided by suitable elements or wound semi-finished band. Preferably, such a pin-like element functioning as a tensioner for the semifinished product strip is provided in each end section of a spoke, which is also referred to as a tensioning element.

Vorzugsweise ist jedes stiftartige Spannelement solchermaßen ausgerichtet, dass das Halbzeug-Band gut um dieses herum geführt werden kann, also parallel zur Oberfläche des Bandes und senkrecht zur Längserstreckung des Bandes liegt. So können die Spannelemente im wesentlichen parallel zur Drehachse des fertigen Rades ausgerichtet sein, wobei jedenfalls das nahe zum Rad-Mittelpunkt liegende Spannelement auch durch denjenigen Kern im Werkzeug gebildet sein kann, der zur Darstellung eines Loches für eine der Radschrauben, mit denen das Rad an der Nabe eines Radträgers oder dgl. befestigt wird, vorgesehen ist.Preferably, each pin-like clamping element is aligned in such a way that the semi-finished strip can be performed well around this, that is parallel to the surface of the strip and perpendicular to the longitudinal extent of the strip. Thus, the clamping elements may be aligned substantially parallel to the axis of rotation of the finished wheel, wherein in any case the clamping element lying close to the wheel center can also be formed by that core in the tool, which is to represent a hole for one of the wheel bolts with which the wheel the hub of a wheel carrier or the like is attached, is provided.

An einem Fahrzeug-Rad als erfindungsgemäß herzustellendem Faserverbund-Strukturteil kann im übrigen ähnlich wie die Speichen auch das Nabenteil des Rades gebildet werden, nämlich indem auch für dessen Ausbildung ein bandförmiges Halbzeug um im Formhohlraum vorgesehene stiftartige Spannelemente gewickelt wird. Auch hierbei können die Spannelemente gleichzeitig die Werkzeug-Kerne für die Löcher für die Radschrauben im Rad bilden. Gegebenenfalls ist es aber überhaupt nicht erforderlich, das Nabenteil durch ein Halbzeug-Band zu verstärken, da jedenfalls in dem quasi innerhalb der Löcher für die Radschrauben liegenden Nabenteil-Abschnitt des Rades nur geringe Kräfte wirksam werden.On a vehicle wheel as a fiber composite structural part to be produced according to the invention, the hub part of the wheel can otherwise be formed similarly to the spokes, namely by winding a band-shaped semi-finished product around pin-shaped clamping elements provided in the mold cavity. Again, the clamping elements can simultaneously form the tool cores for the holes for the wheel bolts in the wheel. Optionally, however, it is not necessary to reinforce the hub part by a semi-finished strip, since at least in the quasi within the holes for the wheel bolts hub portion of the wheel only small forces are effective.

Es können nicht nur im Unter-Werkzeug, in welches das Halbzeug-Band eingelegt wird, für letztgenanntes die besagten Spannelemente vorgesehen sein, sondern es können auch im Ober-Werkzeug entsprechende Spannelemente vorgesehen sein, die beim Schließen des Spritzgieß-Werkzeugs auf die im Unter-Werkzeug vorgesehenen Spannelemente auftreffen. Damit ist eine sichere Lage des Halbzeug-Bandes vorzugsweise unter Spannung im Werkzeug auch bei Einspritzen des flüssigen Kunststoffmaterials gewährleistet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spannelemente des Unter-Werkzeugs durch die auftreffenden Spannelemente des Ober-Werkzeugs zumindest geringfügig in das Unterwerkzeug hinein verlagert werden. Im übrigen entspricht bei einem Werkzeug für die erfindungsgemäße Herstellung eines Fahrzeug-Rades die Schließrichtung bzw. Öffnungsrichtung des Werkzeugs üblicherweise der Richtung der Rad-Drehachse, d. h. im wesentlichen in Richtung der Rad-Drehachse wird das Ober-Werkzeug auf das Unter-Werkzeug gelegt, wenn der Formhohlraum geschlossen werden soll.It can not only be provided in the sub-tool in which the semi-finished strip is inserted, for the latter said clamping elements, but it can also be provided in the upper tool corresponding clamping elements, the closing of the injection mold on the in the sub Tool clamping elements impinge. For a secure position of the semi-finished strip is preferably ensured under tension in the tool even when injecting the liquid plastic material. It can be provided that the clamping elements of the sub-tool are at least slightly displaced into the lower tool by the impinging clamping elements of the upper tool. Moreover, in the case of a tool for the production of a vehicle wheel according to the invention, the closing direction or opening direction of the tool usually corresponds to the direction of the wheel rotation axis, i. H. essentially in the direction of the wheel rotation axis, the upper tool is placed on the sub-tool when the mold cavity is to be closed.

In das geschlossene Werkzeug, genauer in dessen Formhohlraum kann dann (nach Einlegen des Halbzeug-Bandes) zur Bildung des Faserverbund-Strukturteils das flüssige Kunststoff-Material mit den darin befindlichen im wesentlichen kurzen Fasern (die Faserlänge kann bspw. in der Größenordnung von 3 bis 20 mm liegen) eingespritzt werden, um anschließend darin auszuhärten. Bei diesem flüssigen Kunststoff-Material kann es sich um ein thermoplastisches Material oder ein Recyclat hiervon, bspw. Polyamid, aber auch um einen Duroplast (bspw. Polyurethan, Epoxidharz) handeln. Als mögliche Fasern sind Kohlefasern, aber auch Glasfasern, Metallfasern oder Textilfasern oder ein Mix verschiedener Faserarten zu nennen. Insbesondere mit Textilfasern könnte sich eine geringe Stoßempfindlichkeit eines Fahrzeug-Rades (als erfindungsgemäß hergestelltem Faserverbund-Strukturteil) im Hinblick auf mögliche Bordstein-Kontakte darstellen lassen.In the closed tool, more precisely in the mold cavity can then (after inserting the semi-finished strip) to form the fiber composite structural part, the liquid plastic material with the therein substantially short fibers (the fiber length may, for example, in the order of 3 to 20 mm) to be subsequently cured. This liquid plastic material may be a thermoplastic material or a recyclate thereof, for example polyamide, but also a duroplastic (for example polyurethane, epoxy resin). Possible fibers include carbon fibers, but also glass fibers, metal fibers or textile fibers or a mix of different types of fibers. In particular with textile fibers, a low impact sensitivity of a vehicle wheel (as a fiber composite structural part produced according to the invention) could be represented with regard to possible curb contacts.

Die beigefügten 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäß hergestelltes Fahrzeug-Rad in perspektivischer Ansicht (1) bzw. im Halbschnitt (2), wobei aus 2 die Lage des Halbzeug-Bandes besonders gut hervorgeht, während in 1 die die Rad-Speichen verstärkenden Halbzeug-Bänder nur gestrichelt dargestellt sind, da sie in einer solchen Ansicht eines fertigen Rades selbstverständlich nicht sichtbar sind. 3 schließlich zeigt lediglich prinzipiell und stark abstrahiert die Aufsicht in den Formhohlraum des offenen Unter-Werkzeugs, mit welchem im Zusammenwirken mit einem entsprechenden nicht dargestellten Ober-Werkzeug ein Kunststoff-Rad nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann, wobei in das Unter-Werkzeug ein Halbzeug-Band zur Verstärkung der Felge und der Speichen eingelegt ist.The attached 1 and 2 show a vehicle wheel produced according to the invention in a perspective view ( 1 ) or in half section ( 2 ), taking off 2 the position of the semi-finished strip shows particularly well while in 1 the wheel-spoke reinforcing semi-finished bands are shown only dashed, since they are of course not visible in such a view of a finished wheel. 3 finally shows only principled and highly abstracted the supervision in the mold cavity of the open sub-tool, with which in cooperation with a corresponding upper tool, not shown, a plastic wheel can be produced by the method according to the invention, wherein in the sub-tool a semi-finished Band is inserted to reinforce the rim and spokes.

Zunächst auf 1 Bezug nehmend erkennt man ein in der äußeren Gestaltung wie üblich aufgebautes Rad eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise Personenkraftwagens, bestehend aus einer Felge 1, mehreren Speichen 2 sowie einem Nabenteil 3. Löcher zur Aufnahme der Radschrauben sind mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet. Dieses Rad ist vollständig in faserverstärktem Kunststoffmaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Demzufolge befindet sich nicht nur in der Felge 1 nicht dargestelltes Halbzeug-Band, sondern es ist auch jede Speiche 2 durch eingebettetes ringförmig angeordnetes Halbzeug-Band 5, das gestrichelt – da eigentlich nicht sichtbar – dargestellt ist, verstärkt.First up 1 With reference to FIG. 1, it can be seen that a wheel of a motor vehicle, for example a passenger car, consisting of a rim, which is constructed as usual in the external design 1 , several spokes 2 and a hub part 3 , Holes for receiving the wheel bolts are indicated by the reference numeral 4 characterized. This wheel is made entirely in fiber-reinforced plastic material according to the method of the invention. As a result, not only is in the rim 1 not shown semifinished tape, but it is also every spoke 2 by embedded annular semi-finished band 5 , the dashed - because actually not visible - is shown, reinforced.

2 zeigt mit einer radialen Schnittebene einen Halbschnitt durch dieses Fahrzeug-Rad. In der Felge 1 sind mehrere nebeneinander liegende und sich auch teilweise überdeckende Lagen von Halbzeug-Band 5 vorgesehen. Beispielsweise können bei einer Felgenbreite von 19 cm und einer Breite des Halbzeug-Bandes 5 von 3 cm zwischen den beiden Felgenhörnern sieben nebeneinander liegende Lagen von Halbzeug-Band 5 vorgesehen sein. Jede solche „Lage” von Halbzeug-Band 5 kann dabei aus mehrfach aufeinander liegendem Halbzeug-Band 5 aufgebaut sein, indem – wie anhand von 3 noch erläutert wird – das Halbzeug-Band 5 mehrfach um sog. Stützkerne, die die dem Rad-Mittelpunkt M zugewandte Kontur der Felge 1 bestimmen, in Umfangsrichtung des Rades bzw. der Felge aufgelegt wird. 2 shows with a radial section plane a half section through this vehicle wheel. In the rim 1 are several juxtaposed and also partially overlapping layers of semi-finished band 5 intended. For example, with a rim width of 19 cm and a width of the semi-finished strip 5 of 3 cm between the two rim flanges seven adjacent layers of semi-finished band 5 be provided. Any such "location" of semi-finished tape 5 can be made of multi-layer semi-finished tape 5 be constructed by - as indicated by 3 will be explained - the semi-finished band 5 several times around so-called. Support cores, which the wheel center point M facing contour of the rim 1 determine is placed in the circumferential direction of the wheel or the rim.

3 zeigt prinzipiell die Sicht auf bzw. in ein Unter-Werkzeug zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Fahrzeug-Rades, welches etwas anders aussieht als dasjenige der 1, 2. Insbesondere besitzt das mit dem Werkzeug nach 3 herstellbare Rad nur fünf Speichen. Es besteht das Unter-Werkzeug unter anderem aus mehreren, hier vier die Form der im ringförmigen Abschnitt 11 des Formhohlraums geformten Felge und insbesondere deren der Rad-Mitte M abgewandten Seite bestimmenden Segmenten U1, U2, U3, U4. Weiterhin befinden sich im Formhohlraum quasi innerhalb dieser einen äußeren Kreis-Ring bildenden Segmente U1–U4 hier fünf unter anderem die der Rad-Mitte M zugewandte Seite der kreisförmigen Felge bestimmende Stützkerne S1–S5, zwischen jeweils zwei von denen eine der insgesamt fünf Speichen des Rades in jedem der insgesamt fünf strebenartigen Abschnitte 12 geformt werden. Im Zentrum 13 des Formhohlraums schließlich wird das den Rad-Mittelpunkt M umgebende Nabenteil des Rades ausgeformt, indem bei geschlossenem Werkzeug in den aus den genannten Abschnitten bestehenden Formhohlraum mit Kurzfasern versehenes Kunststoff-Material eingespritzt wird. Zuvor jedoch, d. h. vor dem Schließen des Werkzeugs wird bandförmiges Halbzeug 5 („Halbzeug-Band 5”) wie im weiteren beschrieben in den Formhohlraum eingelegt. 3 shows in principle the view of or in a sub-tool for the inventive production of a vehicle wheel, which looks a little different than that of 1 . 2 , In particular, this has with the tool after 3 producible wheel only five spokes. It consists of the sub-tool among others several, here four the shape of the annular section 11 the mold cavity shaped rim and in particular the wheel center M side facing away from determining segments U1, U2, U3, U4. In addition, there are five support cores S1-S5 which determine, among other things, one of the five spokes of the support ring S1-S5 which determines the wheel center M side of the circular rim, in the mold cavity, as it were, within these outer circle-ring-forming segments U1-U4 Rades in each of the five strut-like sections 12 be formed. Downtown 13 Finally, the mold cavity, the hub center part of the wheel surrounding the wheel center M is formed by injected when the tool is closed in the existing of said sections mold cavity provided with short fibers plastic material. But before, ie before closing the tool is band-shaped semifinished product 5 ( "Semi-finished band 5 ") As described below inserted into the mold cavity.

Zunächst ist bandförmiges Halbzeug 5 zur Verstärkung der Speichen des Rades vorgesehen, wie bereits anhand der 1, 2 erläutert wurde. Hierfür ist in jedem Endbereich jedes strebenartigen Abschnitts 12 des Formhohlraums ein stiftartiges annähernd oder im wesentlichen parallel zur durch den Rad-Mittelpunkt M senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Rad-Drehachse ausgerichtetes Spannelement 14 bzw. 16 vorgesehen, wobei jedes radial weiter innen liegende Spannelement 14 gleichzeitig als Werkzeug-Kern zur Bildung der zu den 1, 2 bereits genannten Löcher 4 für die Radschrauben dient.First, band-shaped semi-finished product 5 intended to reinforce the spokes of the wheel, as already based on the 1 . 2 was explained. For this purpose, each strut-like section is in each end region 12 the mold cavity is a pin-like approximately or substantially parallel to the running through the wheel center M perpendicular to the plane extending wheel axis of rotation aligned clamping element 14 respectively. 16 provided, each radially further inward clamping element 14 at the same time as a tool core for the formation of the 1 . 2 already mentioned holes 4 for the wheel bolts.

Es wird um die beiden Spannelemente 14, 16 eines strebenartigen Abschnitts 12 bandförmiges Halbzeug-Band 5 wie dargestellt mehrfach herumgeführt bzw. gewickelt, derart dass ausgehend vom ersten (parallel zur Rad-Drehachse ausgerichteten) Spannelement 14 das mit seiner Oberfläche im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtete und beispielsweise 2 cm breite Halbzeug-Band 5 bzw. bandförmige Halbzeug 5 zum zweiten radial weiter außen liegenden Spannelement 16 und um dieses herum zurück zum ersten Spannelement 14 und dieses dabei abermals umrundend wieder zum zweiten Spannelement 16 geführt wird. Ein solches Umwickeln der beiden Spannelemente 14, 16 eines strebenartigen Abschnitts 2 kann dabei vorzugsweise mehrfach erfolgen, wobei das Halbzeug-Band 5 gespannt und mit seinem Ende schließlich geeignet unter Spannung fixiert wird.It is about the two clamping elements 14 . 16 a striving-like section 12 band-shaped semi-finished band 5 as shown several times led around or wrapped, so that starting from the first (parallel to the wheel axis of rotation aligned) clamping element 14 the with its surface substantially perpendicular to the plane aligned and, for example, 2 cm wide semi-finished band 5 or band-shaped semi-finished product 5 to the second radially outward clamping element 16 and around this back to the first clamping element 14 and this again rounding back to the second clamping element 16 to be led. Such wrapping of the two clamping elements 14 . 16 a striving-like section 2 can preferably be repeated several times, wherein the semi-finished band 5 tense and with his end finally suitable under tension is fixed.

Sind sämtliche strebenartigen Abschnitte 12 gewickelt bzw. deren Spannelemente 14, 16 wie beschrieben umwickelt, so wird weiterhin bandförmiges Halbzeug 5 in den ringförmigen, die Felge des Rades bildenden Abschnitt 11 des Formhohlraums 1 eingebracht. Dabei wird auf die den Segmenten U1–U4 zugewandten Außenseiten der Stützkerne S1–S5 das Halbzeug-Band 5 solchermaßen aufgelegt, dass die Gesamtheit der Stützkerne S1–S5 mehrfach und mehrlagig umwickelt wird, wobei jedenfalls die erste Lage des Halbzeug-Bandes 5 durchaus an den vom Rad-Mittelpunkt M entfernt liegenden Spannelementen 16 bzw. an dem auf diesen bereits aufliegenden Halbzeug-Band 5 zum Anliegen kommen kann. Abschließend wird das Werkzeug geschlossen und in dessen Formhohlraum mit kurzen Fasern versehenes Kunststoffmaterial eingebracht, welches danach aushärtet. Da dabei an die Stelle der Spannelemente 14, 16 kein Kunststoffmaterial gelangen kann, werden dort Löcher im fertigen Bauteil bzw. Rad gebildet, die jedoch entweder ohnehin benötigt werden oder keine funktionale Einschränkung bedeuten bzw. sogar ein Designelement darstellen können.Are all strive-like sections 12 wound or their clamping elements 14 . 16 wrapped as described, so is still band-shaped semi-finished 5 in the annular, the rim of the wheel forming section 11 of the mold cavity 1 brought in. In this case, on the segments U1-U4 facing outer sides of the support cores S1-S5, the semi-finished strip 5 laid out in such a way that the entirety of the support cores S1-S5 is wrapped several times and in multiple layers, in any case the first layer of the semifinished product strip 5 certainly at the distant from the wheel center M clamping elements 16 or at the already resting on this semifinished product tape 5 can come to the concern. Finally, the tool is closed and introduced into the mold cavity provided with short fibers plastic material, which then hardens. As it takes the place of the clamping elements 14 . 16 No plastic material can get there holes are formed in the finished component or wheel, which are either needed anyway or mean no functional limitation or may even represent a design element.

Selbstverständlich sind die mehreren Segmente U1–U4 für das Entnehmen des im Werkzeug vollständig geformten Rades jeweils vom Rad-Mittelpunkt weg wie grundsätzlich bekannt verlagerbar, um das Rad trotz der notwendigen Hinterschnitte, auf welche hier nicht näher eingegangen werden muss, aus dem Werkzeug entnehmen zu können.Of course, the plurality of segments U1-U4 for removing the fully formed in the tool wheel from the wheel center away as generally known displaced to remove the wheel despite the necessary undercuts, which need not be discussed here in more detail, from the tool can.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4202287 A1 [0001] DE 4202287 A1 [0001]

Claims (7)

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Strukturteils, welches aus einem ringförmigen Abschnitt (1) und mehreren diesen abstützenden oder an diesem abgestützten Radial-Abschnitten (2) besteht und durch Spritzgießen oder Spritzpressen von faserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von vorgefertigtem und in den Formhohlraum (11, 12, 13) eines Spritzgieß-Werkzeugs eingelegtem Halbzeug (5) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in Form eines Bandes gestaltete und lange Fasern enthaltende Halbzeug (5) nicht nur zur Verstärkung des ringförmigen Abschnitts (1), sondern auch der einzelnen Radial-Abschnitte (2) jeweils ringförmig in das Spritzgieß-Werkzeug eingelegt wird, wonach das Werkzeug geschlossen wird und in den Formhohlraum (11, 12, 13) das im wesentlichen kurze Fasern enthaltende Kunststoffmaterial eingespritzt wird, womit das bandförmige Halbzeug darin eingebettet wird.Method for producing a fiber composite structural part, which consists of an annular section ( 1 ) and a plurality of these radial sections supporting or supported on this ( 2 ) and by injection molding or injection molding of fiber reinforced plastic using prefabricated and in the mold cavity ( 11 . 12 . 13 ) of an injection molding tool inserted semifinished product ( 5 ), characterized in that the semifinished product, which is shaped in the form of a band and contains long fibers ( 5 ) not only to reinforce the annular portion ( 1 ), but also the individual radial sections ( 2 ) is in each case annularly inserted into the injection mold, after which the tool is closed and in the mold cavity ( 11 . 12 . 13 ) the substantially short fibers containing plastic material is injected, whereby the band-shaped semi-finished product is embedded therein. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faserverbund-Strukturteil ein aus einer Felge (1) als dem ringförmigen Abschnitt, aus Speichen (2) als Radial-Abschnitten und aus einem Nabenteil (3) aufgebautes Rad eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs ist und wobei das bandförmige Halbzeug (5) im wesentlichen Endlos-Fasern enthält, die sich jeweils ununterbrochen durch das gesamte Band hindurch zwischen dessen beiden Enden erstrecken.The method of claim 1, wherein the fiber composite structural part comprises a rim ( 1 ) as the annular section, of spokes ( 2 ) as radial sections and from a hub part ( 3 ) constructed wheel of a vehicle, in particular a motor vehicle, and wherein the band-shaped semi-finished product ( 5 ) contains substantially endless fibers, each extending uninterruptedly through the entire band between its two ends. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbzeug-Band (5) in sich zumindest geringfügig gespannt im Werkzeug eingelegt ist, ehe das Kunststoffmaterial eingespritzt wird.Method according to claim 1 or 2, wherein the semi-finished strip ( 5 ) is at least slightly biased in the tool is inserted before the plastic material is injected. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das für die Ausbildung der Radial-Abschnitte (2) oder Speichen (2) vorgesehene bandförmige Halbzeug (5) um zwei im Endbereich jedes Radial-Abschnittes (2) oder jeder Speiche (2) im Formhohlraum des Werkzeugs vorgesehene stiftartige Spannelemente (14, 16) geführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for the formation of the radial sections ( 2 ) or spokes ( 2 ) provided band-shaped semi-finished product ( 5 ) by two in the end region of each radial section ( 2 ) or each spoke ( 2 ) provided in the mold cavity of the tool pin-like clamping elements ( 14 . 16 ) to be led. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Falle eines Fahrzeug-Rades als Faserverbund-Strukturteil auch für die Ausbildung des Nabenteils (3) ein bandförmiges Halbzeug um im Formhohlraum vorgesehene stiftartige Spannelemente gewickelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in the case of a vehicle wheel as a fiber composite structural part for the formation of the hub part ( 3 ) a band-shaped semi-finished product is provided around pin-shaped clamping elements provided in the mold cavity. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mit dem Schließen des Spritzgieß-Werkzeugs auf im Formhohlraum des Unter-Werkzeugs vorgesehene Spannelemente entsprechende im Ober-Werkzeug vorgesehene Spannelemente auftreffen.Method according to one of the preceding claims, wherein corresponding with the closing of the injection molding tool provided in the mold cavity of the sub-tool clamping elements provided in the upper tool clamping elements. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Spannelemente des Unterwerkzeugs durch die auftreffenden Spannelemente des Oberwerkzeugs zumindest geringfügig in das Unterwerkzeug hinein verlagert werden.The method of claim 6, wherein the clamping elements of the lower tool are at least slightly displaced into the lower tool by the impinging clamping elements of the upper tool.
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