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Die Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil eines Fahrzeugs mit zumindest einem Einlegeteil, das in das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils eingebettet ist.
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Ein derartiges Kunststoffbauteil ist beispielsweise ein Deckel eines Fahrzeugdaches, mit dem eine Dachöffnung des Fahrzeugdaches wahlweise verschließbar oder zumindest teilweise freilegbar ist. Der Deckel ist beispielsweise aus Polycarbonat hergestellt und ist mittels einer Deckelmechanik am Fahrzeugdach verstellbar gelagert. Teile der Deckelmechanik wie z. B. Lagerteile für Ausstellhebel sind am Deckel fest angebracht und sind Einlegeteile insbesondere aus Metall, die in den Kunststoff des Deckels oder in eine Randanspritzung oder Randumspritzung aus Kunststoff am Deckel zumindest teilweise eingelegt und eingegossen oder umspritzt sind. Das Eingießen oder Umspritzen der Einlegeteile kann jedoch hohen Qualitätsanforderungen nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit genügen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Kunststoffbauteil zu schaffen, bei dem die beschriebenen Nachteile beim Einbetten von Einlegeteilen in das Kunststoffmaterial vermieden werden, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen verbesserten Kunststoffbauteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kunststoffbauteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Einlegeteil mittels einer Entkopplungsschicht von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils getrennt ist.
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Die Aufgabe wird des weiteren durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Entkopplungsschicht trennt das insbesondere metallische Einlegeteil von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils während dessen Herstellung und insbesondere während dem Spritzgießen des Kunststoffbauteils und auch nach seiner Einbettung in das Kunststoffbauteil, so dass das thermische Verhalten von thermoplastischen Bauteilbereichen und benachbarten Bereichen des Einlegeteils voneinander entkoppelt ist und eine gegenseitige negative Beeinflussung ausgeschlossen ist.
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Bei einer solchen Gestaltung eines Kunststoffbauteils wie z. B. eines Deckels eines Fahrzeugdaches ist die Haftung zwischen den Einlegeteilen und dem Thermoplast-Kunststoff des Deckels bzw. der An- oder Umspritzung aufgrund der Entkopplungsschicht wesentlich verbessert und Spannungen durch das unterschiedliche Werkstoffverhalten der Einlegeteile und des Trägermaterials bzw. Kunststoffes insbesondere beim Abkühlen der beim Spritzgießen erwärmten Materialien können vermieden werden. Des weiteren wird vermieden, dass Scherwirkungen an den Übergängen der Metalleinlegeteile zum Kunststoffmaterial aufgrund von Wärmedehnungen auftreten können und dass Kerbspannungen sich im vergleichsweise starren und spröden Kunststoffmaterial wie insbesondere Polycarbonat an den Ecken der Metalleinlegeteile bilden können. Schließlich kann eine verbesserte Oberflächenqualität bereitgestellt werden, da sich die eingebetteten Einlegeteil an der Oberfläche des Kunststoffbauteils aufgrund eines verbesserten Abkühlverhaltens der ummantelten und damit entkoppelten Einlegeteile gegenüber dem Kunststoffmaterial nicht mehr optisch erkennbar abzeichnen.
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Grundsätzlich sind statt des Spritzgießens auch andere Herstellungsverfahren anwendbar, bei denen ein inniger Kontakt zwischen dem mit der Entkopplungsschicht umspritzten oder ummantelten Einlegeteil und dem mit diesem insbesondere unter Wärmezufuhr in Kontakt gebrachten Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils hergestellt wird.
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Als Kunststoffbauteil wird ein Bauteil bezeichnet, das zumindest einen Anteil an Kunststoffmaterial aufweist, in dem das Einlegeteil eingebettet wird bzw. ist, und es kann aus mehreren Teilen oder Komponenten bestehen.
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Das Einlegeteil besteht zumindest in den relevanten Kontaktbereichen oder Einbettungsabschnitten aus metallischem Werkstoff oder aus einem Verbundwerkstoff aus unterschiedlichen Materialien. In einem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil können mehrere gleiche oder unterschiedliche Einlegeteile eingebettet sein. Einlegeteile sind beispielsweise Profilstücke, Winkelteile, ein- oder mehrteilige Rahmen oder Schraubinserts.
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Zweckmäßigerweise ist die Entkopplungsschicht als Anspritzung an dem Einlegeteil oder als Umspritzung des Einlegeteils gebildet, z. B. in der Art einer teilweisen oder vollständigen Ummantelung.
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Beim Einbetten wird das Einlegeteil vollständig oder nur teilweise eingebettet, wobei z. B. ein Schenkel eines Einlegeteils in das Kunststoffmaterial teilweise eingebettet oder eingespritzt ist. Das Einbetten kann auch durch nur einseitiges flächiges Kontaktieren des Einlegeteils mit dem Kunststoffmaterial oder durch Anspritzen des Kunststoffmaterials an das Einlegeteil erfolgen.
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Das Kunststoffmaterial, in das das Einlegeteil eingebettet wird, ist ein Thermoplast wie z. B. bevorzugt Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyamid (PA), ein PC-Blend, oder Polyethylenterephtalat (PET).
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Aus diesem Kunststoffmaterial kann z. B. eine Scheibe eines Deckels eines öffnungsfähigen Fahrzeugdaches gebildet sein, in die Einlegeteile insbesondere randseitig außerhalb eines Durchsichtsbereichs der transparenten Scheibe eingespritzt werden, wobei die Einlegeteile zum Ankoppeln des Deckels an die Dachmechanik vorgesehen sind.
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Als Kunststoffmaterial können auch PC-ABS-Blend, PC-PET-Blend, PC-PBT-Blend und andere PC-Blends, wie auch PMMA, PA, SAN, ASA, jeweils auch mit Glasfaserverstärkung, verwendet werden. Diese Kunststoffmaterialien können beispielsweise als zweite Komponente an die oben genannten Thermoplaste, die als erste Komponente z. B. die Scheibe bilden, insbesondere rahmenartig angespritzt werden und eine Aufnahme für die Einlegeteile bilden. Wesentlich ist, dass die voranstehend genannten Materialien überwiegend solche Materialeigenschaften aufweisen, die beim Einbetten von Einlegeteilen ohne die erfindungsgemäße Entkopplungsschicht zu den genannten Nachteilen führt.
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Das Kunststoffmaterial der Entkopplungsschicht enthält eine elastomere Komponente und ist insbesondere ein thermoplastisches Elastomer (TPE). Die elastomere Komponente kann beispielsweise auch Gummi sein. Als TPE können beispielsweise die Typen TPE-O, TPE-V, TPE-U, TPE-S wie insbesondere SBS, SEES, SEPS, SEEPS und MBS verwendet werden.
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Die Entkopplungsschicht kann schon in einer Dicke von etwa 1 bis 2 mm ihre Funktion erfüllen. Jedoch kann die Entkopplungsschicht auch wesentlich dicker gebildet sein und z. B. eine stabile Verbindung von zumindest zwei Bauteilen eines mehrteiligen Verstärkungsrahmens z. B. eines Deckels bilden.
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Das Kunststoffmaterial der Entkopplungsschicht weist in bevorzugter Gestaltung eine Shore-A-Härte von 40 bis 80 auf. Damit ist das Kunststoffmaterial bzw. das TPE ausreichend weich, um auftretende Scherkräfte aufnehmen zu können, und auch ausreichend hart, um mechanische Kräfte, die durch Schütteln oder Vibrationen des Bauteils z. B. im Fahrbetrieb eines Fahrzeugs erzeugt werden können, aufnehmen und auch dämpfen zu können.
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Die Entkopplungsschicht kann auch Maßänderungen bei unterschiedlicher Wärmedehnung des Kunststoffbauteils oder Deckels und des Einlegeteils aufnehmen.
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Besonders bevorzugt ist daher, dass das Material der Entkopplungsschicht bzw. das TPE angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird, wenn das einbettende Kunststoffmaterial ein- oder angespritzt wird, so dass ein haftungsfähiger Verbund aus den in Kontakt gebrachten Kunststoffmaterialien gebildet wird. Daher muss hierfür die Schmelztemperatur des einbettenden Kunststoffmaterials bzw. Thermoplasts ausreichend hoch sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils eines Fahrzeugs, bei dem ein Einlegeteil in das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils eingebettet wird, wird das insbesondere metallische Einlegeteil zumindest in einem Einbettungsabschnitt mit einem thermoplastischen Elastomer zur Bildung einer Entkopplungsschicht umspritzt und beim Umspritzen des Einlegeteils mit einem Thermoplast wird das thermoplastische Elastomer der Entkopplungsschicht an- oder aufgeschmolzen, um einen haftungsfähigen Verbund zwischen der Entkopplungsschicht und dem einbettenden Kunststoffmaterial zu bilden.
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Dabei kann das Kunststoffbauteil insbesondere in einem 2-K-Spritzgießverfahren oder in einem 3-K-Spritzgießverfahren hergestellt werden. Bei dem 2-K-Spritzgießverfahren wird das mit der Entkopplungsschicht schon ummantelte Einlegeteil in eine Spritzgussform eingelegt und in das Kunststoffmaterial eingebettet, wohingegen beim 3-K-Spritzgießverfahren auch das Aufbringen der Entkopplungsschicht auf das Einlegeteil in der Spritzgussform erfolgt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Kunststoffbauteile und Einlegeteile unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 in einer Querschnittsansicht in Teildarstellung ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil mit einem umspritzten und in Kunststoffmaterial eingebetteten Einlegeteil;
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2 in einer Querschnittsansicht das Einlegeteil gemäß 1 mit einer umspritzten Entkopplungsschicht;
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3 in einer Querschnittsansicht ein weiteres Einlegeteil mit einer Entkopplungsschicht;
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4 in einer Querschnittsansicht ein Einlegeteil mit einer Entkopplungsschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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5 in einer Draufsicht ein Kunststoffbauteil in Gestalt eines Deckels mit Einlegeteilen;
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6 in einer Querschnittsansicht das Kunststoffbauteil der 5 entlang der Schnittebene A-A in 5; und
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7 in einer Querschnittsansicht das Kunststoffbauteil der 5 entlang der Schnittebene B-B in 5.
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Ein Kunststoffbauteil 1 eines Fahrzeugs ist z. B. als Deckel 2 für eine Dachöffnung eines öffnungsfähigen Fahrzeugdaches wie z. B. eines Schiebe-, Hub- oder Spoilerdaches gebildet. Der Deckel 2 enthält eine Scheibe 3 aus transparentem Kunststoffmaterial wie z. B. Polycarbonat, an der randseitig eine an der Innenseite 4 der Scheibe 3 angebrachte Anspritzung 5, die aus einem z. B. nicht transparenten und beispielsweise schwarzen Kunststoffmaterial wie z. B. PC-ABS gebildet ist. Grundsätzlich kann die Scheibe 3 jedoch auch aus Glas bestehen.
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In der Anspritzung 5, die z. B. nur an der Unter- oder Innenseite 4 der Scheibe 3 oder auch einen Rand der Scheibe 3 umgreifend gebildet sein kann und die auch als Verdickung der Scheibe 3 gebildet sein kann, ist ein Einlegeteil 6 teilweise eingespritzt. Das Einlegeteil 6 ist beispielsweise ein im Querschnitt T-förmiges Metallprofil mit einem Basisblech 7 und einem hiervon senkrecht abstehenden Schenkel 8. Das Einlegeteil 6 stellt ein Verankerungsteil einer Deckelmechanik zum Verstellen des Deckels 2 dar und enthält eine Bohrung 9 zum Befestigen eines Teils der Deckelmechanik wie z. B. eines Ausstellhebels oder dergleichen (nicht dargestellt).
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Das Einlegeteil 6 ist zumindest in dem Bereich, in dem es in der Anspritzung 5 eingebettet ist, von einer Entkopplungsschicht 10 umgeben (siehe auch 2, die das umspritzte Einlegeteil 6 vor dem Einbetten zeigt). Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Basisblech 7 und ein Abschnitt 11 des Schenkels 8 von der Entkopplungsschicht 10 umgeben oder ummantelt bzw. mit dieser umspritzt. Die Entkopplungsschicht 10 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff wie z. B einem thermoplastischen Elastomer (TPE). Die Anspritzung 5 des Beispiels der 1 kann auch nur an der dem Schenkel 8 gegenüberliegenden Oberseite des Basisblechs 7 vorgesehen sein und die Unterseite des Basisblechs 7 mit der daran angebrachten Entkopplungsschicht 10 unbedeckt lassen, so dass diese an der Unterseite des Deckels 2 sichtbar ist.
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Ein weiteres Einlegeteil 6 (siehe 3) ist im Querschnitt L-förmig gebildet mit einem Basisblech 7 und einem Schenkel 8 , wobei im wesentlichen nur das Basisblech 7 von einer Entkopplungsschicht 10 umgeben ist und auch nur das Basisblech 7 in einem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils eingebettet wird.
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Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des Einlegeteils 6 der 3, jedoch ist das Basisblech 7 gekrümmt und enthält auf seiner gemäß 4 unteren Fläche sowie auf der gegenüberliegenden oberen Fläche jeweils eine Beschichtung mit der Entkopplungsschicht 10. Zweckmäßigerweise hat dieses Einlegeteil 6 in seinem Einbauzustand an einem Kunststoffbauteil nur über diese mit der Entkopplungsschicht 10 beschichteten Bereiche Kontakt mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils.
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Ein derartiges Einlegeteil 6 kann an einem Kunststoffbauteil gemäß einem Verfahren an- oder eingespritzt werden, bei dem zunächst das insbesondere metallische Einlegeteil 6 mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) zur Bildung zumindest einer Entkopplungsschicht 10 umspritzt wird. In einem 2K-Spritzgießverfahren wird in einem entsprechenden Spritzgusswerkzeug die erste Komponente, gemäß 1 die Scheibe 3 aus transparentem Kunststoff, hergestellt. Nach dem Öffnen des Spritzgusswerkzeugs wird das zumindest eine vorbereitete und mit der Entkopplungsschicht 10 versehene Einlegeteil 6 in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Nach dem Schließen des Spritzgusswerkzeugs wird die zweite Komponente in Form des Kunststoffmaterials der Anspritzung 5 eingespritzt. Dabei schmilzt das TPE der Entkopplungsschicht 10 an oder auf, so dass ein haftungsbildender Verbund entsteht, wobei hierfür die Schmelztemperatur der zweiten Komponente ausreichend hoch sein muss, so dass das TPE zumindest angeschmolzen wird. Das Einlegeteil 6 kann dabei vollständig umschlossen werden, z. B. bei einem Verstärkungsblech, oder partiell in bestimmten Bereichen, z. B. dem Basisblech 7, oder das Kunststoffmaterial kann auch nur einseitig an die Entkopplungsschicht 10 angespritzt werden.
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Stets muss jedoch zwischen der Grenzfläche von Werkstoff bzw. Metall des Einlegeteils zu Thermoplast eine Entkopplungsschicht aus TPE vorhanden sein.
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Gemäß einem alternativen Verfahren wird das Kunststoffbauteil in einem 3-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Dabei wird zunächst in einer Kavität des Spritzgusswerkzeugs der Durchsichtsbereich bzw. die Scheibe 3 (erste Komponente) gefertigt. Nach dem Umsetzen oder Übergeben des Durchsichtsbereichs bzw. der Scheibe 3 in eine zweite Kavität des Spritzgusswerkzeugs werden gleichzeitig oder nacheinander die TPE-Komponente und die zweite Komponente (Thermoplast) derart eingespritzt, dass stets die Entkopplungsschicht 10 aus TPE zwischen dem Werkstoff bzw. Metall des Einlegeteils 6 und dem Thermoplast der Anspritzung 5 vorhanden ist.
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Diese beiden beispielhaft genannten Herstellungsverfahren können über die Ausführungsbeispiele hinaus allgemein für jede Art von erfindungsgemäßen Kunststoffbauteilen verwendet werden.
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Das TPE kann grundsätzlich hart oder weich sein, jedoch soll es weich genug sein, um Scherkräfte aufnehmen zu können, und hart genug, um mechanische Kräfte, z. B. durch Erschütterungen des Kunststoffbauteils, aufnehmen zu können.
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Das in 5 bis 7 dargestellte Kunststoffbauteil stellt einen Deckel 2 eines Fahrzeugdaches dar und enthält eine transparente Scheibe 3 aus beispielsweise Polycarbonat, an deren Unter- oder Innenseite randseitig eine umlaufende Anspritzung 5 aus PC-ABS angebracht ist. Ein Verstärkungsrahmen ist aus vier Einlegeteilen 6 in Form von modularen Blechprofilen gebildet, die an den vier Randseiten 12 des Deckels 2 im Bereich der Anspritzung 5 angebracht sind. Jedes Einlegeteil 6 bzw. Blechprofil ist mittels einer TPE-Entkopplungsschicht, die als vergleichsweise dicker Streifen gebildet ist, an der Anspritzung 5 von dieser beabstandet angebracht. Dabei sind die beiden Schenkel 13 des Blechprofils und seine Innenseite 14 eingespritzt und ummantelt, wohingegen die Außenseite 15 des Mittelbereichs des Blechprofils von TPE nicht bedeckt ist. Jeweils zwei in den Eckbereichen des Deckels 2 aneinander angrenzende Einlegeteile 6 bzw. Blechprofile sind voneinander beabstandet und durch eine Puffer 16 aus TPE voneinander getrennt und entkoppelt, jedoch durch diesen Puffer 16 zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Verstärkungsrahmens auch miteinander fest verbunden. Das Blechprofil wird z. B. durch Rollen, Biegen oder Strangpressen hergestellt.
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Durch die zumindest eine Entkopplungsschicht 10 wird somit das thermische Verhalten des Metalls des Einlegeteils 6 vom thermoplastischen Kunststoffmaterial, wie insbesondere Polycarbonat, der Anspritzung 5 beim An- oder Umspritzen des Einlegeteils 6 mit dem Kunststoffmaterial der Anspritzung 5 bzw. dem Puffer 16 entkoppelt.
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Das erfindungsgemäße Einlegeteil 6 gestattet die direkte Anbindung der Deckelmechanik an einen Kunststoffdeckel bzw. ein Kunststoffdach insbesondere aus Polycarbonat und vermeidet die eingangs genannten Nachteile der bekannten Einlegeteile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststoffbauteil
- 2
- Deckel
- 3
- Scheibe
- 4
- Innenseite
- 5
- Anspritzung
- 6
- Einlegeteil
- 7
- Basisblech
- 8
- Schenkel
- 9
- Bohrung
- 10
- Entkopplungsschicht
- 11
- Abschnitt
- 12
- Randseite
- 13
- Schenkel
- 14
- Innenseite
- 15
- Außenseite
- 16
- Puffer
