DE102013220990A1

DE102013220990A1 - Blasschlauch für Innendruck-Spritzgießen

Info

Publication number: DE102013220990A1
Application number: DE201310220990
Authority: DE
Inventors: Willy Dauner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mit einem Fluid befüllbaren Kunststoffkern mit integrierten Injektionskupplungen (Schnellkupplungen) zum Befüllen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils, insbesondere eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge mittels eines Innendruck-Spritzgießverfahrens bei dem ein solcher Kunststoffkern verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen befüllbaren Kunststoffkern zur Verwendung bei der Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteil gemäß Anspruch 7.
Die Erfindung betrifft daher einen mit einem Fluid befüllbaren Kunststoffkern und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils, insbesondere eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge mittels eines Innendruck-Spritzgießverfahrens.
Das Innendruck-Spritzgießen ist ein spezialisiertes Spritzgussverfahren zur Herstellung hohler Werkstücke, welches auch unter der Bezeichnung Fluidinjektionstechnik (FIT) bekannt ist.
Aus der EP 0 911 143 B1 ist zum Beispiel ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils bekannt. Hierbei wird zunächst auf eine Wickelhilfe eine gewebte Fasermatte aufgewickelt, wodurch ein Vorformling gebildet wird, Nach dem Entfernen der Wickelhilfe wird der Vorformling in ein Spritzwerkzeug eingesetzt, wobei außerdem ein Kunststoffkern in den Vorformling eingebracht wird. Der Kunststoffkern wird dabei durch eine aufblasbare Blase gebildet. Im Spritzwerkzeug erfolgt dann die Einspritzung des die Matrix bildenden Kunststoffs bei aufgeblasener Blase.
Aus der DE 10 2004 006 615 A1 ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem zunächst der Vorformling aus gewebten Fasermatten hergestellt wird, um anschließend einen aufblasbaren Schlauch darin einzusetzen. In einem Spritzformwerkzeug dient der aufgeblasene Schlauch als Kunststoffkern. Ein weiteres Verfahren dieser Art ist aus der DE 198 03 909 A1 bekannt.
Aus der US 4,911,876 ist ein alternatives Verfahren bekannt, bei dem die Fasern in eine Kavität eines Spritzwerkzeugs eingelegt werden. Anschließend wird auf die Fasern eine aufblasbare Blase als Kunststoffkern in die Kavität eingelegt. Anschließend wird das Spritzwerkzeug geschlossen, um den Spritzvorgang bei aufgeblasener Blase durchzuführen.
Den Verfahren liegt typischerwiese ein Teilschritt, somit ein Arbeitsschritt des herkömmlichen Spritzgießens zu Grunde, wie zum Beispiel einem Resin Transfer Moulding Prozess RTM Spritzverfahren. Ein solcher an sich bekannter Prozess dient der Herstellung von Formteilen aus Duroplasten und Elastomeren. Im Vergleich zum Pressen wird hierbei die Formmasse mittels Kolben von einer meist beheizten Vorkammer über Verteilerkanäle in das Formnest eingespritzt, worin sie unter Wärme und Druck aushärtet.
Beim Innendruck-Spritzgießen ist bekannt, dass nach dem Arbeitsschritt des herkömmlichen Spritzgießens mittels einer definierter Teilfüllung der Gussform ein temporärer Füllstoff (Fluid, Wasser http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser oder inertes Gas) in einer Blasform so in die teilgefüllte Spritzform eingegeben, dass es als innere Matrize wirkt. Durch die Verdrängung der Schmelze aus der Mitte wächst zum einen ein Hohlraum und zum anderen wird die Schmelze an bzw. in die äußere Gussform gedrückt. Nach Erstarren der Schmelze entweicht das Fluid wieder.
Im Stand der Technik werden beim Innendruck-Spritzgießen daher sogenannte Thermoplastkerne, insbesondere faserumwicklete Thermoplastkerne (allgemein auch als Blaskerne bezeichnet) verwendet, die entweder mittels Gasinjektionstechnik oder Wasserinjektionstechnik in der Form auf einen definierten Prozessdruck gefüllt werden.
Bei der Gasinjektionstechnik (GIT) oder auch Gasinnendruck-Spritzgießen (GID) verdrängt das Gas die Schmelze und übernimmt mit Drücken bis maximal 300 bar die Restfüllung. Das Injizieren erfolgt allerdings umständlich durch die Maschinendüse und damit durch das Angusssystem oder alternativ durch eine separate Injektionskupplung direkt in das Formteil in der Kavität. Typischerweise bevorzugt man Gas immer dann, wenn Schwindung kompensiert werden sollen, Masseanhäufungen nicht vermeidbar sind, Kanalquerschnitte sehr klein sind, Wasser nicht aus dem Bauteil entfernt werden kann oder die Baugröße des Injektors ausschlaggebend ist.
Bei der Wasserinjektionstechnik (WID), auch Wasserinnendruck-Spritzgießen oder kurz WID genannt, wird wie bei dem Gasinnendruck-Spritzgießen der thermoplastische Kunststoffkern gefüllt, jedoch mit dem Unterschied, dass statt Gas Wasser über einen sogenannten Injektor in ein Spritzgussbauteil eingeleitet wird. Problematisch ist immer noch die Umsetzung, welche anlagen- und betriebstechnischen Schwierigkeiten bereitet, die mit dem Medium Wasser verbunden sind, wie Injektionsanbindung, Dichtigkeit, Korrosion, e.t.c.
Vorteile, die sich durch die Verwendung von Wasser ergeben, sind die deutliche Reduzierung der Taktzeit (größere Wärmekapazität des Wassers im Vergleich zu Gas bei der GIT) und eine Verbesserung der Oberflächenstruktur. Wasser kommt auch dann zum Zuge, wenn die Querschnitte und die Kanallänge in Abhängigkeit vom Material für die Gasinjektionstechnik zu groß werden und wenn bei unverstärkten Kunststoffen eine glatte, geschlossene Oberfläche gefordert ist.
Nachteilig bei allen im Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Kerne (Blaskerne) ohne Anschlüsse geliefert werden und das Befüllen und Entleeren der Kerne mit und von Fluid daher aufwendig, komplex und ressourcenverbrauchend ist. Insbesondere bei Verwendung von Wasser als Fluid ergibt sich ein hoher Wasserverbrauch.
Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, flexibleres und effizienteres Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlbauteilen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren bereitzustellen. Das neue Verfahren soll Faserverbund-Hohlbauteile herstellen, die kostengünstiger, ressourcenschonender produzierbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines befüllbaren Kerns (Blaskern) nach Anspruch 1 und eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils gemäß Anspruch 7.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist es dabei, einen befüllbaren Blaskern bzw. Blasschlauch mit integrierten Schnellkupplungen form- und kraftschlüssig so zu versehen, der ein Befüllen und Entleeren des Kerns auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht. Hierzu wird in der allgemeinsten Form der Erfindung eine Injektionskupplung am Kern befestigt. Als wirtschafliche Injektionskupplungen eignen sich besonders Schnellkupplungen, wie diese handelsüblich bei der rohrgebundenen Weiterleitung von Fluid bekannt sind, wie zum Beispiel eine herkömmliche Wasserrohrverbindung oder Muffe mit Anschlußstück für Wasseranschlußtechnik.
In einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung wird demnach ein befüllbarer Kunststoffkern zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils bereitgestellt, wobei der Kunststoffkern an wenigstens einer Öffnung mit einer integrierten Injektionskupplung, vorzugsweise einer Schnellanschlußkupplung zum Einbringen eines Fluids ausgebildet ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung dient eine Formschlauch bzw. Blasschlauch ebenso als Kern in der Verwendung bei dem Innendruck-Spritzgießverfahrens.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der der Kunststoffkern aus einem thermoplastischen Material. Besonders bevorzugt ist es, wenn der der Kunststoffkern aus einem thermoplastischen Schlauchmaterial ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich mittels eines Extruders ein Kunststoffschlauch als Kern in eine Werkzeugform extrudieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als integrierte Injektionskupplung am Kunststoffkern eine Schnellanschlußkupplung mit einem Anschlußstutzen verwendet. Schnellanschlußkupplungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche Kupplungen, die es dem Benutzer ermöglichen mit einem Gegenkupplungsstück zum Beispiel über eine Bajonettverbindung, Rastverbindung oder eine Steck/Schnappverriegelung miteinander in Eingriff gebracht zu werden. Besonders bevorzugt sind dabei mittels eines einzigen Steckvorgangs verbindbare Kupplungsteile.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn der Anschlußstutzen im Bereich der Öffnung des Kerns von dem thermoplastischen Materials des Kerns formschlüssig und diesen dichtend umgeben ist. Dies kann mittels einer am Umfang des Anschußstutzens hergestellten form- und kraftschlüssigen Verbindung mit dem thermoplastischen Material erfolgen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anschlußstutzen mit einem Gewinde versehen, welches formschlüssig und in Bezug auf den im Verfahren zu erwartenden Prozessdruck druckfest mit dem thermoplastischen Kunststoffkern verbunden ist. Da hier hohe Drücke zu erwarten sind muß die Verbindung entsprechend stabil ausgeführt sein.
So kann die Verbindung zwischen dem Kern und der Injektionskupplung erfindungsgemäß durch thermisches Aufschrumpfen des thermoplastischen Kernmaterials des Kunststoffschlauches auf einen dafür vorgesehenen Anschlußbereich der Injektionskupplung erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Innendruck-Spritzgießverfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils in einer Werkzeugform (Spritzform) bei der ein wie oben beschriebener thermoplastischer Kunststoffkern ausgebildet und verwendet wird. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft demnach die Ausbildung eines mit wenigstens einer Injektionskupplung versehenen thermoplastischen Kerns in einem Innendruck-Spritzgießverfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird demnach ein Innendruck-Spritzgießverfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils in einer öffenbaren Werkzeugform mit wenigstens den folgenden Schritten vorgeschlagen:

– Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches in die Werkzeugform;
– Ausbilden eines befüllbarer Kunststoffkerns mit wenigstens einer Injektionskupplung;
– Füllen des befüllbarer Kunststoffkerns mit einem Fluid über die integrierte Injektionskupplung;
– Harzinjektion in das Werkzeug;
– Öffnen der Werkzeugform und Entnahme des befüllbarer Kunststoffkerns.

In einer weiter vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens umfasst der Schritt b folgende Teilschritte umfasst der Schritt des Ausbildens eines befüllbaren Kunststoffkerns mit einer Injektionskupplung die folgenden Schritte:

– Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches in die Werkzeugform;
– Ablängen des thermoplastischen Kunststoffkernschlauches auf die erforderliche Länge;
– Mechanisches Befestigen des Kunststoffkernschlauches in der Werkzeugform;
– Anbringen von wenigstens einer Injektionskupplung an dem thermoplastischen Kunststoffkernschlauch.

Ferner ist vorgesehen, dass nach dem Anbringen der Injektionskupplung(en) das Werkzeug zur Injektion eines Harzes oder dergleichen geschlossen wird.
Mit Vorteil kann auch vorgesehen werden, dass an jeder Werkzeugöffnung eine Injektionskupplung mit dem thermoplastischen Kunststoffkernschlauch verbunden wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es folgt ein Ausführungsbeispiel für einen beispielhaften Hohlkörper.
Es zeigen:
1 Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches in eine Werkzeugform;
2 Mechanisches Befestigen des Kunststoffkernschlauches im Werkzeug;
3 Ablängen (Abtrennen) des thermoplastischen Kunststoffkernschlauches auf die erforderliche Länge;
4 Anbringen von Injektionskupplungen an den thermoplastischen Kunststoffkernschlauches;
5 Schließen des Werkzeuges;
6 Füllen des thermoplastischen Kunststoffkernschlauches mit einem Fluid und Harzinjektion in das Werkzeug sowie weiteres Befüllen der Polymerblase zur endgültigen Verpressung;
7 Entnahme und Evakuieren der thermoplastischen Kunststoffschlauches und Entformen des ausgehärteten Bauteils.
Grundsätzlich können bei dem Erfindungsgemäßen Verfahren alle Varianten des Harzinjektionsverfahrens eingesetzt werden.
1 zeigt das Einbringen und Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches (1) in eine aus zwei Werkzeughälften bestehende Werkzeugform (11a, 11b) über einen Extruder (30) und zeigt somit das Bestücken der Harzinjektionsform (hier beispielhaft bestehend aus linker (11a) und rechter (11b) Formhälfte. Die Kavität der Form (12a, 12b) bildet den späteren Hohlkörper ab.
Das mechanische Befestigen mittels des Kunststoffkernschlauches (1) im Werkzeug (11a, 11b) mittels Klemmungen (14) ist schematisch in 2 dargestellt.
Alternativ können textile Verstärkungsmaterialien um den extrudierten Kern (1) angeordnet werden, wobei durch eine geeignete Fixierung oder Vorformung eine stabile Preform, bestehend aus Verstärkungsmaterial und evakuierter Kern (1) gebildet werden kann.
In 3 ist eine schematischen Ansicht einer Verfahrenszwischenstufe nach dem Ablängen (des thermoplastischen Kunststoffschlauches (1') auf die erforderliche Länge gezeigt. Dies kann mit Hilfe einer herkömmlichen Trennvorrichtung (40) geschehen. In 4 ist schematisch der Zustand nach dem Anbringen von zwei Injektionskupplungen (3) an den thermoplastischen Kunststoffschlauch (1) an jeder Werkzeugöffnung (12) dargestellt.
In den 5 und 6 wird dargestellt, wie die Werkzeugform (11a, 11b) geschlossen wurde und nach dem Schließen der Werkzeugform (11a, 11b) ein Fluid (hier Gas) über eine Injektionskupplung (3) in den thermoplastischen Kunststoffschlauch (1') eingebracht wurde, um so einen befüllten (unter Druckstehenden) thermoplastischen Kern (1) im Werkzeug auszubilden.
Nach erfolgter Harzinjektion in die Werkzeugform (11a, 11b) und Aushärten des Harzes erfolgt das Öffnen d. h. das Trennen der Werkzeugform (11a, 11b) zur Entnahme des Faserverbund-Hohlbauteils (20) und des mit Gas befüllten Kunststoffkerns (1).
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0911143 B1 [0004]
DE 102004006615 A1 [0005]
DE 19803909 A1 [0005]
US 4911876 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser [0008]

Claims

Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (20), wobei der Kunststoffkern (1) an wenigstens einer Öffnung (2) mit einer integrierten Injektionskupplung (3) zum Einbringen eines Fluids ausgebildet ist.
Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkern (1) aus einem thermoplastischen Material besteht.
Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkern (1) aus einem thermoplastischen Schlauchmaterial ausgebildet ist.
Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionskupplung (3) eine Schnellanschlußkupplung mit einem Anschlußstutzen (4) darstellt.
Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlußstutzen (4) im Bereich der Öffnung (2) von dem thermoplastischen Material formschlüssig und diesen dichtend umgeben ist.
Befüllbarer Kunststoffkern (1, 1') zur Verwendung in einem Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlußstutzen (4) mit einem Gewinde (5) ausgebildet ist, welches formschlüssig und in Bezug auf den im Verfahren zu erwartenden Prozessdruck druckfest mit dem thermoplastischen Kunststoffkern verbunden ist.
Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (20) in einer öffenbaren Werkzeugform (11a, 11b) mit wenigstens den folgenden Schritten: a. Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches (1') in die Werkzeugform (11a, 11b); b. Ausbilden eines befüllbarer Kunststoffkerns (1) mit wenigstens einer Injektionskupplung (3) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6; c. Füllen des befüllbarer Kunststoffkerns (1) mit einem Fluid über die integrierte Injektionskupplung (3); d. Harzinjektion in das Werkzeug; e. Öffnen der Werkzeugform (11a, 11b) und Entnahme des befüllbarer Kunststoffkerns (1).
Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b folgende Teilschritte umfasst: i. Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffkernschlauches (1') in die Werkzeugform (11a, 11b); ii. Ablängen des thermoplastischen Kunststoffkernschlauches (1') auf die erforderliche Länge; iii. Mechanisches Befestigen des Kunststoffkernschlauches (1') in der Werkzeugform (11a, 11b); iv. Anbringen von wenigstens einer Injektionskupplung (3) an dem thermoplastischen Kunststoffkernschlauch (1');
Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem Anbringen der Injektionskupplung(en) (3) das Werkzeug (11a, 11b) zur Injektion eines Harzes oder dergleichen geschlossen wird.
Innendruck-Spritzgießverfahrens (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (1) gemäß einem der Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Werkzeugöffnung (12) eine Injektionskupplung (3) mit dem thermoplastischen Kunststoffkernschlauch (1') verbunden wird.