DE102013222362A1

DE102013222362A1 - Verrfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils

Info

Publication number: DE102013222362A1
Application number: DE201310222362
Authority: DE
Inventors: Manuel Schwarz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-05-07

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils (40), insbesondere für Strukturanwendungen, vorzugsweise in einem Fahrzeug, weist folgende Schritte auf: Fertigen eines Blasformteils durch Aufblasen eines Vorformlings in einem formgebenden Blaswerkzeug, wobei das Blasformteil der Innenkontur des herzustellenden Bauteils (40) entspricht; Auffüllen des Blasformteils mit Formsand (30); Einlegen des mit Formsand (30) gefüllten Blasformteils in ein Spritzgusswerkzeug (32); Umspritzen des Blasformteils und Entkernen des auf diese Weise gebildeten Bauteils (40).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils, insbesondere für Strukturanwendungen, vorzugsweise in einem Fahrzeug.
Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen ist das Spritzgießen, mit dem beispielsweise Bauteile hergestellt werden können, die bereits mit Anbindungs- oder Verstärkungselementen versehen sind.
Zur Herstellung hohler und damit steifer und leichter Kunststoffbauteile mit konstanter Wanddicke kann beispielsweise ein Blasformverfahren eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Fertigungsverfahren für ein Kunststoffbauteil bzw. ein verbessertes Kunststoffbauteil bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist dazu ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils die folgenden Schritte auf: Fertigen eines Blasformteils durch Aufblasen eines Vorformlings in einem formgebenden Blaswerkzeug, wobei das Blasformteil der Innenkontur des herzustellenden Bauteils entspricht; Auffüllen des Blasformteils mit Formsand und gegebenenfalls Verdichten des Formsands; Einlegen des mit Formsand gefüllten Blasformteils in ein Spritzgusswerkzeug; und Umspritzen des Blasformteils und Entkernen des auf diese Weise gebildeten Bauteils.
Dabei wird sowohl das Blasformteil aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt als auch im weiteren Verfahrensverlauf mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Insbesondere kann derselbe Kunststoff zum Einsatz kommen. Beim Umspritzen dient das Blasformteil als Trennebene zwischen dem Formsand und dem flüssigen Kunststoff, weshalb keine gegenseitige Verunreinigung stattfinden kann. Die Füllung mit Formsand erhöht die Stabilität des Blasformteils beim Umspritzen und verhindert ein Eindrücken bzw. eine Verformung des Blasformteils beim Umspritzen mit Kunststoffschmelze. Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert dabei die Vorteile mehrerer bekannter Herstellungsverfahren und ermöglicht so die einfache Herstellung eines hohlen und damit steifen und leichten Bauteils, welches aufgrund des anschließenden Umspritzens eine ausreichend dicke und damit stabile Außenwand aufweist. Dabei sind auch komplexere Bauteilkonturen als üblicherweise bei Blasformteilen möglich.
Vorzugsweise wird beim Umspritzen des Blasformteils eine gewünschte Außenkontur des herzustellenden Bauteils abgeformt. Dadurch lässt sich z. B. auf einfache Weise ein Bauteil mit variabler Wandstärke realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden beim Umspritzen des Blasformteils Anbindungselemente und/oder Verstärkungselemente des herzustellenden Bauteils mit angespritzt. Dies ermöglicht erstmalig die Herstellung von leichten und gleichzeitig steifen hohlen Kunststoffbauteilen mit integrierten Anbindungs- bzw. Verstärkungselementen, wodurch aufgrund der Funktionsintegration eine zusätzliche Gewichtsreduzierung erfolgt. Derartige Bauteile können zum Beispiel in einer Leichtbauheckklappe eines Fahrzeugs als Tragstruktur Verwendung finden.
Das Blasformteil wird vorzugsweise außenseitig komplett umspritzt.
Die Umspritzung kann auch mit dem Blasformteil eine adhäsive vollflächige Verbindung eingehen, so dass neben Formschluss noch eine zusätzliche Verbindung vorhanden ist.
Bei den Anbindungselementen handelt es sich beispielsweise um Befestigungsdome, insbesondere Schraubdome, Aufnahmen für Clipse oder Scharniere.
Das Blasformteil wird vorzugsweise durch Extrusionsblasformen hergestellt. Dabei wird ein aufgeschmolzenes Kunststoffmaterial über eine Förderschnecke durch eine Düse gepresst, so dass ein schlauchförmiger Vorformling entsteht. Dieser wird in eine Blasform eingelegt und durch Innendruck den Innenkonturen dieser Form angepasst. Alternativ ist auch ein Spritzblasen oder Streckblasen denkbar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Blasformteil durch 3D-Blasformen hergestellt. Beim 3D-Blasformen bzw. 3D-Extrusionsblasformen wird der Vorformling entlang der Produktkontur ins Werkzeug eingelegt, wodurch auch komplexe Geometrien und mehrachsig gekrümmte Bauteile einfach realisiert werden können.
Ein besonders einfaches Verfahren ergibt sich dadurch, dass das Entkernen mechanisch, etwa durch Rütteln, und/oder durch Wasserstrahl erfolgt.
Abschließend wird der Sand aus dem erzeugten Bauteil entfernt.
Das Kunststoffbauteil, das insbesondere nach dem zuvor erläuterten Verfahren hergestellt ist, hat einen hohlen Grundkörper und an diesem einstückig angeformte Anbindungselemente und/oder Verstärkungselemente. Ein solches Kunststoffbauteil ist steif und gleichzeitig leicht, wobei durch die angeformten Anbindungs- bzw. Verstärkungselemente eine zusätzliche Gewichtsreduktion möglich ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigen:
die 1a bis 1d Schnittansichten eines Werkzeugs zur Herstellung eines Blasformteils gemäß einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
die 2a und 2b Schnittansichten des Blasformteils bei Befüllung mit Formsand und dessen Verdichtung gemäß einem weiteren Verfahrensschritt;
die 3a bis 3c Schnittansichten eines Spritzgusswerkzeugs, in welchem das Bauteil gemäß einem weiteren Verfahrensschritt umspritzt wird;
4 eine Schnittansicht des Entkernens; und
5 eine Schnittansicht des fertigen Bauteils.
Im ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen eines hohlen Kunststoffbauteils wird ein dünnwandiges Blasformteil durch Extrusionsblasformen erzeugt (1a bis 1d). Hierzu ist ein Blaswerkzeug 10 vorgesehen, welches eine aus zwei Formhälften 12, 14 bestehende Form aufweist. Diese ist auf ihrer Innenseite mit der Negativform der Innenkontur mit entsprechendem Offset für die Wandstärke des herzustellenden Bauteils versehen. Oberhalb der zu diesem Zeitpunkt noch geöffneten Formhälften 12, 14 ist ein Extruder 16 angeordnet, in dessen Innerem eine Schneckenwelle 18 geschmolzenes Kunststoffpolymer 20 durch eine Düse 22 senkrecht nach unten herausdrückt.
Sobald der auf diese Weise gebildete Vorformling 24 die gewünschte Länge erreicht hat, werden die Formhälften 12, 14 geschlossen und so der Vorformling 24 am unteren Ende durch Zusammenquetschen verschlossen (siehe 1b).
Anschließend taucht ein Dorn 26 von oben in den schlauchförmigen Vorformling 24 ein, durch den Druckluft einströmt, wodurch sich der Vorformling 24 aufbläst und an die innere Kontur der Formhälften 12, 14 des Blaswerkzeugs 10 angepresst wird, wie in 1c gezeigt ist.
Nach einer entsprechenden Abkühlung des Blaswerkzeugs 10 und damit des nun gebildeten Blasformteils 28 werden die Formhälften 12, 14 geöffnet und das fertige Blasformteil 28 kann entnommen werden (1d). Das Blasformteil 28 ist dünnwandig und somit sehr leicht.
Um zu verhindern, dass das dünnwandige Blasformteil 28 im weiteren Verfahrensverlauf eingedrückt oder in anderer Weise verformt wird, wird dieses anschließend mit Formsand 30 aufgefüllt (siehe 2a). Anschließend wird der Formsand 30 verdichtet (2b). So entsteht ein fester Körper in Form des späteren Hohlraums bzw. Hohlkanals. Zur Stabilisierung des Hohlkörpers während des Befüllens bzw. Verdichtens kann dieser von einer entsprechenden Form umschlossen sein.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das mit Formsand 30 gefüllte Blasformteil 28 in ein Spritzgusswerkzeug 32, das ebenfalls zwei Werkzeugformhälften 34, 36 aufweist, eingelegt. Dies ist in 3a gezeigt.
Das Blasformteil 28 wird nun in an sich bekannter Weise mit flüssigem thermoplastischem Kunststoff umspritzt, wobei das Blasformteil 28 als Trennebene zwischen dem Formsand 30 und der flüssigen Kunststoffschmelze dient, um eine gegenseitige Verunreinigung zu verhindern. Beim Umspritzen wird eine gewünschte Außenkontur 38 des herzustellenden Bauteils 40 inklusive mehrerer Anbindungs- bzw. Verstärkungselemente 42 abgeformt (3b).
Die Anbindungs- bzw. Verstärkungselemente 42 werden also direkt beim Umspritzen des Blasformteils 28 mit angespritzt. Insbesondere handelt es sich bei den Anbindungselementen 42 um Befestigungsdome wie zum Beispiel Schraubdome, Aufnahmen für Clipse oder Scharniere.
Nachdem das nun umspritzte Blasformteil 28 abgekühlt ist, wird das Spritzgusswerkzeug 32 geöffnet und das so gebildete Bauteil 40 entnommen (siehe 3c).
In einem letzten, in 4 dargestellten Verfahrensschritt wird das Bauteil 40 durch Rütteln entkernt, und anschließend wird der Sand entfernt. Hierzu ist das Bauteil 40 nach dem Umspritzen noch offen, oder es wird an einer Stelle geöffnet, um den Sand entfernen zu können.
Das fertige Kunststoffbauteil 40 (siehe 5) weist somit einen hohlen Grundkörper 44 und an diesen einstückig angeformte Anbindungselemente bzw. Verstärkungselemente 42 auf. Auch die Herstellung eines Bauteils mit variabler Wandstärke ist auf diese Weise einfach möglich.
Das Kunststoffmaterial zur Erzeugung des Blasformteils ist idealerweise dasselbe wie das zum Umspritzen verwendete, es können jedoch auch unterschiedliche, miteinander verträgliche Werkstoffpaarungen verwendet werden.
Das Bauteil kann beispielsweise in einer Fahrzeugklappe (z. B. Heckklappe oder Tür) als Tragstruktur verwendet werden.
Alternativ zu dem in 1 illustrierten Extrusionsblasformen kann das Blasformteil 28 auch durch sogenanntes 3D-Blasformen hergestellt werden. Bei diesem wird der Vorformling 24 nicht senkrecht von oben ins Blaswerkzeug 10 eingeführt, sondern entlang der Produktkontur ins Blaswerkzeug 10 eingelegt, was die Herstellung komplexer Geometrien und mehrachsig gekrümmter Bauteile vereinfacht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils (40), insbesondere für Strukturanwendungen, vorzugsweise in einem Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Fertigen eines Blasformteils (28) durch Aufblasen eines Vorformlings (24) in einem formgebenden Blaswerkzeug (10), wobei das Blasformteil (28) der Innenkontur des herzustellenden Bauteils (40) entspricht; b) Auffüllen des Blasformteils (28) mit Formsand (30); c) Einlegen des mit Formsand (30) gefüllten Blasformteils (28) in ein Spritzgusswerkzeug (32); d) Umspritzen des Blasformteils (28); und e) Entkernen des auf diese Weise gebildeten Bauteils (40).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umspritzen des Blasformteils (28) eine gewünschte Außenkontur (38) des herzustellenden Bauteils (40) abgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umspritzen des Blasformteils (28) Anbindungselemente (42) und/oder Verstärkungselemente (42) des herzustellenden Bauteils (40) mit angespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Anbindungselementen (42) um Befestigungsdome, insbesondere Schraubdome, Aufnahmen für Clipse oder Scharniere handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blasformteil (28) durch Extrusionsblasformen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blasformteil (28) durch 3D-Blasformen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach bzw. bei dem Auffüllen des Blasformteils (28) mit Formsand (30) der Formsand (30) verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkernen mechanisch und/oder durch Wasserstrahl erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial zur Erzeugung des Blasformteils (28) dasselbe ist wie das zum Umspritzen.