DE102014118417A1

DE102014118417A1 - Verbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102014118417A1
Application number: DE102014118417.3A
Authority: DE
Inventors: Andre Makarov; Andreas Löffler
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem spritzgegossenen Grundbauteil (1) aus einem polymeren Werkstoff (2) und einem in den polymeren Werkstoff (2) des Grundbauteils (1) zumindest bereichsweise eingebetteten Lasteinleitungselement (3), wobei zwischen dem polymeren Werkstoff (2) und zumindest einem Teil der Außenoberfläche (4) des Lasteinleitungselementes (3) wenigstens ein Abdichtungselement (5) angeordnet ist, wobei das Abdichtungselement (5) durch den polymeren Werkstoff (2) des Grundbauteils (1) verpresst ist. Weiterhin Teil der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils für ein Kraftfahrzeug mit einem spritzgegossenen Grundbauteil aus einem polymeren Werkstoff und einem in dem polymeren Werkstoff des Grundbauteils zumindest bereichsweise eingebetteten Lasteinleitungselement. Bei Grundbauteilen aus einem polymeren Werkstoff werden zur Einleitung von Kräften oder für Schraubverbindungen die mehrfach ein- und wieder auseinandergeschraubt werden können Lasteinleitungselemente wie z.B. Inserts oder Befestigungseinsätze in den polymeren Werkstoff des Grundbauteils eingebettet. Dies erfolgt während der Herstellung des Grundbauteils im Spritzguss, indem in ein Spritzgusswerkzeug ein derartiges Lasteinleitungselement in der entsprechenden Kavität des Spritzgusswerkzeuges positioniert und dann mit dem polymeren Werkstoff, welcher das Grundbauteil bildet, umspritzt wird. Ein gattungsgemäßes Lasteinleitungselement ist beispielhaft aus der DE 10 2010 011 795 A1 bekannt.
Nachteilig an einem derartigen Verbundbauteil ist jedoch, dass zwischen dem spritzgegossenen Grundbauteil und dem eingebetteten Lasteinleitungselement ein Spalt auftreten kann durch welchen Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) in das Grundbauteil eindringen können. Selbige Fluide können dann sowohl das Lasteinleitungselement als auch das Grundbauteil, oder mit dem Grundbauteil über das Lasteinleitungselement verbundene Anbauteile schädigen. Insbesondere bei Batteriegehäusen besteht hierbei auch eine große Gefahr von Kurzschlüssen der in dem Gehäuse befindlichen Batterie.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches einen verbesserten Schutz vor eindringenden Fluiden im Bereich des Lasteinleitungselementes aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem spritzgegossenen Grundbauteil aus einem polymeren Werkstoff und mit einem in den polymeren Werkstoff des Grundbauteils zumindest bereichsweise eingebetteten Lasteinleitungselement, wobei zwischen dem polymeren Werkstoff und zumindest einem Teil der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes wenigstens ein Abdichtungselement angeordnet ist, wobei das Abdichtungselement durch den polymeren Werkstoff des Grundbauteils verpresst ist. Durch die Anordnung eines Abdichtungselementes zwischen dem polymeren Werkstoff und zumindest einem Teil der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes bzw. zwischen dem aus dem polymeren Werkstoff gebildeten spritzgegossenen Grundbauteil und zumindest einem Teil der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes ist gewährleistet, dass das Lasteinleitungselement bzw. ein zwischen dem Lasteinleitungselement und dem polymeren Werkstoff bzw. dem Grundbauteil gebildeter Spalt über das Abdichtungselement zuverlässig gedichtet wird. Aufgrund der Tatsache, dass das Lasteinleitungselement bei der Herstellung des spritzgegossenen Grundbauteils aus einer polymeren Werkstoffschmelze in diesen polymeren Werkstoff eingebettet wird, ist das Abdichtungselement durch den polymeren Werkstoff des Grundbauteils bereits bei der Herstellung verpresst, da der Schmelzedruck und die nachfolgende Erstarrungsschrumpfung des polymeren Werkstoffes das Abdichtungselement bereits bei der Herstellung des Verbundbauteils verpresst und somit eine zuverlässige Dichtheit gewährleistet.
Das Lasteinleitungselement besteht bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff. Der metallische Werkstoff kann Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Eisen oder eine Eisenlegierung oder Chrom oder eine Chromlegierung oder Titan oder eine Titanlegierung oder Kombinationen der vorgenannten metallischen Werkstoffe umfassen.
Die Außeroberfläche des Lasteinleitungselementes weist bevorzugt eine Vertiefung auf, wobei das Abdichtungselement in der Vertiefung angeordnet ist. Die Vertiefung gewährleistet, dass während der Herstellung des spritzgegossenen Grundbauteils aus einem polymeren Werkstoff durch den Schmelzedruck des polymeren Werkstoffes das Abdichtungselement nicht verschoben werden kann. Bevorzugt ist die Vertiefung hierbei um das Lasteinleitungselement umlaufend ausgebildet. Insbesondere kann die Vertiefung als eine umlaufende Ringnut ausgebildet sein.
Das Abdichtungselement ist bevorzugt ringförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Abdichtungselement ein O-Ring.
Das Abdichtungselement kann bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff bestehen. Der elastomere Werkstoff kann einen Kautschuk (insbesondere Naturkautschuk oder Silikonkautschuk) oder ein thermoplastisches Elastomer wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder TPE-O (Thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis wie PP/EPDM) oder TPE-V (Vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, wie PP/EPDM) oder TPE-U (Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis) oder TPE-E (Thermoplastische Polyesterelastomere / Thermoplastische Copolyester) oder TPE-S (Styrol-Blockcopolymere wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS und MBS) oder TPE-A (Thermoplastische Copolyamide) umfassen. Das Abdichtungselement kann auch aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) gebildet sein.
Der polymere Werkstoff des Grundbauteils kann Polysulfon (PSU), Poly(ethersulfone) (PES), Polyetherimide (PEI), Poly(phenylensulfid) (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketone (PEK), Polyamidimid (PAI), Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyphthalamide (PPA), Polybenzimidazole (PBI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Syndiotaktisches Polystyrol (sPS), Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polyphenylenether (PPE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Mischungen der vorgenannten Materialien umfassen.
Bei dem Grundbauteil des Verbundbauteils kann es sich bevorzugt um einen Frontendträger oder eine Kofferraumschale oder einen Querträger oder einen Dachrahmen oder ein Fußgängerschutzelement oder um eine Ölwanne oder ein Batteriegehäuse oder ein Verkleidungsteil oder ein Luftleitelement handeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Verbundbauteils. Das Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils umfasst hierbei die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Lasteinleitungselementes,
– Vorsehen wenigstens eines Abdichtungselementes auf der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes,
– Positionieren des Lasteinleitungselementes innerhalb einer ein Grundbauteil definierenden Kavität eines Spritzgusswerkzeugs,
– Herstellen des Grundbauteils durch Einspritzen eines schmelzflüssigen polymeren Werkstoffes unter erhöhtem Druck in die Kavität bei gleichzeitigem Einbetten des Lasteinleitungselementes und des Abdichtungselementes in den polymeren Werkstoff, so dass zwischen dem polymeren Werkstoff und der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes das Abdichtungselement angeordnet und verpresst wird,
– Aushärten des so gebildeten Verbundbauteils,
– Entnehmen des Verbundbauteils aus dem Spritzgusswerkzeug.

Wie vorstehend bereits erläutert, ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, dass bereits bei der Herstellung des Verbundbauteils selbst das Abdichtungselement zwischen der Außenoberfläche des Lasteinleitungselementes und dem Grundbauteil bzw. dem polymeren Werkstoff des Grundbauteils durch den Druck der eingespritzten polymeren Werkstoffschmelze verpresst wird. Durch die sich beim Aushärten des polymeren Werkstoffs anschließenden Erstarrung- und Wärmekontration wird die Verpressung sogar noch weiter erhöht. Das Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug kann somit werkzeugfallend mit einer zuverlässigen Dichtung des Spalts zwischen dem eingebetteten Lasteinleitungselement und dem polymeren Werkstoff des Grundbauteils bzw. zwischen dem eingebetteten Lasteinleitungselement und dem Grundbauteil gewährleistet werden.
Die Erfindung wird anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Figuren nachfolgend näher beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Verbundbauteils für ein Kraftfahrzeug,
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A durch ein Verbundbauteil aus 1.
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Verbundbauteils für ein Kraftfahrzeug mit einem spritzgegossenen Grundbauteil 1 aus einem polymeren Werkstoff 2 und einem in den polymeren Werkstoff 2 des Grundbauteils 1 zumindest bereichsweise eingebetteten Lasteinleitungselement 3.
Der in 2 dargestellte Schnitt entlang der Linie A-A in 1 zeigt, dass zwischen dem polymeren Werkstoff 2 und zumindest einem Teil der Außenoberflächen 4 das Lasteinleitungselement 3 wenigstens ein Abdichtungselement 5 angeordnet ist, wobei das Abdichtungselement 5 durch den polymeren Werkstoff 2 des Grundbauteils 1 verpresst ist. Diese Verpressung ist schematisch durch Kraftpfeile angedeutet. Obgleich hier nur ein Abdichtungselement 5 dargestellt ist, können auch zwei oder mehr Abdichtungselemente 5 auf der Außenoberfläche 4 des Lasteinleitungselementes 3 angeordnet sein. Das Lasteinleitungselement 3 besteht aus einem metallischen Werkstoff, welcher eine Kupferlegierung umfasst. Die Außenoberfläche 4 des Lasteinleitungselements weist wenigstens eine Vertiefung 6 auf, wobei das Abdichtungselement 5 in der Vertiefung 6 angeordnet ist. Die Vertiefung 6 bewirkt zum einen, dass das Abdichtungselement 5 bei der Herstellung des Verbundbauteils im Spritzguss nicht verrutschen kann und zum anderen, dass die entsprechende Schmelze des polymeren Werkstoffes 2 nur auf die eine Seite des Abdichtungselementes 5 wirken kann. Die Vertiefung 6 ist hierbei um das Lasteinleitungselement 3 umlaufend ausgebildet. Das Abdichtungselement 5 ist ringförmig ausgebildet und besteht aus einem elastomeren Werkstoff. Das Abdichtungselement 5 ist ein O-Ring. Bei dem Grundbauteil 1 kann es sich um einen Frontendträger oder eine Kofferraumschale oder einen Querträger oder einen Dachrahmen oder ein Fußgängerschutzelement oder eine Ölwanne oder ein Batteriegehäuse oder ein Verkleidungsteil oder ein Luftleitelement handeln.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, insbesondere eines in den 1 und 2 dargestellten Verbundbauteils, umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Lasteinleitungselementes 3,
– Vorsehen wenigstens eines Abdichtungselementes 5 auf der Außenoberfläche 4 des Lasteinleitungselementes 3,
– Positionieren des Lasteinleitungselementes 3 innerhalb einer ein Grundbauteil 1 definierenden Kavität eines Spritzgusswerkzeuges,
– Herstellen des Grundbauteils 1 durch Einspritzen eines schmelzflüssigen polymeren Werkstoffes 2 unter erhöhtem Druck in die Kavität bei gleichzeitigem Einbetten des Lasteinleitungselementes 3 und des Abdichtungselementes 5 in den polymeren Werkstoff 2, so dass zwischen dem polymeren Werkstoff 2 und der Außenoberflächen 4 des Lasteinleitungselementes 3 das Abdichtungselement 5 angeordnet und verpresst wird,
– Aushärten des so gebildeten Verbundbauteils,
– Entnehmen des Verbundbauteils aus dem Spritzgusswerkzeug.

Der elastomere Werkstoff des in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Abdichtungselements 5 kann einen Kautschuk (insbesondere Naturkautschuk oder Silikonkautschuk) oder ein thermoplastisches Elastomer wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder TPE-O (Thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis wie PP/EPDM) oder TPE-V (Vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, wie PP/EPDM) oder TPE-U (Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis) oder TPE-E (Thermoplastische Polyesterelastomere / Thermoplastische Copolyester) oder TPE-S (Styrol-Blockcopolymere wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS und MBS) oder TPE-A (Thermoplastische Copolyamide) umfassen. Das Abdichtungselement 5 kann auch aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) gebildet sein.
Der polymere Werkstoff 2 des Grundbauteils 1 kann Polysulfon (PSU), Poly(ethersulfone) (PES), Polyetherimide (PEI), Poly(phenylensulfid) (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketone (PEK), Polyamidimid (PAI), Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyphthalamide (PPA), Polybenzimidazole (PBI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Syndiotaktisches Polystyrol (sPS), Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polyphenylenether (PPE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Mischungen der vorgenannten Materialien umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010011795 A1 [0001]

Claims

Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit: – einem spritzgegossenen Grundbauteil (1) aus einem polymeren Werkstoff (2) und – einem in den polymeren Werkstoff (2) des Grundbauteils (1) zumindest bereichsweise eingebetteten Lasteinleitungselement (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem polymeren Werkstoff (2) und zumindest einem Teil der Außenoberfläche (4) des Lasteinleitungselementes (3) wenigstens ein Abdichtungselement (5) angeordnet ist, wobei das Abdichtungselement (5) durch den polymeren Werkstoff (2) des Grundbauteils (1) verpresst ist.
Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Verbundbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst.
Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche (4) des Lasteinleitungselementes (3) wenigstens eine Vertiefung (6) aufweist, wobei das Abdichtungselement (5) in der Vertiefung (6) angeordnet ist.
Verbundbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (6) um das Lasteinleitungselement (3) umlaufenden ausgebildet ist.
Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtungselement (5) ringförmig ausgebildet ist.
Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtungselement (5) aus einem elastomeren Werkstoff besteht.
Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtungselement (5) ein O-Ring ist.
Verbundbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundbauteil (1) ein Frontendträger oder eine Kofferraumschale oder ein Querträger oder ein Dachrahmen oder ein Fußgängerschutzelement oder eine Ölwanne oder ein Batteriegehäuse oder ein Verkleidungsteil oder ein Luftleitelement ist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, insbesondere eines Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Lasteinleitungselementes (3), – Vorsehen wenigstens eines Abdichtungselementes (5) auf der Außenoberfläche (4) des Lasteinleitungselementes (3), – Positionieren des Lasteinleitungselementes (3) innerhalb einer ein Grundbauteil (1) definierenden Kavität eines Spritzgusswerkzeugs, – Herstellen des Grundbauteils (1) durch Einspritzen eines schmelzflüssigen polymeren Werkstoffes (2) unter erhöhtem Druck in die Kavität bei gleichzeitigem Einbetten des Lasteinleitungselementes (3) und des Abdichtungselementes (5) in den polymeren Werkstoff (2), so dass zwischen dem polymeren Werkstoff (2) und der Außenoberfläche (4) des Lasteinleitungselementes (3) das Abdichtungselement (5) angeordnet und verpresst wird, – Aushärten des so gebildeten Verbundbauteils, – Entnehmen des Verbundbauteils aus dem Spritzgusswerkzeug.