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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, ein entsprechendes Verbundbauteil und ein Kraftfahrzeug mit dem Verbundbauteil.
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Bauteile mit geringer Eigenmasse spielen in vielen industriellen Bereichen eine große Rolle, insbesondere auch in der Automobilindustrie, wenn es beispielsweise um die Reduktion des CO2-Ausstoßes geht.
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Das Hinterspritzen von Bauteilen in einem Spritzgießverfahren ist eine dem Fachmann bekannte Vorgehensweise zur Herstellung von Verbundbauteilen. Auch ein Hinterspritzen von Glas ist grundsätzlich bekannt.
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Die
EP 0787568 B1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundscheibe, die eine laminierte Glasschicht aufweist. Die laminierte Glasschicht setzt sich aus einer Glasscheibe und einer aus geschmolzenem thermoplastischen Material angeformten Harzschicht zusammen.
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Weiterhin offenbart beispielsweise die
US 6 368 537 B1 ein Verfahren zur Herstellung einer laminierten Platte, wobei eine Glasplatte mit einem thermoplastischen Material hinterspritzt wird. Ein ähnliches Verfahren offenbart auch die
US 6 296 799 B1 .
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Als nachteilig an den bekannten Verfahren zum Hinterspritzen von Glas erweist sich insbesondere, dass häufig Einfallstellen im Kunststoff entstehen, die sich auf der Glasoberfläche durch Reflexion wiederfinden und die Wertigkeit des Produkts stark beeinflussen. Ferner weisen derartige Verbundbauteile einen starken Verzug auf.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils anzugeben, mit welchem die eingangs genannten Verbundbauteile hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert werden und diese zusätzlich mit geringem Aufwand und hoher Qualität herstellbar sind.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 8 und 10 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, in dem wenigstens ein flächiges Glashalbzeug und/oder Glaszwischenerzeugnis in einem Spritzgießwerkzeug platziert wird, das Spritzgießwerkzeug dann geschlossen wird und ein polymerer Spritzgießwerkstoff in eine Kavität des Spritzgießwerkzeugs eingespritzt und einseitig an das wenigstens eine Glashalbzeug und/oder Glaszwischenerzeugnis angespritzt wird, bis die Kavität vollständig gefüllt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Spritzgießwerkstoff vor dem Einspritzen in die Kavität ein Fluid und/oder ein Treibmittel zugesetzt wird und der Spritzgießwerkstoff unter Ausführung einer die Kavität vergrößernden Hubbewegung des Spritzgießwerkzeugs physikalisch und/oder chemisch aufgeschäumt wird.
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Dies bietet den Vorteil, dass derartig hergestellte Verbundbauteil nahezu verzugsfrei sind und ohne Einfallstellen herstellbar sind. Die Qualität der Verbundbauteile wird vorteilhaft erhöht. Ferner ist das Verfahren besonders effizient, da ein Hinterspritzen und Aufschäumen in einem Prozessschritt erfolgt. Das Verfahren ist auch von besonders geringem Aufwand geprägt. Die Hubbewegung kann beispielsweise auch derart durchgeführt werden, dass die Kavität lediglich partiell vergrößert wird. So lassen sich vorteilhafterweise verschiedene Schaumstrukturen herstellen, wie beispielsweise Rippen. Dadurch lassen sich auch Verbundbauteile mit sehr guten Steifigkeitseigenschaften herstellen.
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Das verwendete Glas kann vorbehandelt oder beschichtet sein, beispielsweise mit einer dekorativen oder leitfähigen Folie für eine Touchfunktion. Das Glas kann auch unbehandelt oder mit weiteren funktionalen Elementen versehen sein. Bei letzteren kann es sich beispielsweise um Glasfaserkabel zur Signalübertragung handeln, die auf dem Glas aufgebracht sind. Insbesondere lassen sich auch Verbundbauteile mit edel anmutenden Oberflächen herstellen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass als Spritzgießwerkstoff ein wenigstens anteilig thermoplastischer Werkstoff verwendet wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Verfahren besonders einfach, sicher und günstig ist. Bevorzugt kann es sich bei dem hergestellten Schaum auch um Integralschaum, Partikelschaum, PU-Schaum, Schäumen auf Polycarbonat-Basis, Polyesterschaum oder sonstige polymere Schäume handeln, insbesondere basierend auf thermoplastischen schäumbaren Werkstoffen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Glasplatte und/oder eine beschichtete Glasplatte mit einer Glasdicke zwischen einschließlich 0,05 mm und 3 mm in dem Spritzgießwerkzeug platziert wird. Solche Glasdicken führen zu einer besonders guten Formbarkeit der Glashalbzeuge oder Glaszwischenerzeugnisse. Bevorzugt liegt die Glasdicke bei 0,05 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,1 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,3 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,5 mm, weiterhin bevorzugt bei 1 mm und weiterhin bevorzugt bei 3 mm sowie weiterhin bevorzugt bei Werten zwischen den angegebenen Werten.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Temperatur des Spritzgießwerkstoffs während des Einspritzens zwischen 200°C und 300°C liegt. Dies bietet den Vorteil, dass der Spritzgießwerkstoff sich besonders gut und gleichmäßig einspritzen lässt. Gleichzeitig bietet dies den Vorteil, dass das verwendete Glas durch die Temperatur nicht beeinträchtigt wird.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kavität vor und/oder während und/oder nach dem Einspritzen mit einem Nachdruck beaufschlagt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Formgenauigkeit des hergestellten Verbundbauteils beziehungsweise einer Schaumstruktur signifikant erhöht werden kann. Der Schäumprozess lässt sich so wesentlich besser kontrollieren und steuern.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein zusätzliches Einlegeteil und/oder wenigstens ein eine Deckschicht bildendes zusätzliches flächiges Glashalbzeug oder flächiges Glaszwischenerzeugnis in dem Spritzgießwerkzeug platziert wird, bevor der Spritzgießwerkstoff eingespritzt wird. Dies bietet den Vorteil, dass weitere funktionale Bereiche mit den Einlegeteilen herstellbar sind oder beispielsweise auch Sandwichbauteile mit der Deckschicht realisierbar sind.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Primer zur Haftvermittlung des Spritzgießwerkstoffs auf dem flächigen Glashalbzeug und/oder dem flächigen Glaszwischenerzeugnis und/oder einem Einlegeteil verwendet wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Glas und Spritzgießwerkstoff verbessert wird.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, umfassend wenigstens ein flächiges Glashalbzeug und/oder flächiges Glaszwischenerzeugnis, auf welchem wenigstens eine weitere Schicht aus einem polymeren Schaumstoff angeformt ist. Insbesondere ist das Verbundbauteil in dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar. Die hinsichtlich des Verfahrens genannten Vorteile, insbesondere eine hohe Qualität, geringe Kosten, hohe Flexibilität und gute mechanische Eigenschaften gelten analog auch für das Verbundbauteil. Das Verbundbauteil ist besonders flexibel hinsichtlich der zu realisierenden Funktionalitäten und weist sehr gute Steifigkeitseigenschaften bei gleichzeitig geringer Eigenmasse auf. Insbesondere können derartige Verbundbauteile auch edel anmutende Oberflächen aufweisen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbundbauteil wenigstens eine Glasplatte und/oder eine beschichtete Glasplatte mit einer Glasdicke zwischen einschließlich 0,05 mm und 3 mm umfasst. Glasdicken in diesen Dimensionen führen zu besonders guten Formbarkeiten. Bevorzugt liegt die Glasdicke bei 0,05 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,1 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,3 mm, weiterhin bevorzugt bei 0,5 mm, weiterhin bevorzugt bei 1 mm und weiterhin bevorzugt bei 3 mm sowie weiterhin bevorzugt bei Werten zwischen den angegebenen Werten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil. Dies bietet den Vorteil, dass die Kosten und die Eigenmasse des Kraftfahrzeugs gesenkt werden und die Qualität gesteigert wird.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils in einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils in einer bevorzugten Ausführungsform und
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3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil in einer bevorzugten Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils 48 in einer bevorzugten Ausführungsform. 1A zeigt eine Spritzgießanordnung 10, umfassend eine an sich bekannte Plastifiziereinheit 12. In diesem Ausführungsbeispiel kommt ein polymerer Spritzgießwerkstoff 14 zum Einsatz, der zumindest anteilig ein thermoplastischer Spritzgießwerkstoff ist. Hier handelt es sich rein beispielhaft um PC-ABS. In einem ersten Verfahrensschritt wird der polymere Spritzgießwerkstoff 14 in die Plastifiziereinheit 12 eingefüllt, plastifiziert und als thermoplastische Schmelze 24 in Richtung einer Düse 16 gefördert.
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Die Spritzgießanordnung 10 umfasst weiterhin ein Spritzgießwerkzeug 18, in welchem in einem zweiten Verfahrensschritt, der simultan oder zeitversetzt zu dem ersten Verfahrensschritt erfolgen kann, ein flächiges Glashalbzeug 20 platziert wird. Das flächige Glashalbzeug 20 kann auch ein Glaszwischenerzeugnis 22 sein. Glaszwischenerzeugnisse 22 sind beispielsweise Glashalbzeuge 20, die mit dekorativen oder funktionalen Beschichtungen oder auch mit weiteren Komponenten versehen sein können. Rein beispielhaft können Glasfaserleitungen auf dem Glashalbzeug 20 aufgebracht sein. Das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Glashalbzeug 20 ist eine Glasplatte mit einer Glasdicke von 0,6 mm. Aufgrund der resultierenden geringen Steifigkeit kann und wird das Glashalbzeug 20 derart in das Spritzgießwerkzeug 18 eingelegt werden, dass es sich einer herzustellenden Oberflächenform flexibel anpasst. Zur Vorbereitung nachgelagerte Verfahrensschritte, insbesondere zur Verbesserung einer Haftung des polymeren Spritzgießwerkstoffs 14 an dem Glashalbzeug 20, kann eine einem inneren Bereich 40 einer Kavität 32 des Spritzgießwerkzeugs 18 zugewandte Seite 34 des Glashalbzeugs 20 mit einem Primer versehen werden. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Spritzgießwerkzeug 18 geschlossen.
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Die weiteren Erörterungen erfolgen anhand der 1B. In einem viertem Verfahrensschritt wird der thermoplastischen Schmelze 24 in einem Gasanreicherungsbereich 26 ein Fluid 28 zugesetzt. Bei dem Fluid 28 kann es sich beispielsweise um Stickstoff oder Kohlendioxid handeln. Das Fluid 28 löst sich unter Druck in der thermoplastischen Schmelze 24. In anderen Ausführungsbeispielen kann der thermoplastischen Schmelze 24 auch ein Treibmittel 30 zugesetzt werden. In einem fünften Verfahrensschritt wird der polymere Spritzgießwerkstoff 14 beziehungsweise die thermoplastische Schmelze 24 in die Kavität 32 eingespritzt, bis diese vollständig gefüllt ist.
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Die weiteren Erörterungen erfolgen anhand der 1C. In einem sechsten Verfahrensschritt wird mit dem Spritzgießwerkzeug 18 eine Hubbewegung 38 durchgeführt, welche die Kavität 32 vergrößert. Infolge einer Vergrößerung der Kavität 32 nimmt der Druck in der Kavität 32 ab. Dieser Effekt kann auch unter Verwendung weiterer technischer Mittel unterstützt oder modifiziert werden. Das in der thermoplastischen Schmelze 24 gelöste Fluid 28 bewirkt dann ein Aufschäumen des polymeren Spritzgießwerkstoffs 14. Somit bildet sich an der dem inneren Bereich 40 der Kavität 32 zugewandten Seite 34 des Glashalbzeuges 20 eine Schaumstruktur 36 aus. Bevorzugt kann die Hubbewegung 38 auch derart ausgeführt werden, dass eine partielle Vergrößerung der Kavität 32 erfolgt. Somit kann die Schaumstruktur 36 beispielsweise abschnittsweise als Rippenstruktur 54 ausgebildet werden. Dieser Vorgang beschreibt allgemein einen physikalischen Schäumprozess. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch ein chemischer Schäumprozess vorliegen. Dann wird, wie oben bereits angesprochen, ein Treibmittel 30 verwendet. Eine Temperatur des Spritzgießwerkstoffs 14 beziehungsweise der thermoplastischen Schmelze 24 beträgt während des Einspritzens wenigstens 250°C. Zur Verbesserung der Formgenauigkeit der Schaumstruktur 36 wird die Kavität 32 während der Hubbewegung 38 mit einem Nachdruck beaufschlagt, um den Schäumprozess besser zu kontrollieren.
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In weiteren Ausführungsbeispielen können in dem Spritzgießwerkzeug 18 zusätzliche, hier nicht dargestellte, Einlegeteile 42 platziert werden. Diese können dann beispielsweise umschäumt werden und funktionale Bereiche 46 eines hergestellten Verbundbauteils 48 bilden. Es kann beispielsweise auch eine Deckschicht 44 in Form eines zusätzlichen flächigen Glashalbzeugs 20 in dem Spritzgießwerkzeug 18, im Wesentlichen gegenüber der Seite 34, platziert werden und die beiden flächigen Glashalbzeuge 20 dann zwischenschäumt werden, so dass das Verbundbauteil 48 ein Sandwichbauteil wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils 48 in einer bevorzugten Ausführungsform. Sofern Bezugszeichen verwendet werden, die mit denen der 1 identisch sind, so gilt das in 1 Beschriebene zumindest ergänzend auch für 2. Das Verbundbauteil 48 umfasst ein flächiges Glashalbzeug 20. Das flächige Glashalbzeug 20 kann eine Glasdicke von beispielsweise 0,05 mm, 0,1 mm, 0,3 mm, 0,5 mm, 1 mm oder auch 3 mm aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das flächige Glashalbzeug 20 zu einem flächigen Glaszwischenerzeugnis 22 weitergebildet. Das Glaszwischenerzeugnis 22 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Anzahl Glasfaserleitungen 50, die an einer Seite 34 des flächigen Glashalbzeugs 20 aufgebracht sind. Weiterhin weist das flächige Glashalbzeug 20 eine Dekorbeschichtung 52 an einer der Seite 34 gegenüberliegenden Seite auf. An der Seite 34 ist das flächige Glaszwischenerzeugnis 22 mit einer Schaumstruktur 36 aus einem polymeren Schaumstoff hinterspritzt beziehungsweise ist diese dort angeformt. Die Schaumstruktur 36 ist teilweise als Rippenstruktur 54 ausgeführt. Ferner ist in der Schaumstruktur 36 ein weiteres Einlegeteil 42 zur Herstellung eines zusätzlichen funktionalen Bereichs 46 eingeschäumt. Rein beispielhaft bildet das Einlegeteil 42 ein Innengewinde zur Herstellung einer Schraubenverbindung.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 56 mit dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil 48. Sofern Bezugszeichen verwendet werden, die mit denen der 1 oder 2 identisch sind, so gilt das in 1 oder 2 Beschriebene zumindest ergänzend auch für 3. Der obere Teil der 3 zeigt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 56 in einer Frontansicht, der mittlere Teil der 3 zeigt das Kraftfahrzeug 56 in einer Rückansicht und der untere Teil der 3 zeigt das Kraftfahrzeug 56 in einer seitlichen Ansicht. Aus 3 gehen unterschiedliche Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verbundbauteils 48 in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 56 hervor. Mit dem Verbundbauteil 48 kann beispielsweise eine hochwertige Oberfläche 58 in einem Cockpit 60 des Kraftfahrzeugs 56 realisiert sein. Es können aber auch Innenverkleidungsteile 62 unterschiedlichster Ausführungen mit dem Verbundbauteil 48 realisiert werden. Es können auch funktionale Oberflächen 64 realisiert werden. Grundsätzlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil 48 beliebige Komponenten in dem Kraftfahrzeug 56 realisieren, die Anforderungen nach geringer Eigenmasse, Funktionsintegration und ästhetischem Erscheinungsbild genügen müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spritzgießanordnung
- 12
- Plastifiziereinheit
- 14
- polymerer Spritzgießwerkstoff
- 16
- Düse
- 18
- Spritzgießwerkzeug
- 20
- Glashalbzeug
- 22
- Glaszwischenerzeugnis
- 24
- Schmelze
- 26
- Gasanreicherungsbereich
- 28
- Fluid
- 30
- Treibmittel
- 32
- Kavität
- 34
- Seite
- 36
- Schaumstruktur
- 38
- Hubbewegung
- 40
- innerer Bereich
- 42
- Einlegeteil
- 44
- Deckschicht
- 46
- funktionaler Bereich
- 48
- Verbundbauteil
- 50
- Glasfaserleitung
- 52
- Dekorbeschichtung
- 54
- Rippenstruktur
- 56
- Kraftfahrzeugs
- 58
- hochwertige Oberfläche
- 60
- Cockpit
- 62
- Innenverkleidungsteil
- 64
- funktionale Oberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0787568 B1 [0004]
- US 6368537 B1 [0005]
- US 6296799 B1 [0005]
