DE102015225363A1 - Verfahren zur Herstellung eines Zierelements für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zierelements (1) für ein Fahrzeug, bei dem ein Kunststoffträger (7) aus einem faserverstärkten Kunststoff ein Metallblechteil (5) trägt, wobei der Kunststoffträger (7) aus einer Kunststoffmatrix (9) mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern (11), insbesondere Naturfasern, aufgebaut ist, in welchem Verfahren ein, die Verstärkungsfasern (11) aufweisendes Faserhalbzeug (10) in einem Heizschritt erwärmt wird und anschließend das erwärmte Faserhalbzeug (10) in einem Formpressschritt durch Hinterpressen mit dem Metallblechteil (5) verbunden wird. Erfindungsgemäß wird zur Bildung der Kunststoffmatrix (9) des Kunststoffträgers (7) das Faserhalbzeug (10) mit Thermoplastfasern (13) bereitgestellt. Die im Faserhalbzeug (10) enthaltenen Thermoplastfasern (13) werden im Heizschritt zur Kunststoffmatrix (9) aufgeschmolzen. Im Formpressschritt wird das in der Kunststoffmatrix (9) eingebettete Faserhalbzeug (10) unter Bildung des Kunststoffträgers (7) stoffschlüssig mit dem Metallblechteil (5) verbunden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zierelements für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Zur Erzielung eines sogenannten Cool-Touch-Effektes werden bei höherwertigen Fahrzeugklassen im Fahrzeuginnenraum Zierelemente aus Aluminium eingesetzt. Ein derartiges Zierelement ist zweiteilig aus einem Aluminium-Blechteil und einem Kunststoffträger ausgebildet, der zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren an das Aluminium-Blechteil hinterspritzt wird. Der hinterspritzte Kunststoffträger führt jedoch zu einem hohen Bauteilgewicht des Zierelementes.
  • Aus der DE 10 2007 024 052 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Zierelements bekannt, bei dem der Kunststoffträger aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist und ein sichtseitiges Aluminium-Blechteil trägt. Der Kunststoffträger ist aus einer Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten Naturfasern aufgebaut. Zur Herstellung des Zierelements wird ein, die Naturfasern aufweisendes Faserhalbzeug in einem Heizschritt, das heißt in einer Heizpresse, erwärmt und verpresst. Anschließend wird ein Formpressschritt durchgeführt, bei dem das erwärmte Faserhalbzeug in einer Formpresse durch Hinterpressen mit dem Aluminium-Blechteil verbunden wird. In dem Faserhalbzeug ist als Bindemittel ein Acrylharz enthalten, das eine Haftung des Faserhalbzeugs am Aluminium-Blechteil gewährleistet. Der in der Formpresse hergestellte Bauteilverbund wird in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges eingelegt. Anschließend erfolgt ein Spritzgießschritt, bei dem das Aluminium-Blechteil mit einer flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente hinterspritzt wird, die eine Kunststoffmatrix bildet, in der das Naturfaserhalbzeug eingebettet ist.
  • Zur Realisierung des obigen Herstellungsprozesses sind fertigungs- und anlagentechnisch aufwendig sowohl eine Formpresse als auch eine nachgeschaltete Spritzgießanlage erforderlich.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Zierelements für ein Fahrzeug bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik fertigungstechnisch einfacher durchführbar ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im obigen Stand der Technik zunächst das noch trockene Faserhalbzeug in einem ersten Prozessschritt durch Hinterpressen am Aluminium-Blechteil befestigt wird und in einem folgenden zweiten Prozessschritt das Aluminium-Blechteil mit einem Kunststoff hinterspritzt wird, der eine Kunststoffmatrix bildet, in der das Faserhalbzeug eingebettet wird. Vor diesem Hintergrund wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patenanspruches 1 zur Bildung der Kunststoffmatrix des Kunststoffträgers bereits das Faserhalbzeug mit Thermoplastfasern bereitgestellt. Die im Faserhalbzeug enthaltenen Thermoplastfasern werden im Heizschritt zu der Kunststoffmatrix aufgeschmolzen. Im folgenden Formpressschritt wird das erwärmte Faserhalbzeug unter Bildung des Kunststoffträgers durch Hinterpressen stoffschlüssig mit dem Metallblechteil verbunden.
  • Bevorzugt kann das Metallblechteil bereits vor der Durchführung des Formpressschrittes in einer Tiefziehpresse umgeformt werden. Anschließend wird das umgeformte Metallblechteil zur Vorbereitung des Formpressschrittes in eine Kavität der Formpresse eingelegt. Das erwärmte, noch unverformte Faserhalbzeug wird auf dem, in die Formpresse eingelegten Metallblechteil abgelegt. Im Formpressschritt wird die Formpresse-Kavität geschlossen, und zwar unter Umformung des Faserhalbzeuges, wodurch das Metallblechteil mit dem Faserhalbzeug hinterpresst wird und anschließend abgekühlt wird.
  • Nach erfolgtem Formpressschritt kann das Metallblechteil und der hinterpresste Kunststoffträger als ein Bauteilverbund entnommen werden und gegebenenfalls einer Nachbearbeitung, zum Beispiel einem Stanz- und/oder Schneidprozess, unterzogen werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann am hinterpressten Kunststoffträger des Zierelements zumindest ein Funktionselement angespritzt werden. Dies kann beispielsweise zur Befestigung dienen. Bei entsprechender Konstruktion und Auslegung einer Schnittstelle zwischen dem Zierelement und der Fahrzeug-Innenverkleidung auf ein solches Anspritzen von Funktionselementen auch verzichtet werden.
  • Das Faserhalbzeug kann bevorzugt ein Naturfaservlies sein, das zu 50% aus Naturfasern, etwa Flachs, Hanf, Sisal oder dergleichen, und zu 50% aus Thermoplastfasern besteht. Es ist auch eine andere Verteilung der Anteile möglich, grundsätzlich sind auch Naturfaseranteile bis zu 70% möglich.
  • Das Metallblechteil ist in gängiger Praxis aus einem Aluminium-Material hergestellt, und zwar bevorzugt mit einer Blechdicke von etwa 0,5 mm. Das Faserhalbzeug kann demgegenüber ein Flächengewicht von beispielhaft 1700 g/m2 aufweisen.
  • Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind zur Herstellung des Zierelementes eine Tiefziehpresse, mit der das Metallblechteil umformbar ist, eine Heizpresse, in der das noch unverformte Faserhalbzeug erwärmt und verpresst wird, sowie eine Formpresse bereitzustellen, mit der das Metallblechteil mit dem Kunststoffträger hinterpresst wird. Die Tiefzieh-, Heiz- und Formpressen können bevorzugt in einer gemeinsamen Fertigungsanlage zusammengeführt werden, um die oben dargelegten Prozessschritte prozesstechnisch optimal zu realisieren.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 in einer Schnittdarstellung ein fertiggestelltes Zierelement für zum Beispiel den Fahrzeuginnenraum;
  • 2 und 3 jeweils Ansichten, anhand derer das Verfahren zur Herstellung des Zierelementes veranschaulicht ist.
  • In der 1 ist in einer Schnittdarstellung ein Zierelement 1 gezeigt, das über angedeutete Funktionselemente 3 zum Beispiel an einer Fahrzeug-Innenverkleidung montierbar ist. Das Zierelement 1 ist in der 1 zweilagig ausgeführt, und zwar mit einem sichtseitigen Aluminium-Blechteil 5 sowie einem hinterpressten Kunststoffträger 7. Die 1 wie auch die 2 und 3, sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau des Zierelementes 1 wiedergeben. So ist in der 1 der Kunststoffträger 7 aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, der aus einer Kunststoffmatrix 9 mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern 11 aufgebaut ist. Die Verstärkungsfasern 11 sind besonders bevorzugt Naturfasern, zum Beispiel aus Flachs, Hanf oder Sisal.
  • Anhand der 2 und 3 wird das Verfahren zur Herstellung des in der 1 gezeigten Zierelementes 1 beschrieben. So wird in der 2 zunächst ein Faserhalbzeug 10, zum Beispiel ein Naturfaservlies, bereitgestellt, das zu 50% aus den bereits oben erwähnten Naturfasern 11 und zu 50% aus Thermoplastfasern 13 besteht. Die Natur- und Thermoplastfasern 11, 13 sind in dem Faserhalbzeug 10 zum Beispiel mittels einer Nadelungstechnik miteinander verflochten oder verknotet, um die Handhabung des Faserhalbzeugs 10 zu vereinfachen.
  • Das Faserhalbzeug 10 wird einer Heizpresse 15 zugeführt, in der das Faserhalbzeug 10 mit Druck und Hitze beaufschlagt wird. Die Arbeitstemperatur der Heizpresse 15 kann beispielhaft bei 200°C liegen, das heißt oberhalb der Schmelztemperatur der Thermoplastfasern 13. Dadurch werden diese zu der Kunststoffmatrix 9 aufgeschmolzen, in der die Naturfasern 11 eingebettet sind. Anschließend wird das noch erhitzte sowie verpresste Faserhalbzeug 10 in eine Formpresse 17 geführt, in deren unterem Pressenwerkzeug 19 bereits das umgeformte Blechteil 5 eingelegt ist. Das Blechteil 5 wird in einem vorgeschalteten Tiefziehvorgang umgeformt.
  • Wie aus der 2 weiter hervorgeht, wird das Blechteil 5 zunächst als eine ebenflächige Blechplatine bereitgestellt und in einer Tiefziehpresse 21 tiefgezogen. Nach der Entnahme aus der Tiefziehpresse 21 wird das umgeformte Blechteil 5 in die Kavität 23 der Formpresse 17 so eingelegt, dass es vollflächig auf einer konturangepassten Formfläche des unteren Pressenwerkzeugs 19 positioniert ist. Zur Vorbereitung des Formpressschrittes wird auf die obere konkave Seite des umgeformten Blechteil 5 das erwärmte, verpresste Faserhalbzeug 10 abgelegt. Anschließend wird die Formpresse-Kavität 23 geschlossen. Dadurch erfolgt eine Umformung des Faserhalbzeugs 10, bei dem das bereits umgeformte Blechteil 5 mit dem Faserhalbzeug 10 hinterpresst wird.
  • Nach erfolgtem Formpressschritt wird der in der 3 gezeigte Bauteilverbund, bestehend aus dem Blechteil 5 und dem faserverstärkten Kunststoffträger 7, aus der Formpresse 17 entnommen. Dieser wird optional einer Nachbearbeitung, zum Beispiel einem Stanzen oder Schneiden, unterzogen. Anschließend kann optional ein Spritzgießschritt erfolgen, in dem die bereits erwähnten Funktionselemente 3 am Kunststoffträger 7 angespritzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007024052 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Zierelements (1) für ein Fahrzeug, bei dem ein Kunststoffträger (7) aus einem faserverstärkten Kunststoff ein Metallblechteil (5) trägt, wobei der Kunststoffträger (7) aus einer Kunststoffmatrix (9) mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern (11), insbesondere Naturfasern, aufgebaut ist, in welchem Verfahren ein, die Verstärkungsfasern (11) aufweisendes Faserhalbzeug (10) in einem Heizschritt erwärmt wird und anschließend das erwärmte Faserhalbzeug (10) in einem Formpressschritt durch Hinterpressen mit dem Metallblechteil (5) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Kunststoffmatrix (9) des Kunststoffträgers (7) das Faserhalbzeug (10) mit Thermoplastfasern (13) bereitgestellt wird, dass die im Faserhalbzeug (10) enthaltenen Thermoplastfasern (13) im Heizschritt zur Kunststoffmatrix (9) aufgeschmolzen werden, und dass im Formpressschritt das in der Kunststoffmatrix (9) eingebettete Faserhalbzeug (10) unter Bildung des Kunststoffträgers (7) stoffschlüssig mit dem Metallblechteil (5) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechteil (5) vor dem Formpressschritt, insbesondere in einer Tiefziehpresse (21), umgeformt wird und anschließend zur Vorbereitung des Formpressschritts in eine Kavität (23) einer Formpresse (17) eingelegt wird, und dass das erwärmte Faserhalbzeug (10) auf dem in die Formpresse (17) eingelegten Metallblechteil (5) abgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Formpressschritt die Formpresse-Kavität (23) geschlossen wird, und zwar unter Umformung bzw. unter einem Hinterpressen sowie unter Abkühlung des Faserhalbzeugs (10).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Formpressschritt der Bauteilverbund aus dem Metallblechteil (5) und dem Kunststoffträger (7) einer Nachbearbeitung in Form eines Stanzen, unterzogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Formpressschritt an den Bauteilverbund aus dem Metallblechteil (5) und dem Kunststoffträger (7) mittels eines Spritzgießschrittes ein Anspritzen durchgeführt wird, bei dem zumindest ein Funktionselement (3) am Kunststoffträger (7) angespritzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (10) ein Naturfaservlies ist und insbesondere zu 50% aus Naturfasern (11), etwa Flachs, Hanf, Sisal etc. und zu 50% aus Thermoplastfasern (13) besteht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechteil (5) aus Aluminium hergestellt ist, und/oder dass das Metallblechteil (5) eine Materialstärke von etwa 0,5 mm aufweist,
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (10) ein Flächengewicht von etwa 1700 g/m2 aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Haftfähigkeit des Faserhalbzeugs (10) mit dem Blechteil (5) das Blechteil (5) mit einem Haftvermittler versehen ist
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Haftfähigkeit des Faserhalbzeugs (10) mit dem Blechteil (5) das Blechteil (5) mit einer Strukturnarbe versehen ist, die beispielhaft mittels Lasertechnologie hergestellt ist.
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