DE102016007913A1 - Kfz-Verbundbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils werden Kunststoff-Partikel in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie zu einem Partikelschaum miteinander verbunden. Daraufhin wird das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt und anschließend wird ein thermoplastischer Kunststoff unter Bildung eines Tragelementes und/oder zumindest eines Befestigungselementes in den Formhohlraum eingespritzt, wobei der thermoplastische Kunststoff zumindest in stoffschlüssiger Weise mit den Partikelschaum verbunden wird. Die Einbringung der vorgenannten Materialien kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Anschließend wird das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums nochmals verstellt und dann eine Metallschmelze in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement gebildet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kfz-Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Bei dem Kfz-Verbundteil handelt es sich insbesondere um ein im eingebauten Zustand sichtbares Kfz-Verbundbauteil mit einer integrierten elektrischen Konnektivität, beispielsweise um
    • – eine Autotür mit Integration von Funktionselementen wie Fensterheber, Türschloss, Lautsprecher, Lampen, Schalter für Spiegel, Schalter für ein Dach, Lüftungskanäle, Airbag etc.,
    • – einen Stoßfänger mit Integration von Sensoren für eine Einparkhilfe, von Crash-Sensoren oder Sensoren für die Airbag-Auslösung,
    • – eine Schwellerleiste,
    • – einen Spoiler mit Integration von Antennen, Sensorik oder Beleuchtung,
    • – eine Mittelkonsole,
    • – eine Armauflage,
    • – eine Sonnenblende,
    • – ein Armaturenbrett,
    • – einen Dachhimmel,
    • – eine tragende vertikale Säule (A-Säule oder B-Säule), oder
    • – eine Kofferraumverkleidung oder eine Innenraumverkleidung.
  • Im Folgenden wird beispielshaft von einem Bauteil zum Ausbau einer tragenden Struktur einer Fahrzeugtür ausgegangen. Eine Fahrzeugtür herkömmlichen Aufbaus besitzt ein stählernes Tragsystem, das außenseitig von einem Blech abgedeckt ist. Für den Innenausbau der Fahrzeugtür wird ein Aggregat-Trägersystem gefertigt, das meist aus Metall oder Kunststoff separat hergestellt wird, und in dem Trägersystem werden elektrische oder elektronische Elemente wie Fensterheber, Schloss, Lautsprecher etc. durch Schrauben, Kleben, Nieten, Einclipsen etc. befestigt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird eine Innenverkleidung aus Textil, Leder oder Kunststoff aufgebracht und befestigt. In vielen Fällen wird zusätzlich auf das Aggregat-Trägersystem ein Kunststoffschaum-Element montiert, das der Wärme- und Schalldämmung dient und an seiner Oberfläche mit einer zusätzlichen Haut oder auch mit einer vorgefertigten Laminatschicht versehen sein kann.
  • Die Herstellung eines entsprechenden Kfz-Verbundbauteils benötigt eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsschritte und ist damit sowohl sehr zeitaufwendig als auch kostenintensiv.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils der genannten Art zu schaffen, mit dem sich ein entsprechendes Verbundbauteil in vereinfachter Weise herstellen lässt. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Kfz-Verbundbauteil geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens in einer ersten Alternative durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei werden zunächst Kunststoff-Partikel in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie zu einem Partikelschaum miteinander verbunden. Daraufhin wird das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt und anschließend ein thermoplastischer Kunststoff unter Bildung zumindest eines Tragelementes und/oder zumindest eines Befestigungselementes in den Formhohlraum eingespritzt, wobei der thermoplastische Kunststoff zumindest in stoffschlüssiger Weise mit dem Partikelschaum verbunden wird. Anschließend wird das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums nochmals verstellt und es wird dann eine Metallschmelze in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement gebildet werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass zunächst ein thermoplastischer Kunststoff unter Bildung zumindest eines Tragelementes und/oder zumindest eines Befestigungselementes in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingespritzt wird. Daraufhin wird das Formwerkzeug unter Erfindung des Formhohlraums verstellt und anschließend werden Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie zu einem Partikelschaum miteinander verbunden, wobei der thermoplastische Kunststoff zumindest in stoffschlüssiger Weise mit dem Partikelschaum verbunden wird. Anschließend wird das Formwerkzeug unter Änderungen des Formhohlraums nochmals verstellt und anschließend eine Metallschmelze in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement gebildet werden.
  • Die beiden vorgenannten Verfahren unterscheiden sich auf diese Weise im Wesentlichen durch die Reihenfolge der Einbringung der Materialien. Während bei dem zuerst genannten Verfahren zunächst der Partikelschaum gebildet und auf diesen dann der thermoplastische Kunststoff aufgespritzt wird, wird bei dem zweiten Verfahren zunächst der thermoplastische Kunststoff in den Formhohlraum eingespritzt und anschließend werden die Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und es wird ein Partikelschaum gebildet, der mit dem thermoplastischen Kunststoff verbunden wird.
  • Unter dem Begriff ”stoffschlüssige Verbindung” wird eine Verbindung verstanden, bei der die zu verbindenden Bauteile durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden.
  • Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass vorgefertige Versteifungselemente vor dem Einbringen der Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dann in den Partikelschaum eingebettet werden. Bei den Versteifungselementen kann es sich beispielsweise um Kunststofffasern und/oder Naturfasern und/oder zumindest ein Netz aus Kunststoff oder Metall oder zumindest ein Gitter aus Kunststoff oder Metall handeln.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vorgefertigte Verbindungselemente vor dem Einbringen der Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dann in den Partikelschaum eingebettet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass vorgefertigte Verbindungselemente vor dem Einbringen des thermoplastischen Kunststoffs in den Formhohlraum eingebracht und dann in den thermoplastischen Kunststoff eingebettet werden.
  • Bei den Verbindungselementen kann es sich beispielsweise um Schrauben und/oder Gewindestangen und/oder Clips handeln.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelschaum mit einer geschlossenporigen Oberfläche ausgebildet wird. Durch entsprechende Wahl der Verfahrensparameter kann die Art und Oberflächenstruktur der geschlossenporigen Oberfläche eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich wahlweise glatte oder strukturierte oder weiche Oberflächen erzielen, die den ästhetischen Ansprüchen der Automobilhersteller genügen, so dass auf aufwendige Nachverarbeitungen verzichtet werden kann.
  • Zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Partikelschaum und dem thermoplastischen Kunststoff kann zwischen diesen Materialien auch eine formschlüssige Verbindung beispielsweise durch Hinterschnitte oder Durchdringungen gegeben sein.
  • Wie bereits erläutert wurde, wird das Kfz-Verbundbauteil in einem integrierten Partikelschaum-Metall-Spritzverfahren hergestellt, wobei ein Partikelschaum, ein thermoplastischer Kunststoff, eine Metallschmelze und gegebenenfalls Verstärkungsfasern, Faserverbände und Befestigungselemente in ein einziges Formwerkzeug eingebracht und miteinander verbunden werden, wobei gleichzeitig insbesondere der Partikelschaum eine gewünschte Oberflächengestaltung erhält. Ein nachträgliches Zusammenfügen, Montieren oder Verschweißen kann dadurch weitestgehend oder vollständig entfallen. Auf diese Weise ist ein kombiniertes Fertigbauteil mit integrierter elektrischer und elektronischer Anschlussmöglichkeit herstellbar.
  • Das Verfahren verbindet die bisher separat und in zeitlichem Abstand auszuführenden Schritte in einem Arbeitsgang. Separate Befestigungselemente aus unterschiedlichen Materialien werden nicht mehr benötigt und die Verbindungsfunktionen sind in das Verbundbauteil integriert, wodurch die nachfolgenden Montageprozesse verkürzt und vereinfacht sind. Darüber hinaus sind Montagefehler vermieden, was zu deutlichen Kosteneinsparungen führt. Das Verbundbauteil hat ein niedriges Gewicht und gleichzeitig eine hohe Absorptionsfähigkeit gegen Geräusche und gegen die Einwirkung äußerer Kräfte und besitzt zusätzlich eine sehr gute Temperaturdämmung.
  • Der Partikelschaum erfüllt nicht nur eine Füllfunktion, sondern stellt einen elementaren Bestandteil des Verbundbauteils dar, der Trag- und Füllfunktionen erfüllt, der Befestigung dient, temperatur- und schallabsorbierend wirkt und zusätzlich auch Schutz-, Verkleidungs-, Dekorations- und Haptikfunktionen erfüllt. Darüber hinaus dient der Partikelschaum als elektrischer Isolator.
  • Vorzugsweise werden alle elektrische Leiterbahnen sowie notwendige metallische Befestigungselemente mit dem Metallspritzverfahren in den Partikelschaum und/oder den thermoplastischen Kunststoff eingebracht, so dass das nachträgliche Einziehen von Stromkabeln oder die Ausstattung des Verbundbauteils mit Clips, Schrauben etc. nicht mehr notwendig ist.
  • Durch das Einspritzen des thermoplastischen Kunststoffs lassen sich Funktionselemente, Bedienelemente oder Rahmenkonstruktionen ausbilden. Die eingebrachten Versteifungselemente dienen der Verstärkung des Verbundbauteils, wobei Fasern oder Fasernverbunde auch gleichzeitig mit dem thermoplastischen Kunststoff eingespritzt werden können.
  • Das Kfz-Verbundbauteil zur Lösung der obenstehenden Aufgabe besitzt einen Träger aus Kunststoff-Partikelschaum, der stoffschlüssig mit Tragelementen und/oder Befestigungselementen aus einem thermoplastischen Kunststoff verbunden ist, sowie zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement.
  • Weitere Merkmale des Kfz-Verbundbauteils ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils, wobei Kunststoff-Partikel in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie zu einem Partikelschaum miteinander verbunden werden, woraufhin das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt und anschließend ein thermoplastischer Kunststoff unter Bildung zumindest eines Tragelementes und/oder zumindest eines Befestigungselementes in den Formhohlraum eingespritzt wird, wobei der thermoplastische Kunststoff zumindest in stoffschlüssiger Weise mit dem Partikelschaum verbunden wird, woraufhin das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt und anschließend eine Metallschmelze in den Formhohlraum eingespritzt wird, wodurch zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement gebildet werden.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils, wobei ein thermoplastischer Kunststoff unter Bildung zumindest eines Tragelementes und/oder zumindest eines Befestigungselementes in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingespritzt wird, woraufhin das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt wird und anschließend Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie zu einem Partikelschaum miteinander verbunden werden, wobei der thermoplastische Kunststoff zumindest in stoffschlüssiger Weise mit dem Partikelschaum verbunden wird, woraufhin das Formwerkzeug unter Änderung des Formhohlraums verstellt und anschließend eine Metallschmelze in den Formhohlraum eingespritzt wird, wodurch zumindest eine elektrische Leiterbahn und/oder zumindest ein metallisches Befestigungselement gebildet werden.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vorgefertigte Versteifungselemente vor dem Einbringen der Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dann in den Partikelschaum eingebettet werden.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente von Kunststofffasern und/oder von Naturfasern und/oder von zumindest einem Netz oder zumindest einem Gitter aus Kunststoff oder Metall gebildet sind.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vorgefertigte Verbindungselemente vor dem Einbringen der Kunststoff-Partikel in den Formhohlraum eingebracht und dann in den Partikelschaum eingebettet werden.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vorgefertigte Verbindungselemente vor dem Einbringen des thermoplastischen Kunststoffs in den Formhohlraum eingebracht und dann in den thermoplastischen Kunststoff eingebettet werden.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente von Schrauben und/oder Gewindestangen und/oder Clips gebildet sind.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Kfz-Verbundbauteils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelschaum mit einer geschlossenporigen Oberfläche ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff zusätzlich in formschlüssiger Weise mit dem Partikelschaum verbunden wird.
  10. Kfz-Verbundbauteil, mit einem Träger aus einem Kunststoff-Partikelschaum, der stoffschlüssig mit Tragelementen und/oder Befestigungselementen aus einem thermoplastischen Kunststoff verbunden ist, und mit zumindest einer elektrischen Leiterbahn und/oder zumindest einem metallischen Befestigungselement.
  11. Kfz-Verbundbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelschaum mit einer geschlossenporigen Oberfläche ausgebildet ist.
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