DE102016014519A1

DE102016014519A1 - Method and device for producing polymer moldings provided with a supporting structure

Info

Publication number: DE102016014519A1
Application number: DE102016014519.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Baumgärtner; Timo Huber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Polymer-Formteilen mit wenigstens einer Tragstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, vorgeschlagen, indem die Tragstruktur in dem Formraum eines Formwerkzeugs angeordnet wird, in welchem die lokalen Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur angespritzt oder angepresst werden. Um für eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung der Tragstruktur mit den hieran angeformten Oberflächenstrukturen bei einer hohen Reproduzierbarkeit und kurzen Taktzeiten zu sorgen, sieht die Erfindung vor, dass in dem zum Anspritzen bzw. Anpressen der Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur eingesetzten Formwerkzeug nur diejenigen Bereiche der Tragstruktur lokal erwärmt werden, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt oder angepresst werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Formwerkzeug einer zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeigneten Vorrichtung.The proposal is for a method of producing polymer moldings having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edge borders or the like, by arranging the support structure in the molding space of a molding tool in which the local surface structures are applied the support structure be molded or pressed. In order to ensure a reliable and permanent connection of the support structure with the surface structures formed thereon with high reproducibility and short cycle times, the invention provides that in the mold used for injection molding or pressing the surface structures on the support structure only those areas of the support structure locally are heated, to which the local surface structures are molded or pressed. The invention further relates to a molding tool of a device suitable for carrying out such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymer-Formteilen mit wenigstens einer Tragstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, indem die Tragstruktur in dem Formraum eines Formwerkzeugs angeordnet wird, in welchem die lokalen Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur angespritzt und/oder angepresst werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Herstellung von Polymer-Formteilen mit wenigstens einer Tragstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, umfassend wenigstens ein Formwerkzeug mit einem Formraum, welcher zur Aufnahme der Tragstruktur ausgebildet ist, wobei der Formraum wenigstens einen, mit wenigstens einem Einspritzkanal in Verbindung stehenden Formraumabschnitt aufweist, welcher zu einer jeweiligen, an die Tragstruktur anzuspritzenden und/oder anzupressenden lokalen Oberflächenstruktur komplementär ist.The invention relates to a method for producing polymer moldings having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edging or the like, by placing the support structure in the mold space of a mold, in which the local surface structures to the Support structure molded and / or pressed. The invention further relates to an apparatus, particularly suitable for carrying out such a method, for producing polymer moldings having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as protrusions, webs, ribs, edge surrounds or the like, comprising at least one mold having a mold space, which is designed to receive the support structure, wherein the mold space has at least one mold cavity section communicating with at least one injection channel and which is complementary to a respective local surface structure to be sprayed onto and / or pressed against the support structure.

Mit „Tragstrukturen“ im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind sowohl rein mechanische Tragstrukturen, welche zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Polymer-Formteils dienen, wie insbesondere Faserverbundstrukturen mit Lang- und/oder Endlosfasern, konstruktive Bauteile, z.B. aus Metall, Keramik oder anderen Materialien, und dergleichen, als auch funktionale Tragstrukturen angesprochen, welche nicht notwendigerweise eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Polymer-Formteils mit sich bringen, sondern ihm eine spezielle Funktion verleihen, wie beispielsweise elektronische Bauteile in Form von elektrischen Leiterstrukturen, Leiterplatten, Sensoren und dergleichen, welche die hieran angespritzten und/oder angepressten Oberflächenstrukturen tragen.For the purposes of the present disclosure, "supporting structures" are purely mechanical support structures which serve to improve the mechanical properties of the polymer molding, in particular fiber composite structures with long and / or continuous fibers, structural components, e.g. of metal, ceramics or other materials, and the like, as well as functional support structures, which do not necessarily entail an improvement in the mechanical properties of the polymer molding, but give it a special function, such as electronic components in the form of electrical conductor structures, Circuit boards, sensors and the like, which carry the molded-on and / or pressed-on surface structures.

Polymer-Formteile mit einer derartigen Tragstruktur mit hieran angespritzten und/oder angepressten Oberflächenstrukturen, wie z.B. Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Beispielhaft seien in diesem Zusammenhang zum Einen Strukturbauteile in Form von sogenannten Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen erwähnt, welche aus einem Verbund aus einer metallischen Tragstruktur und Kunststoff gebildet sind und beispielsweise durch Spritzgießen erzeugt werden können. Derartige Metall-Kunststoff-Hybridbauteile finden insbesondere im Fahrzeug- und Flugzeugbau sowie in der Elektronik und der Elektrotechnik für tragende bzw. kraftaufnehmende Teile oder als Gehäuseteile, beispielsweise für dekorative Zwecke, verbreiteten Einsatz. Sie zeichnen sich vornehmlich dadurch aus, dass sie lokale Verstärkungen aufweisen, welche dem Polymer-Formteil besondere mechanische Eigenschaften verleihen, wie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, wobei die Form und Anordnung der metallischen Tragstruktur in dem fertigen Polymer-Formteil entsprechend der auf das Bauteil einwirkenden Kräfte gewählt werden können. Zudem kommt derartigen Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen ihr gegenüber reinen Metallteilen vermindertes Gewicht zugute, wobei gleichwohl die mechanischen Eigenschaften optimiert werden können.Polymer moldings having such a support structure with surface structures molded onto and / or pressed thereto, e.g. Projections, webs, ribs, edge borders or the like, are known in various configurations. By way of example, structural components in the form of so-called metal-plastic hybrid components, which are formed from a composite of a metallic support structure and plastic and can be produced, for example, by injection molding, may be mentioned in this connection. Such metal-plastic hybrid components are used in particular in vehicle and aircraft construction as well as in electronics and electrical engineering for supporting or force-absorbing parts or as housing parts, for example for decorative purposes, widespread use. They are characterized by the fact that they have local reinforcements, which give the polymer molding special mechanical properties, such as a high strength and rigidity, the shape and arrangement of the metallic support structure in the finished polymer molding corresponding to the acting on the component Forces can be selected. In addition, such metal-plastic hybrid components benefit compared to pure metal parts reduced weight, while the mechanical properties can be optimized.

Zum Anderen seien in Bezug auf gattungsgemäße Polymer-Formteile mit einer Tragstruktur exemplarisch Leiterplatten, Leiterstrukturen und Sensoren mit hieran angeformten Oberflächenstrukturen angesprochen, deren Geometrie an den Einbau in ein entsprechendes Endprodukt angepasst sein muss.On the other hand, in terms of generic polymer molded parts with a support structure, exemplary circuit boards, conductor structures and sensors with surface structures integrally formed thereon are addressed, the geometry of which must be adapted to installation in a corresponding end product.

Der Nachteil solcher mit Tragstrukturen - seien sie rein mechanisch und/oder seien sie funktional - versehener Hybridbauteile mit hieran angespritzten und/oder angepressten Oberflächenstrukturen aus thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren besteht einerseits in der oft mangelhaften Verbindung der Tragstruktur und der hieran angeformten Oberflächenstrukturen, wobei sich aufgrund der unterschiedlichen Materialien und der damit einhergehenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten häufig eine zu geringe Haftung des angespritzten und/oder angepressten Polymers an der Tragstruktur ergibt. Eine einwandfreie und dauerhafte Verbindung gelingt dabei im Grunde nur, wenn die Oberflächenstrukturen mechanisch an der Tragstruktur verankert wird, indem letzterer beispielsweise zumindest oberflächig eine gewisse Porosität verliehen wird, oder indem die Tragstuktur mit geeigneten Haftvermittlern beschichtet oder imprägniert wird, wobei als Haftvermittler insbesondere thermoplastische und/oder thermoelastische Polymere, welche mit dem Polymer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstrukturen verträglich sind, Schmelzklebstoffe, Prepolymere bzw. solche enthaltende, sogenannte Primer zum Einsatz gelangen, welche zusätzlich Vernetzungsmittel oder Vernetzerharze enthalten, um die (Pre)polymere unter Verbindung derselben mit dem Polymer der Oberflächenstrukturen auszuhärten. Folglich erweist sich die Herstellung solcher mit Tragstrukturen versehenen Polymer-Formteilen oft als problematisch, was nicht nur im Falle von thermisch und/oder gegenüber Druck empfindlichen Tragstrukturen, wie beispielsweise Leiterplatten, elektrischen Leiterstrukturen, Sensoren und dergleichen, sondern auch für beliebige anderer Hybridbauteile gilt, da während des Anspritzens und/oder Anpressens der Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur diese bis in den Schmelzbereich des anzuspritzenden bzw. anzupressenden Polymers erwärmt wird, wobei sie sich ausdehnt. Zieht sich die Tragstruktur beim abschließenden Abkühlen des fertigen Polymer-Formteils wieder zusammen, so geschieht dies jedoch aufgrund in aller Regel unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem anderen Maße als bei dem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer der Oberflächenstrukturen, so dass es zu Wärmespannungen kommt, welche in der oben angesprochenen mangelnden Haftung bis hin zu einem Bruch und folglich in anfallendem Ausschuss resultieren.The disadvantage of such with supporting structures - they are purely mechanical and / or functional - provided hybrid components with this molded and / or pressed surface structures of thermoplastic and / or thermoelastic polymers on the one hand in the often deficient connection of the support structure and the surface structures molded thereto Due to the different materials and the associated different coefficients of thermal expansion often results in too low adhesion of the molded and / or pressed polymer to the support structure. A perfect and permanent connection succeeds basically only if the surface structures is mechanically anchored to the support structure by the latter, for example, at least a certain surface porosity is given, or by the support structure is coated or impregnated with suitable adhesion promoters, being used as adhesion promoter in particular thermoplastic and or thermoelastic polymers which are compatible with the polymer of the surface structures to be sprayed and / or to be pressed, use of hot melt adhesives, prepolymers or so-called primers, which additionally contain crosslinking agents or crosslinker resins, with the (pre) polymers with compound thereof cure the polymer of the surface structures. As a result, the manufacture of such patterned polymer moldings often proves problematic, which is true not only in the case of thermally and / or pressure sensitive support structures such as circuit boards, electrical conductor structures, sensors, and the like, but also any other hybrid components. since, during the molding and / or pressing of the surface structures onto the support structure, it is heated to the melting region of the polymer to be sprayed or pressed, whereby it expands. Does the support structure pull when However, this is done due to usually different coefficients of thermal expansion to a different extent than in the thermoplastic and / or thermoelastic polymer of the surface structures, so that it comes to thermal stresses, which in the above-mentioned lack of adhesion resulting in breakage and consequent waste.

Beispiele für solche Metall-Kunststoff-Hybridbauteile einschließlich geeigneter Haftvermittler in Form von Prepolymeren (z.B. Polyesterharze, Epoxidharze, Phenolharze, Epoxid-Phenolharz-Prekondensate, Copolyamide, Isocyanatharze etc.), Schmelzklebstoffen und Primern finden sich beispielsweise in den EP 1 808 468 A2 , EP 2 435 246 A1 oder WO 2014/118213 A1 , welche hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.Examples of such metal-plastic hybrid components including suitable adhesion promoters in the form of prepolymers (for example, polyester resins, epoxy resins, phenolic resins, epoxy-phenolic resin precondensates, copolyamides, isocyanate resins, etc.), hot melt adhesives and primers can be found in the EP 1 808 468 A2 . EP 2 435 246 A1 or WO 2014/118213 A1 , which are hereby made the subject of the present disclosure.

Ein weiteres Beispiel für gattungsgemäße, mit einer Tragstruktur versehene Polymer-Formteile mit hoher technischer und wirtschaftlicher Relevanz stellen Polymer-Formteile aus mit thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren imprägnierten Faserverbundstrukturen dar, welche in verschiedenartigen Ausgestaltungen vielfältige Verwendung finden. Derartigen, mit Tragstrukturen in Form von Faserverbundstrukturen versehenen Polymer-Formteilen kommt insbesondere ihr verhältnismäßig geringes Gewicht sowie die Möglichkeit zugute, durch entsprechende Orientierung der Fasern dem Formteil eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der einwirkenden Lasten zu verleihen. So werden derartige, auch als „Organobleche“ bezeichnete imprägnierte Faserverbundstrukturen nach ihrer Konsolidierung sowie Umformung in die jeweils gewünschte Form beispielsweise als Strukturbauteile für die Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffsbauindustrie oder auch als Bauteile für die Bauindustrie oder als Komponenten zur Energieerzeugung, wie z.B. Flügel für Windkraftanlagen, eingesetzt.Another example of generic, provided with a support structure polymer moldings with high technical and economic relevance represent polymer moldings made with thermoplastic and / or thermoelastic polymers impregnated fiber composite structures, which find a variety of uses in various configurations. Such, provided with support structures in the form of fiber composite structures polymer moldings is particularly their relatively low weight and the opportunity to benefit by appropriate orientation of the fibers to give the molded article increased strength and rigidity in the direction of the acting loads. Thus, such, also referred to as "organic sheets" impregnated fiber composite structures after their consolidation and transformation into the desired shape, for example, as structural components for the automotive, aircraft and shipbuilding industry or as components for the construction industry or as components for energy production, such. Wings for wind turbines, used.

Die Herstellung der Faserverbundstrukturen geschieht in der Regel dadurch, dass die Fasern der Faserverbundstruktur, welche insbesondere auch in Form von Bündeln, Geflechten, Geweben, Gestricken, Gelegen, Vliesen oder dergleichen vorliegen können, in geeigneten Formwerkzeugen mit dem thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer im plastifizierten bzw. schmelzflüssigen Zustand imprägniert werden, wonach die imprägnierte Faserverbundstruktur unmittelbar oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt konsolidiert wird, indem sie unter Einwirkung von Druck und Temperatur, so dass sich das Polymer im plastifizierten Zustand befindet, verpresst wird. Die Imprägnierung dient dabei vornehmlich zu einer möglichst vollständigen Benetzung der Fasern der Faserverbundstruktur mit dem thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer, während die Konsolidierung vor allem der einschlussfreien Verbindung sowohl der Fasern mit dem plastifizierten Imprägnierpolymer als auch der Einzellagen der Faserverbundstruktur dient. Bei der Imprägnierung der Faserverbundstruktur sollte die Temperatur hinreichend hoch gehalten werden, um das Polymer in die schmelzflüssige Phase zu überführen bzw. im schmelzflüssigen Zustand zu halten, aber auch nicht zu hoch eingestellt werden, um einen Polymerabbau mit einer hiermit einhergehenden Kettenverkürzung des Polymers zu verhindern.The production of the fiber composite structures is generally carried out in that the fibers of the fiber composite structure, which may be present in particular in the form of bundles, braids, woven, knitted, laid, nonwovens or the like, in suitable molds with the thermoplastic or thermoelastic polymer in the plasticized or in the molten state, after which the impregnated fiber composite structure is consolidated directly or in a subsequent process step by being pressed under the action of pressure and temperature so that the polymer is in the plasticized state. The impregnation serves primarily to wetting the fibers of the fiber composite structure with the thermoplastic or thermoelastic polymer as completely as possible, while the consolidation primarily serves for the inclusion-free connection of both the fibers with the plasticized impregnating polymer and the individual layers of the fiber composite structure. In the impregnation of the fiber composite structure, the temperature should be kept sufficiently high to bring the polymer into the molten phase or to keep it in the molten state, but also not be set too high to prevent polymer degradation with a concomitant chain shortening of the polymer ,

Indes sind der Formgebung solcher Polymer-Formteile mit Faserverbundstrukturen, welche mit thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren imprägniert sind, dahingehend Grenzen gesetzt, als vornehmlich flächige Strukturen entsprechend der Ausdehnung der Faserverbundstruktur erzeugt werden können, welche anlässlich einer Umformung, z.B. mittels Tiefziehen, Pressen oder mittels geeigneter Formwerkzeuge, in dreidimensionale Gebilde umgeformt werden können. Sofern relativ komplexe Formteilgeometrien erzeugt werden können, wie insbesondere solche mit lokal angeordneten Oberflächenstrukturen mit unterschiedlicher Erstreckungsrichtung wie jene der imprägnierten Faserverbundstruktur, z.B. in Form von lokalen Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder andersartigen Strukturen, geschieht dies in der Regel dadurch, dass die lokalen Oberflächenstrukturen an die vorimprägnierte und insbesondere bereits konsolidierte und gegebenenfalls umgeformte Faserverbundstruktur angespritzt und/oder angepresst werden. Um für eine einwandfreie Schmelzverbindung zwischen dem Imprägnierpolymer der Faserverbundstruktur und dem Polymer der Oberflächenstruktur(en) zu sorgen, so dass das Imprägnierpolymer als Haftvermittler für die hieran anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstrukturen zu dienen vermag, müssen dabei dieselben oder miteinander verträgliche, thermoplastische und/oder thermoelastische Polymere verwendet werden, wobei das zum Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen eingesetzte Polymer selbstverständlich seinerseits mit Verstärkungsfasern versetzt werden kann, um auch den Oberflächenstrukturen eine hohe Festigkeit und Zähigkeit zu verleihen. Ferner ist es zur Sicherstellung einer einwandfreien Schmelzverbindung zwischen dem Imprägnierpolymer der Faserverbundstruktur und jenem der Oberflächenstrukturen erforderlich, das Imprägnierpolymer zu plastifizieren, so dass es mit dem gleichfalls im plastifizierten Zustand angespritzten und/oder angepressten Polymer der Oberflächenstrukturen innig verbunden wird.However, the shaping of such molded polymer parts with fiber composite structures, which are impregnated with thermoplastic and / or thermoelastic polymers, are limited to the extent that it is possible to produce predominantly flat structures corresponding to the extent of the fiber composite structure which is formed during forming, e.g. by deep drawing, pressing or by means of suitable molding tools, can be converted into three-dimensional structures. If relatively complex shaped part geometries can be produced, such as, in particular, those with locally arranged surface structures with different direction of extent, such as those of the impregnated fiber composite structure, e.g. In the form of local projections, webs, ribs, edge borders or other types of structures, this is generally done by injection molding and / or pressing the local surface structures onto the prepregged and, in particular, already consolidated and possibly reshaped fiber composite structure. In order to ensure a perfect fusion bond between the impregnating polymer of the fiber composite structure and the polymer of the surface structure (s), so that the impregnating polymer can serve as a bonding agent for the surface structures to be sprayed thereon and / or to be pressed, the same or mutually compatible, thermoplastic and / or or thermoelastic polymers may be used, wherein the polymer used for molding and / or pressing of the surface structures can of course be added in turn with reinforcing fibers, in order to impart a high strength and toughness to the surface structures. Further, to ensure proper fusion bonding between the impregnating polymer of the fiber composite structure and that of the surface structures, it is necessary to plasticize the impregnating polymer so that it is intimately bonded to the polymer of the surface structures also molded and / or pressed in the plasticized state.

Die Herstellung von faserverstärkten Polymer-Formteilen mit einer mit thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren imprägnierten Faserverbundstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen geschieht gegenwärtig vornehmlich in einem einstufigen oder in einem zweistufigen Prozess.The production of fiber-reinforced polymer moldings with a thermoplastic and / or or thermoelastic polymers impregnated fiber composite structure and thereto locally arranged surface structures is currently happening primarily in a one-step or in a two-step process.

Bei dem zweistufigen Prozess wird zunächst die Faserverbundstruktur, beispielsweise mittels Tapelegen von imprägnierten Endlosfaser-Halbzeugen in der gewünschten Orientierung, vorgefertigt und konsolidiert und in die gewünschte dreidimensionale Struktur umgeformt, was beispielsweise durch Tiefziehen, Pressen oder mittels geeigneter Formwerkzeuge geschehen kann. Nach dem Zuschnitt der Endkontur wird das derart vorgefertigte Bauteil in ein geeignetes Spritzgießwerkzeug überführt, um es lokal zu hinterspritzen bzw. hieran die lokalen Oberflächenstrukturen anzuspritzen und/oder anzupressen. Zu diesem Zweck wird das Halbzeug entweder, in der Regel bei geöffnetem Formwerkzeug, mittels Wärmestrahlung, z.B. im Infrarotbereich oder in einem unmittelbar darunter oder darüber liegenden, langwelligeren oder kurzwelligeren Bereich, oder in einem Ofen langsam auf die Schmelztemperatur des Imprägnierpolymers der Faserverbundstruktur erwärmt, oder das Halbzeug wird durch Erhitzen des Formwerkzeugs selbst auf die Schmelztemperatur des Imprägnierpolymers gebracht. Sodann werden die Oberflächenstrukturen unter Verwendung desselben Polymers wie das Imprägnierpolymer oder eines hiermit verträglichen Polymers, welches gegebenenfalls mit Verstärkungsfasern versetzt sein kann, lokal an das Halbzeug angespritzt und/oder angepresst und wird das fertige, mit den Oberflächenstrukturen versehene Polymer-Formteil abgekühlt und dem Formwerkzeug entnommen. Von Nachteil sind einerseits die sehr langen Zykluszeiten infolge Abkühlung und Aufheizung des von der imprägnierten, konsolidierten und umgeformten Faserverbundstruktur gebildeten Halbzeugs bzw. des fertigen Polymer-Formteils sowie der hiermit verbundene hohe Energiebedarf. Darüber hinaus kann es insbesondere beim Aufheizen der imprägnierten, konsolidierten und ungeformten Faserverbundstruktur zu einer zumindest bereichsweisen Dekonsolidierung kommen, indem das Volumen des Halbzeugs bei Erreichen oder insbesondere Überschreiten der Schmelztemperatur des Imprägnierpolymers zunimmt und durch die Faserverbundstruktur bedingte Eigenspannungen freiwerden, so dass sich die Fasern in ihre ursprüngliche Form zurückstellen und Fehlstellen, wie Gaseinschlüsse, erzeugt werden, was die Festigkeit des fertigen Formteils stark beeinträchtigt. Darüber hinaus kommt es beim Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen häufig zu einem sogenannten Quetschfluss, wobei das in den schmelzflüssigen Zustand überführte Imprägnierpolymer der Faserverbundstruktur, gegebenenfalls in Verbindung mit dem an dieses angespritzte und/oder angepresste Polymer der Oberflächenstruktur, seitlich über die Verbindungsstelle mit der Oberflächenstruktur hinausfließt und folglich seitlich der Oberflächenstruktur an der imprägnierte Faserverbundstruktur abgeschieden wird. Auch dies führt nicht nur zu optischen Beeinträchtigungen des fertigen Formteils, sondern insbesondere auch zu bleibenden Fehlstellen gerade in dem beim Einsatzzweck des Polymer-Formteils häufig mechanisch hochbelasteten Bereich der Oberflächenstruktur, z.B. in Form von Verstärkungsrippen oder -stegen oder auch randseitigen Einfassungen. Folglich ergibt sich auch eine schlechte Reproduzierbarkeit dieses Herstellungsprozesses, welche in einem relativ hohen Ausschuss resultiert. Das Problem eines Quetschflusses kann sich überdies - wenngleich aufgrund der gegenüber Faserverbundstrukturen geringeren Kompressibilität in vermindertem Ausmaße - bei Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen der eingangs genannten Art ergeben, wenn der Haftvermittler der Tragstruktur infolge erhöhten Druckes und erhöhter Temperatur seitlich über die Verbindungsstelle der Tragstruktur mit der hieran anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur hinausfließt und somit gerade dort die ihm zugedachte Funktion nicht mehr zu erfüllen vermag.In the two-stage process, the fiber composite structure is first prefabricated and consolidated in the desired orientation, for example by tape laying impregnated continuous filament semi-finished products and formed into the desired three-dimensional structure, which can be done for example by deep drawing, pressing or by suitable molds. After the end contour has been cut, the prefabricated component is transferred to a suitable injection mold in order to inject it locally or to spray and / or press the local surface structures thereon. For this purpose, the semi-finished product is either, usually with the mold open, by means of thermal radiation, e.g. in the infrared range or in an immediately below or above, longer-wave or shorter-wave range, or heated slowly in an oven to the melting temperature of the impregnating polymer of the fiber composite structure, or the semi-finished product is brought by heating the mold itself to the melting temperature of the impregnating polymer. The surface structures are then molded and / or pressed locally onto the semifinished product using the same polymer as the impregnating polymer or a polymer compatible therewith, which may optionally be mixed with reinforcing fibers, and the finished polymer molded part provided with the surface structures is cooled and the molding tool taken. On the one hand, the very long cycle times due to cooling and heating of the semifinished product formed by the impregnated, consolidated and formed fiber composite structure or of the finished polymer molded part and the high energy requirement associated therewith are disadvantageous. In addition, at least in some areas during the heating of the impregnated, consolidated and unshaped fiber composite structure, the volume of the semifinished product increases when the melting temperature of the impregnating polymer is reached or in particular exceeded, and internal stresses due to the fiber composite structure are released, so that the fibers in reset their original shape and defects, such as gas inclusions, generated, which greatly affects the strength of the finished molding. In addition, during injection molding and / or pressing of the surface structures, a so-called pinch flow often occurs, wherein the impregnated polymer of the fiber composite structure transferred into the molten state, optionally in conjunction with the polymer of the surface structure molded onto and / or pressed thereto, laterally via the connection point the surface structure flows out and is therefore deposited laterally of the surface structure of the impregnated fiber composite structure. This also leads not only to optical impairments of the finished molded part, but in particular also to permanent defects, especially in the area of the surface structure which is frequently subjected to high mechanical stress in the intended use of the polymer molded part, e.g. in the form of reinforcing ribs or webs or marginal borders. Consequently, there is also a poor reproducibility of this manufacturing process, which results in a relatively high rejects. The problem of a crushing flow can moreover - albeit due to the compared to fiber composite structures lower compressibility to a reduced extent - result in metal-plastic hybrid components of the type mentioned above, when the bonding agent of the support structure due to increased pressure and elevated temperature laterally over the junction of the support structure with the flows out therefrom anszuspritzenden and / or squeeze surface structure and thus just there is no longer able to fulfill its intended function.

Bei dem einstufigen Prozess zur Herstellung von Polymer-Formteilen aus mit thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren imprägnierten Faserverbundstrukturen mit hieran angespritzten und/oder angepressten Oberflächenstrukturen wird hingegen die insbesondere bereits vorimprägnierte und konsolidierte Faserverbundstruktur in dem Press- bzw. Spritzgießwerkzeug in einem einzigen Schritt umgeformt und werden hierbei zugleich die Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst. Hinsichtlich der Nachteile gilt weitestgehend das oben zum zweistufigen Prozess gesagte, wobei das Problem hinzukommt, dass infolge der während des Umformens auf die Fasern im Formwerkzeug einwirkenden, sehr ungleichmäßigen Zugbelastung und den dadurch bedingten ungleichmäßigen Fasereinzug vom Randbereich der Faserverbindstruktur in Richtung deren Zentrums der Randumfang des fertigen Polymer-Formteils nachbearbeitet oder gar mit einem zusätzlich angespritzten und/oder angepressten Bauteilrand versehen werden muss. Im letztgenannten Fall kommt es hierbei zu einer verminderten Belastbarkeit des Polymer-Formteils in seinem Randbereich, wobei die Größe dieses Randbereichs mit verminderter Belastbarkeit zudem wiederum prozessbedingten Schwankungen unterworfen ist, was eine Auslegung mit hohen Sicherheitsfaktoren erfordert. Im erstgenannten Fall führt der zusätzliche Prozessschritt, wie beispielsweise Stanzen, Fräsen, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen, zu höheren Kosten und birgt die Gefahr einer Delaminierung. Letzteres führt wiederum zu Ausschuss am Ende der Wertschöpfung, was es zu vermeiden gilt.In the one-step process for the production of polymer moldings from impregnated with thermoplastic and / or thermoelastic polymers fiber composite structures with thereto molded and / or pressed surface structures, however, the particular already preimpregnated and consolidated fiber composite structure in the press or injection molding tool in a single step and reshaped At the same time, the surface structures are injection-molded and / or pressed on. With regard to the disadvantages applies largely the above two-stage process, the problem is added that due to the during the forming on the fibers in the mold acting, very non-uniform tensile load and consequent uneven fiber feed from the edge region of the Faserverbindstruktur in the direction of the center of the edge circumference finished polymer molding must be post-processed or even provided with an additionally molded and / or pressed-component edge. In the latter case, this results in a reduced load capacity of the polymer molding in its edge region, wherein the size of this edge region is also subject to process-related fluctuations with reduced load capacity, which requires a design with high safety factors. In the former case, the additional process step, such as punching, milling, water jet cutting or the like, leads to higher costs and carries the risk of delamination. The latter, in turn, leads to rejects at the end of the value chain, which must be avoided.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymer-Formteilen mit wenigstens einer Tragstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass den vorgenannten Nachteilen zumindest größtenteils begegnet werden kann, und dies insbesondere unabhängig davon, ob es sich bei der Tragstruktur um ein, gegebenenfalls beschichtetes oder imprägniertes, Metallteil, ein thermisch und/oder gegenüber mechanischer Einwirkung empfindliches Teil oder eine imprägnierte Faserverbundstruktur handelt. The invention is therefore based on the object, a method and an apparatus for producing molded polymer parts having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edging or the like, of the type mentioned in a simple and cost-effective manner to further develop that the aforementioned disadvantages at least largely be met, and this in particular regardless of whether it is the support structure to a possibly coated or impregnated metal part, a thermally and / or against mechanical impact sensitive part or an impregnated fiber composite structure.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem zum Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur eingesetzten Formwerkzeug nur diejenigen Bereiche der Tragstruktur lokal erwärmt werden, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden.In procedural terms, this object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned in that in the mold used for molding and / or pressing the surface structures on the support structure only those areas of the support structure are heated locally, to which the local surface structures molded and / or be pressed.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ferner vor, dass einem jeweiligen, zu der an die Tragstruktur anzuspritzenden und/oder anzupressenden lokalen Oberflächenstruktur komplementären Formraumabschnitt des Formwerkzeugs wenigstens eine Heizeinrichtung zugeordnet ist, welche zur nur lokalen Erwärmung desjenigen Bereiches der in den Formraum eingebrachten Tragstruktur ausgebildet ist, an welchen sich dieser Formraumabschnitt anschließt.In terms of device technology, the invention also provides for solving this problem in a device of the type mentioned above, that at least one heating device is associated with a respective, to the support structure to be sprayed and / or pressed local surface structure complementary form surface portion of the mold, which for local only Heating of that portion of the introduced into the mold cavity support structure is formed, which is followed by this mold cavity section.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung, wonach während des Anspritzens und/oder Anpressens der Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur nur diejenigen Bereiche derselben, und zwar zweckmäßigerweise bis in den Bereich oder nahe der Schmelztemperatur des verwendeten, thermoplastischen und/oder thermoelastischen Imprägnierpolymers, erwärmt werden, stellt eine dauerhafte uns zuverlässige Verbindung zwischen den Oberflächenstrukturen und der Tragstruktur sicher, da temperaturbedingte Ausdehnungen bzw. Kontraktionen der Tragstruktur weitestgehend vermieden werden, so dass es beim Abkühlen des fertigen Polymer-Formteils nicht zu Wärmespannungen oder gar Rissen in den Verbindungsbereichen kommt. Zudem ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich höhere Produktivität, da einerseits der Energieverbrauch verringert wird, andererseits die Taktzeiten reduziert werden, da nicht die gesamte imprägnierte Tragstruktur bzw. insbesondere nicht das gesamte, diese aufnehmende Formwerkzeug ständig erhitzt und abgekühlt werden muss und das Verfahren im Übrigen auch keine Totzeiten erfordert, weil das Formwerkzeug nicht zur Beheizung offenstehen muss.The embodiment according to the invention, according to which only the areas thereof during the molding and / or pressing of the surface structures to the support structure, and expediently to the range or near the melting temperature of the used, thermoplastic and / or thermoelastic impregnating polymer are heated, provides a durable us Reliable connection between the surface structures and the support structure safely, since temperature-induced expansions or contractions of the support structure are largely avoided, so that it does not come to heat stress or even cracks in the connection areas during cooling of the finished polymer molding. In addition, compared to the prior art significantly higher productivity, since on the one hand the energy consumption is reduced, on the other hand, the cycle times are reduced because not the entire impregnated support structure or in particular not the entire, this receiving mold must be constantly heated and cooled and the Incidentally, no dead times required method because the mold does not have to be open for heating.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet sich dabei insbesondere - wenngleich nicht ausschließlich - zum Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen einerseits an zumindest oberflächig beschichtete oder imprägnierte Tragstrukturen an, welche vorzugsweise mit wenigstens einem Haftvermittler, insbesondere aus der Gruppe der thermoplastischen und/oder thermoplastischen Polymere, der Prepolymere einschließlich solcher enthaltender Primer und der Schmelzklebstoffe, beschichtet oder imprägniert sind. Die Tragstruktur kann dabei von einem üblichen Strukturbauteil, z.B. aus Metall oder dergleichen, von einem thermisch empfindlichen Bauteil, wie beispielsweise einer Leiterplatte, einem Sensor oder dergleichen, oder insbesondere auch einer Faserverbundstruktur gebildet sein. Die unter Verwendung der vorgenannten Haftvermittler zumindest oberflächig beschichtete oder imprägnierte Tragstruktur wird hierbei nur lokal im Bereich ihrer Verbindungsstellen mit den hieran anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstrukturen zweckmäßigerweise bis in den Bereich oder nahe der Schmelztemperatur des verwendeten, thermoplastischen und/oder thermoelastischen Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. bis in den Bereich der Aushärtungs- oder Vernetzungstemperatur der Schmelzklebstoffe, Prepolymere bzw. Primer erwärmt, so dass sich eine dauerhafte und zuverlässige, stoffschlüssige Schmelzverbindung zwischen dem Imprägnierpolymer und dem - selben oder hiermit verträglichen - thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer der Oberflächenstruktur bzw. auch eine chemische Verbindung zwischen den ausgehärteten Prepolymeren oder den ausgehärteten Schmelzklebstoffen und dem thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer der Oberflächenstruktur einstellen kann. Wie auch beim Stand der Technik kann das thermoplastische und/oder thermoelastische Polymer der Oberflächenstruktur dabei selbstverständlich seinerseits mit Verstärkungsfasern versetzt sein. Aufgrund dessen, dass aufgrund der lokalen Erwärmung aber nur diejenigen Bereiche der Tragstruktur erwärmt werden, an welche eine jeweilige Oberflächenstruktur angespritzt und/oder angepresst wird, werden einerseits im Falle von Tragstrukturen in Form von imprägnierten Faserverbundstrukturen Dekonsolidierungen der imprägnierten und insbesondere auch bereits konsolidierten und gegebenenfalls umgeformten Faserverbundstruktur verhindert und es kommt insbesondere nicht zum Quetschfluss und dem damit einhergehenden „Überströmen“, weil das Imprägnierpolymer nur lokal plastifiziert wird und das angespritzte und/oder angepresste Polymer aufgrund der ansonsten „kalten“ Faserverbundstruktur seitlich der Oberflächenstrukturen erstarrt. Entsprechendes gilt für Tragstrukturen in Form von zumindest oberflächig mit ihrerseits vornehmlich flüssigen oder viskosen Haftvermittlern beschichteten Strukturbauteilen. Im Falle von thermisch und/oder gegenüber mechanischer Einwirkung empfindlichen Tragstrukturen, wie beispielsweise in Form von Leiterplatten, elektrischen Leiterstrukturen, Sensoren etc. erfährt die Tragstruktur ferner eine nur lokale und folglich sehr schonende Beanspruchung. Die Herstellung der Polymer-Formteile geschieht folglich reproduzierbar und die fertigen Polymer-Formteile weisen mangels Fehlstellen eine gleichbleibend hohe Festigkeit und Zähigkeit auf. Soweit eine Tragstruktur in Form einer imprägnierten Faserverbundstruktur bereits umgeformt worden ist, vermögen ihre Fasern auch nicht in ihre ursprüngliche Orientierung zurückgestellt werden, weil das Imprägnierpolymer großflächig in festem bzw. erstarrtem Zustand verbleibt und lediglich dort plastifiziert wird, wo es eine Schmelzverbindung mit den angespritzten und/oder angepressten Oberflächenstrukturen eingehen muss.The embodiment according to the invention lends itself in particular-though not exclusively-to the molding and / or pressing of the surface structures on at least surface-coated or impregnated support structures, which preferably with at least one adhesion promoter, in particular from the group of thermoplastic and / or thermoplastic polymers Prepolymers including those containing primers and hot melt adhesives, coated or impregnated. The support structure may be formed by a conventional structural component, for example of metal or the like, of a thermally sensitive component, such as a printed circuit board, a sensor or the like, or in particular a fiber composite structure. The supporting structure which is at least surface-coated or impregnated using the abovementioned adhesion promoters is expediently only locally in the region of its joints with the surface structures to be sprayed thereon and / or pressed into the range or near the melting temperature of the thermoplastic and / or thermoelastic coating or impregnating polymer used or heated to the range of curing or crosslinking temperature of the hot melt adhesives, prepolymers or primers, so that a permanent and reliable, cohesive fusion between the impregnating and the - same or hereby compatible - thermoplastic or thermoelastic polymer of the surface structure or a chemical compound between the cured prepolymers or the cured hot melt adhesives and the thermoplastic or thermoelastic polymer of the surface structure once can. As in the case of the prior art, the thermoplastic and / or thermoelastic polymer of the surface structure may of course be in turn mixed with reinforcing fibers. Due to the fact that due to the local heating but only those areas of the support structure are heated to which a respective surface structure molded and / or pressed, on the one hand in the case of support structures in the form of impregnated fiber composite deconsolidations of the impregnated and especially already consolidated and optionally In particular, it prevents the crushing flow and the associated "overflowing" because the impregnating polymer is plasticized only locally and the injected and / or pressed-on polymer laterally solidifies due to the otherwise "cold" fiber composite structure. The same applies to Support structures in the form of at least surface-coated with their mainly primarily liquid or viscous adhesion promoters structural components. In the case of thermally and / or against mechanical impact sensitive support structures, such as in the form of printed circuit boards, electrical conductor structures, sensors, etc., the support structure also experiences only local and therefore very gentle stress. The production of the polymer moldings is therefore reproducible and the finished polymer moldings have a lack of defects consistently high strength and toughness. Insofar as a supporting structure in the form of an impregnated fiber composite structure has already been reshaped, its fibers can not be restored to their original orientation because the impregnating polymer remains in a solid state over a large area and is only plasticized where it has a fusion bond with the molded and / or pressed surface structures must be received.

Das Formwerkzeug selbst kann dabei in konstruktiver Hinsicht relativ einfach und kostengünstig aufgebaut sein, wobei es lediglich die einem jeweiligen Formraumabschnitt, welcher eine jeweilige, an die Tragstruktur anzuspritzende und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur begrenzt, zugeordneten Heizeinrichtungen aufweisen muss, um die Tragstruktur lokal auf die Schmelztemperatur ihres Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. auf die Aushärtungs- oder Vernetzungstemperatur ihres Propolymers, ihres Schmelzklebstoffes oder ihres solche enthaltenden Primers bringen zu können. Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Formwerkzeug dabei selbstverständlich zum Anspritzen und/oder Anpressen von Oberflächenstrukturen an imprägnierte Faserverbundstrukturen oder auch an andersartige Tragstrukturen, welche - wenngleich nicht notwendigerweise - mit verschiedenartigen Haftvermittlern beschichtet oder imprägniert sein können, genutzt werden, wobei ihm auch dann insbesondere seine hohe Energieeffizienz und die kurzen Taktzeiten zugute kommen und ein Quetschfluss des Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. des Haftvermittlers sowie eine Oxidation an den heißen Grenzflächen mit dem hieran angespritzten und/oder angepressten thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer zuverlässig verhindert werden kann.The mold itself can be constructed in a relatively simple and cost-effective manner, wherein it only has to have the heaters associated with a respective mold space section which delimits a respective surface structure to be sprayed onto and / or pressed onto the support structure, locally to the support structure to the melting temperature their coating or impregnating polymer or to bring the curing or crosslinking temperature of their propolymer, its hot melt adhesive or its containing primer. As already mentioned, the molding tool according to the invention can of course be used for molding and / or pressing surface structures on impregnated fiber composite structures or on other types of support structures which - although not necessarily - can be coated or impregnated with various adhesion promoters, in which case in particular its high energy efficiency and the short cycle times benefit and a squish flow of the coating or impregnating polymer or of the adhesion promoter and oxidation at the hot boundary surfaces with the thereto molded and / or pressed thermoplastic and / or thermoelastic polymer can be reliably prevented.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass diejenigen Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere im Infrarotspektrum, erwärmt werden. Die Erwärmung der Tragstruktur mit elektromagnetischer Strahlung bietet den Vorteil, dass sie innerhalb des Formwerkzeugs direkt lokal erwärmt werden kann und eine etwaige Wärmeleitung in benachbarte Bereiche nur durch Wärmeleitung im Innern der Tragstruktur, wie beispielsweise im Innern einer in aller Regel schlecht wärmeleitenden imprägnierten Faserverbundstruktur, erfolgen kann, wohingegen das Formwerkzeug selbst kalt bleibt. Während dabei grundsätzlich elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenbereiche eingesetzt werden kann, bietet Strahlung im oder nahe dem Infrarotspektrum den weiteren Vorteil, dass Infrarotstrahlung von den in der Regel aus Metall gefertigten Werkzeugwänden nur sehr schlecht absorbiert werden kann, so dass lediglich die Tragstruktur lokal z.B. auf die Schmelztemperatur ihres Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. auf die Aushärtungs- oder Vernetzungstemperatur ihrer reaktiven Haftvermittler in Form von Propolymeren, Schmelzklebstoffen oder Primern gebracht werden kann. Zudem kann die elektromagnetische Strahlung nicht aus dem geschlossenen Formwerkzeug austreten und wirkt folglich nur dort, wo die Oberflächenstrukturen an die Tragstruktur angespritzt und/oder angepresst werden sollen.According to a preferred embodiment it can be provided that those regions of the support structure to which the local surface structures are injected and / or pressed are heated by means of electromagnetic radiation, in particular in the infrared spectrum. The heating of the support structure with electromagnetic radiation has the advantage that it can be locally heated directly within the mold and any heat conduction into adjacent areas only by heat conduction inside the support structure, such as inside a generally poorly heat-conductive impregnated fiber composite structure done can, whereas the mold itself remains cold. While in principle electromagnetic radiation of different wave ranges can be used, radiation in or near the infrared spectrum offers the further advantage that infrared radiation from the tool walls, which are usually made of metal, can only be absorbed very poorly, so that only the support structure is locally, e.g. can be brought to the melting temperature of their coating or impregnating polymer or to the curing or crosslinking temperature of their reactive adhesion promoter in the form of propolymers, hot melt adhesives or primers. In addition, the electromagnetic radiation can not escape from the closed mold and thus acts only where the surface structures are to be molded onto the support structure and / or pressed.

Ein Formwerkzeug einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich in diesem Fall vorzugsweise dadurch aus, dass die Heizeinrichtung wenigstens eine elektromagnetische Strahlungsquelle, insbesondere im Infrarotspektrum, wie eine Leuchtdiode, einen Laser oder dergleichen, umfasst.In this case, a molding tool of a device according to the invention is preferably characterized in that the heating device comprises at least one electromagnetic radiation source, in particular in the infrared spectrum, such as a light-emitting diode, a laser or the like.

Im Zusammenhang mit einer direkten lokalen Erwärmung der Tragstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass diejenigen Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur zugewandten Seite, insbesondere mittels wenigstens einer, an der Innenwandung eines die lokale Oberflächenstruktur begrenzenden Formraumabschnittes des Formwerkzeugs angeordneten elektromagnetischen Strahlungsquelle (die elektromagnetische Strahlungsquelle(n) ist bzw. sind folglich im Innern des Formwerkzeugs unmittelbar an dessen jeweiligen Formraumabschnitten angeordnet, welche zum Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen dienen), oder mittels wenigstens eines, in den die lokale Oberflächenstruktur begrenzenden Formraumabschnitt des Formwerkzeugs einmündenden, mit einer externen elektromagnetischen Strahlungsquelle in Verbindung stehenden Leiters für elektromagnetische Strahlung (die elektromagnetische(n) Strahlungsquelle(n) oder eine, allen Leitern gemeinsame Strahlungsquelle ist bzw. sind folglich außerhalb des Formwerkzeugs angeordnet und stehen mittels eines jeweiligen Leiters für die von ihnen emittierte Strahlung unmittelbar mit dem jeweiligen Formraumabschnitten in Wirkverbindung, welche zum Anspritzen und/oder Anpressen der Oberflächenstrukturen dienen) erwärmt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass diejenigen Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur abgewandten Seite, insbesondere wiederum mittels wenigstens einer, an der entgegengesetzten Seite des die lokale Oberflächenstruktur begrenzenden Formraumabschnittes des Formwerkzeugs angeordneten elektromagnetischen Strahlungsquelle oder mittels wenigstens eines, an der entgegengesetzten Seite des die lokale Oberflächenstruktur begrenzenden Formraumabschnitt des Formwerkzeugs mündenden, mit einer externen elektromagnetischen Strahlungsquelle in Verbindung stehenden Leiters für elektromagnetische Strahlung, erwärmt werden.In connection with a direct local heating of the support structure by means of electromagnetic radiation can be advantageously provided that those areas of the support structure to which the local surface structures are molded and / or pressed on its side to be sprayed and / or pressed surface structure side, in particular by means at least one arranged on the inner wall of a local surface structure limiting the mold cavity portion of the mold electromagnetic radiation source (s) is or are therefore arranged inside the mold directly to the respective mold space sections, which serve for molding and / or pressing the surface structures ), or by means of at least one, in the forming of the local surface structure delimiting mold cavity portion of the mold, with an external electromagnetic radiation source in Verbindungu ng stationary conductor for electromagnetic radiation (the electromagnetic (s) radiation source (s) or a, all conductors common radiation source is or are therefore arranged outside of the mold and stand by means of a respective conductor for the radiation emitted by them directly with the respective shape space sections Active compound, which serve for molding and / or pressing the surface structures) are heated. alternative It can also be provided that those regions of the support structure to which the local surface structures are injected and / or pressed on their side facing away from the surface structure to be sprayed and / or pressed, in particular by means of at least one, on the opposite side of limiting the local surface structure Mold cavity portion of the mold arranged electromagnetic radiation source or by means of at least one, on the opposite side of the local surface structure delimiting the mold cavity portion of the mold opening, with an external electromagnetic radiation source in communication standing conductor for electromagnetic radiation heated.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht kann bei einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug folglich im erstgenannten Fall, wenn die Tragstruktur an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur zugewandten Seite erwärmt werden soll, vorgesehen sein, dass

- die elektromagnetische Strahlungsquelle an einer den Formraumabschnitt begrenzenden Wandung des Formwerkzeugs, insbesondere an der der in den Formraum eingebrachten Tragstruktur gegenüberliegenden Seite des Formraumabschnittes, angeordnet ist, oder
- die externe elektromagnetische Strahlungsquelle mit wenigstens einem Leiter für elektromagnetische Strahlung in Verbindung steht, welcher an einer den Formraumabschnitt begrenzenden Wandung des Formwerkzeugs, insbesondere an der der in den Formraum eingebrachten Tragstruktur gegenüberliegenden Seite des Formraumabschnittes, mündet,

wobei die den Formraumabschnitt begrenzende Wandung insbesondere ein für die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung transparentes Fenster, z.B. aus Glas, hochtemperatur- und druckfestem Kunststoff oder dergleichen, aufweist. Eine im Bereich des dem Formraum des Formwerkzeugs, welcher die Tragstruktur aufnimmt, gegenüberliegenden Endes des Formraumabschnittes angeordnete elektromagnetische Strahlungsquelle bzw. ein dort in den Formraumabschnitt einmündender Leiter für die elektromagnetische Strahlung vermag die Strahlung dabei vorzugsweise direkt auf den Fügebereich der Tragstruktur mit der hieran anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur zu fokussieren und somit für eine besonders wirksame lokale Aufheizung der Tragstruktur zu sorgen, bevor die die Oberflächenstruktur bildende Polymerschmelze in den jeweiligen Formraumabschnitt eingespritzt wird.In terms of device technology, in the case of a mold according to the invention, in the former case, when the support structure is to be heated on its side facing the surface structure to be sprayed and / or pressed, it may be provided that

the electromagnetic radiation source is arranged on a wall of the molding tool delimiting the mold space section, in particular on the side of the mold space section opposite the support structure introduced into the mold space, or
the external electromagnetic radiation source is connected to at least one conductor for electromagnetic radiation, which opens at a wall of the molding tool delimiting the mold space section, in particular at the side of the mold space section opposite the mold support structure,

wherein the wall defining the shaping space section has, in particular, a window transparent to the electromagnetic radiation emitted by the radiation source, for example of glass, high-temperature and pressure-resistant plastic or the like. A in the region of the mold cavity of the mold, which accommodates the support structure, opposite end of the mold cavity portion disposed electromagnetic radiation source or there in the mold cavity opening conductor for the electromagnetic radiation, the radiation can thereby preferably directly to the joining region of the support structure with the thereto anszuspritzenden and / or to be pressed surface structure to focus and thus provide for a particularly effective local heating of the support structure before the polymer melt forming the surface structure is injected into the respective mold cavity section.

Im zweitgenannten Fall, wenn die Tragstruktur an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur abgewandten Seite erwärmt werden soll, kann in vorrichtungstechnischer Hinsicht bei einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug folglich vorgesehen sein, dass

- die elektromagnetische Strahlungsquelle an einer dem Formraumabschnitt diametral entgegengesetzten Wandung des Formraums angeordnet ist, oder
- die externe elektromagnetische Strahlungsquelle mit wenigstens einem Leiter für elektromagnetische Strahlung in Verbindung steht, welcher an einer dem Formraumabschnitt diametral entgegengesetzten Wandung des Formraums mündet,

wobei die den Formraum begrenzende Wandung wiederum insbesondere ein für die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung transparentes Fenster aufweist.In the second-mentioned case, if the support structure is to be heated on its side facing away from the surface structure to be sprayed and / or pressed, it can consequently be provided in device-technical terms with a molding tool according to the invention that

- The electromagnetic radiation source is disposed on a diametrically opposite the mold cavity portion wall of the mold space, or
the external electromagnetic radiation source is connected to at least one conductor for electromagnetic radiation, which opens at a wall of the molding space diametrically opposite the cavity section,

wherein the wall bounding the mold space, in turn, in particular has a window transparent to the electromagnetic radiation emitted by the radiation source.

Anstelle der bevorzugten direkten lokalen Erwärmung der Tragstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im Infrarotbereich, kann selbstverständlich grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass diejenigen Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, konvektiv erwärmt werden. Dies kann aus konstruktiven Gründen zweckmäßigerweise an der der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur abgewandten Seite der Tragstruktur geschehen, insbesondere mittels wenigstens eines, an der entgegengesetzten Seite des die lokale Oberflächenstruktur begrenzenden Formraumabschnittes des Formwerkzeugs angeordneten elektrischen oder induktiven Heizelementes.Instead of the preferred direct local heating of the support structure by means of electromagnetic radiation, for example in the infrared range, it can of course also be provided in principle that those areas of the support structure to which the local surface structures are injected and / or pressed are heated convectively. For constructional reasons, this may expediently take place on the side of the support structure facing away from the surface structure to be sprayed and / or pressed, in particular by means of at least one electrical or inductive heating element arranged on the opposite side of the mold space section of the mold delimiting the local surface structure.

Bei einem dementsprechend ausgestalteten Formwerkzeug einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung des Formwerkzeugs wenigstens ein elektrisches oder induktives Heizelement, wie eine Heizwendel, ein Induktionsheizelement, einen PTC-Widerstand (d.h. ein elektrisches Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten) oder dergleichen, umfasst, wobei das elektrische oder induktive Heizelement insbesondere an einer dem Formraumabschnitt diametral entgegengesetzten Wandung des Formraums angeordnet ist, so dass die Tragstruktur z.B. durch Wärmeleitung unmittelbar an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur entgegengesetzten Seite auf die Schmelztemperatur ihres Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. auf die Aushärtungs- oder Vernetzungstemperatur ihrer hierauf aufgebrachten Propolymere, Schmelzklebstoffe oder Primer gebracht werden kann. Im Falle einer solchen indirekten lokalen Erwärmung der Tragstruktur im Formwerkzeug kann es sich ferner empfehlen, das elektrische bzw. induktive Heizelement nach außen gegen die es umgebenden Wandungen des Formwerkzeugs thermisch zu isolieren, um einen Wärmefluss auch in benachbarte Bereiche des Formwerkzeugs zu verhindern. In a correspondingly designed mold of a device according to the invention, it can be provided, for example, that the heating device of the mold comprises at least one electric or inductive heating element, such as a heating coil, an induction heating element, a PTC resistor (ie a positive temperature coefficient electric heating element) or the like, wherein the electrical or inductive heating element is arranged in particular on a wall of the mold space diametrically opposite the mold cavity, so that the support structure, for example, by heat conduction directly on its side to be sprayed and / or pressed surface structure side opposite to the melting temperature of its coating or impregnating polymer or on the Curing or crosslinking temperature of their applied thereto on propolymers, hot melt adhesives or primers can be brought. In the case of such indirect Local heating of the support structure in the mold, it may also be advisable to thermally isolate the electrical or inductive heating element outwardly against the surrounding walls of the mold to prevent heat flow in adjacent areas of the mold.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren kann überdies vorgesehen sein, dass die Temperatur derjenigen erwärmten Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, insbesondere berührungsfrei, gemessen wird. In diesem Fall ist es insbesondere auch möglich, dass diejenigen Bereiche der Tragstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, auf eine vorgegebene Soll-Temperatur erwärmt werden, um lokale Überhitzungen und/oder Wärmefluss in benachbarte Bereiche der Tragstruktur zumindest weitgehend zu vermeiden, aber andererseits z.B. auch sicherzustellen, dass die Tragstruktur lokal im Bereich ihrer Fügestellen mit den hieran anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstrukturen tatsächlich bis in den Bereich der Schmelztemperatur ihres Beschichtungs- oder Imprägnierpolymers bzw. bis in den Bereich der Aushärtungs- oder Vernetzungstemperatur des Prepolymers, des Schmelzklebstoffes oder des Primers, mit welchem sie zumindest oberflächig beschichtet oder imprägniert ist, erhitzt wird.According to an advantageous development of the method according to the invention, it may moreover be provided that the temperature of those heated areas of the supporting structure to which the local surface structures are injected and / or pressed, in particular without contact, is measured. In this case, it is also possible, in particular, for those areas of the supporting structure to which the local surface structures are injected and / or pressed to be heated to a predefined desired temperature in order to at least largely overcome local overheating and / or heat flow into adjacent regions of the supporting structure to avoid, but on the other hand, for example also ensure that the support structure locally in the region of their joints with the surface structures to be sprayed thereon and / or pressed actually up to the melting temperature of their coating or impregnating polymer or into the curing or crosslinking temperature of the prepolymer, the hot melt adhesive or Primer, with which it is at least surface coated or impregnated, is heated.

Ein Formwerkzeug einer hierfür geeigneten Vorrichtung kann vorzugsweise wenigstens einen, einem jeweiligen Formraumabschnitt zugeordneten Temperatursensor, wie ein Pyrometer oder dergleichen, aufweisen, wobei der Temperatursensor insbesondere mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Verbindung stehen kann, welche die Heizeinrichtung gemäß einer auswählbaren Soll-Temperatur steuert und/oder regelt und welche beispielsweise mit einer Eingabeeinrichtung in Verbindung steht, in welche die gewünschte Soll-Temperatur, wie z.B. die Schmelztemperatur des jeweiligen Imprägnierpolymers einer in Form einer Faserverbundstruktur ausgestalteten Tragstruktur, eingegeben werden kann.A molding tool of a device suitable for this purpose may preferably have at least one temperature sensor assigned to a respective mold space section, such as a pyrometer or the like, the temperature sensor in particular being able to communicate with a control and / or regulating device which connects the heating device according to a selectable setpoint. Temperature controls and / or regulates and which, for example, in connection with an input device in which the desired target temperature, such as the melting temperature of the respective impregnating polymer of a support structure designed in the form of a fiber composite structure can be entered.

Wie eingangs angedeutet, kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere nach Art eines zweistufigen Prozesses durchgeführt werden, indem die - beispielsweise in Form einer Faserverbundstruktur ausgestaltete - poröse Tragstruktur zunächst mit wenigstens einem Haftvermittler, wie z.B. mit einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren, einem Prepolymer, einem Schmelzklebstoff oder einem Primer, vorimprägniert, konsolidiert und umgeformt wird, wonach die imprägnierte und konsolidierte, umgeformte Tragstruktur in das kalte Formwerkzeug überführt wird, in dem Formwerkzeug nur diejenigen Bereiche der imprägnierten Tragstruktur lokal erwärmt werden, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, und die Oberflächenstrukturen sodann an die imprägnierte Tragstruktur angespritzt und/oder angepresst werden. Mit „kalt“ ist in diesem Zusammenhang ein - abgesehen von den lokalen Heizeinrichtungen, welche einem jeweiligen Formraumabschnitt des Formwerkzeugs zugeordnet sind - ansonsten unbeheiztes Formwerkzeug angesprochen, welches im Wesentlichen Umgebungstemperatur besitzt. Indes kann selbstverständlich auch der einstufige Prozess in der erfindungsgemäßen Weise verbessert werden, wobei die Bereiche der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstrukturen der imprägnierten Tragstruktur, vorzugsweise unter sensorischer Überwachung, nur lokal erwärmt werden.As indicated at the outset, the method according to the invention can be carried out in particular in the manner of a two-stage process, in that the porous supporting structure, configured, for example, in the form of a fiber composite structure, is first coated with at least one adhesion promoter, e.g. with a thermoplastic and / or thermoelastic polymer, a prepolymer, a hot melt adhesive or a primer, preimpregnated, consolidated and reshaped, after which the impregnated and consolidated transformed support structure is transferred to the cold mold, in the mold only those regions of the impregnated support structure are localized are heated, to which the local surface structures are molded and / or pressed, and the surface structures are then molded onto the impregnated support structure and / or pressed. In this context, "cold" refers to an otherwise unheated mold, which has substantially ambient temperature, apart from the local heating devices which are assigned to a respective mold cavity section of the mold. However, it goes without saying that the single-stage process in the manner according to the invention can also be improved, wherein the areas of the surface structures of the impregnated support structure to be sprayed and / or pressed are heated only locally, preferably under sensory monitoring.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine schematische Detailansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs im Bereich eines Formraumabschnittes in geschnittener Darstellung; und
2 eine der 1 entsprechende schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs im Bereich eines Formraumabschnittes in geschnittener Darstellung.

Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Showing:

1 a schematic detail view of an embodiment of a mold according to the invention in the region of a mold cavity section in a sectional view; and
2 one of the 1 corresponding schematic detail view of another embodiment of a mold according to the invention in the region of a mold cavity section in a sectional view.

In den 1 und 2 ist ein Detailschnitt eines Ausführungsbeispiel eines Formwerkzeugs 1 einer im Übrigen nicht näher gezeigten Vorrichtung zur Herstellung von Polymer-Formteilen mit einer Tragstruktur und hieran lokal angeordneten Oberflächenstrukturen, wie Vorsprüngen, Stegen, Rippen, Randeinfassungen oder dergleichen, in stark schematisierter Weise wiedergegeben. Bei der Tragstruktur handelt es sich im vorliegenden Fall z.B. um eine auch als „Organoblech“ bezeichnete, mit wenigstens einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer imprägnierten Faserverbundstruktur, um ein faserverstärktes Polymer-Formteil zu erzeugen. Die Vorrichtung kann dabei weitere Formwerkzeuge sowie Tapelegeeinrichtung zur Orientierung von Lang- oder Endlosfasern der Faserverbundstruktur, Pressen zu deren Imprägnierung, Umformeinrichtungen und dergleichen gemäß dem Stand der Technik umfassen (jeweils nicht dargestellt).In the 1 and 2 is a detail section of an embodiment of a mold 1 a device not shown in more detail for the production of polymer moldings having a support structure and thereto locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edging or the like, reproduced in a highly schematic manner. In the present case, the support structure is, for example, a fiber composite structure which is also referred to as "organic sheet" and impregnated with at least one thermoplastic and / or thermoelastic polymer in order to produce a fiber-reinforced polymer molded part. The device may comprise further molding tools and tape-laying device for orientation of long or continuous fibers of the fiber composite structure, presses for their impregnation, forming devices and the like according to the prior art (not shown).

Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, umfasst das Formwerkzeug eine erste Formhälfte 1a und eine zweite Formhälfte 1b, welche zwischen sich einen Formraum 2 bilden, welcher zur Aufnahme der vorimprägnierten und konsolidierten sowie gegebenenfalls bereits umgeformten Faserverbundstruktur dient. Um an eine in dem Formraum 2 aufgenommene, imprägnierte Faserverbundstruktur (nicht gezeigt) lokal eine oder mehrere Oberflächenstruktur(en) anspritzen und/oder anpressen zu können, wie im vorliegenden Fall beispielsweise in Form einer Verstärkungsrippe, weist der Formraum 2 einen oder mehrere Formraumabschnitt(e) 3 auf. Die geometrische Form eines (jeweiligen) Formraumabschnittes 3 ist dabei zu einer jeweiligen, an die imprägnierte Faserverbundstruktur lokal anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur komplementär und steht mit einem Einspritzkanal 4 zum Einspritzen eines die Oberflächenstruktur bildenden, thermoplastischen bzw. thermoelastischen Polymerplastifikates in Verbindung.Like that 1 and 2 can be seen, the mold comprises a first mold half 1a and a second mold half 1b , which between them a form space 2 form, which for receiving the pre-impregnated and consolidated and possibly already reshaped fiber composite structure serves. To one in the mold space 2 recorded, impregnated fiber composite structure (not shown) locally to spray one or more surface structure (s) and / or to be able to press, as in the present case, for example in the form of a reinforcing rib, the mold cavity 2 one or more form space section (s) 3 on. The geometric shape of a (respective) shape space section 3 In this case, it is complementary to a respective surface structure which is locally to be injected and / or pressed onto the impregnated fiber composite structure and is connected to an injection channel 4 for injecting a surface-structure-forming, thermoplastic or thermoelastic polymer plastic in conjunction.

Dem (jeweiligen) Formraumabschnitt 3 ist (jeweils) eine Heizeinrichtung 5 zugeordnet, welche zur nur lokalen Erwärmung desjenigen Bereiches der in den Formraum 2 eingebrachten imprägnierten Faserverbundstruktur ausgebildet ist, an welchen sich dieser Formraumabschnitt 3 anschließt, d.h. des Übergangsbereiches, an welchem der Formraumabschnitt 3 in den Formraum 2 einmündet. Die Heizeinrichtung 5 weist dabei im vorliegenden Fall eine elektromagnetische Strahlung im Infrarotspektrum emittierende Strahlungsquelle 6 auf, wie beispielsweise eine Leuchtdiode bzw. ein Diodenarray oder auch einen andersartigen Infrarotstrahler, welche folglich zur direkten lokalen Aufheizung einer in dem Formraum 2 befindlichen imprägnierten Faserverbundstruktur dient, ohne die benachbarten Werkzeugabschnitte selbst, welche ein für Infrarotstrahlung nur schlechtes Absorptionsvermögen besitzen, in nennenswerter Weise mit zu erwärmen. Die im Innern des Formwerkzeugs 1 nahe des Formraumabschnittes 3 angeordnete elektromagnetische Strahlungsquelle 6 ist dabei von im Innern des Formwerkzeugs 1 verlaufenden Leitungen 7 elektrisch kontaktiert und mittels eines für die emittierte Strahlung transparenten Fensters 8 von dem Formraumabschnitt 3 (1) bzw. von dem Formraum 2 ( 2) getrennt.The (respective) shape space section 3 is (each) a heater 5 associated with which only local heating of that area of the mold cavity 2 formed impregnated fiber composite structure is formed, to which this mold cavity section 3 connects, ie the transition region at which the mold cavity section 3 in the form space 2 opens. The heater 5 has in the present case, an electromagnetic radiation in the infrared spectrum emitting radiation source 6 on, such as a light emitting diode or a diode array or a different type of infrared radiator, which consequently for direct local heating of a in the mold cavity 2 located impregnated fiber composite structure, without the adjacent tool sections themselves, which have a poor infrared radiation for infrared radiation, to serve in a significant way with. The inside of the mold 1 near the shape space section 3 arranged electromagnetic radiation source 6 is from inside the mold 1 extending lines 7 electrically contacted and by means of a transparent window for the emitted radiation 8th from the mold cavity section 3 ( 1 ) or from the mold space 2 ( 2 ) separated.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass anstelle einer solchen, im Innern des Formwerkzeugs 1 angeordneten elektromagnetischen Strahlungsquelle 6 beispielsweise auch eine außerhalb des Formwerkzeugs 1 angeordnete, externe Strahlungsquelle (nicht gezeigt), z.B. in Form eines Lasers, vorgesehen sein kann, deren Strahlung, wiederum beispielsweise mittels eines Fensters 8, über in dem Formwerkzeug 1 verlaufende Leiter (ebenfalls nicht gezeigt) in entsprechender Weise in den Formraumabschnitt 3 (1) bzw. in den Formraum 2 (2) eingekoppelt werden kann.It should be noted at this point that instead of such, inside the mold 1 arranged electromagnetic radiation source 6 for example, one outside the mold 1 arranged, external radiation source (not shown), for example in the form of a laser, can be provided, the radiation, in turn, for example by means of a window 8th , over in the mold 1 extending conductors (also not shown) in a corresponding manner in the mold cavity section 3 ( 1 ) or in the mold space 2 ( 2 ) can be coupled.

Im Falle der in der 1 wiedergegebenen Ausführungsform können mittels der von der Strahlungsquelle 6 emittierten Infrarotstrahlung diejenigen Bereiche einer in dem Formraum 2 aufgenommenen imprägnierten Faserverbundstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur zugewandten Seite lokal erwärmt werden, was insbesondere im Falle von relativ dicken Faserverbundstrukturen den Vorteil besitzt, dass letztere nur in ihrem Oberflächenbereich auf die Schmelztemperatur ihres Imprägnierpolymers gebracht werden muss, bevor über den Einspritzkanal 4 das die Oberflächenstruktur bildende, plastifizierten Polymer in den Formraumabschnitt 3 eingespritzt wird. Die Strahlungsquelle 6 ist zu diesem Zweck an einer den Formraumabschnitt 3 begrenzenden Wandung der Formhälfte 1b des Formwerkzeugs 1, und zwar vorzugsweise an der dem Formraum 2 gegenüberliegenden Seite des Formraumabschnittes 3, angeordnet, so dass die von ihr emittierte Infrarotstrahlung direkt auf den Übergang des Formraumes 2 in den Formraumabschnitt 3, wo die in den Formraum 2 eingebrachte imprägnierte Faserverbundstruktur lokal erwärmt werden muss, fokussiert wird.In the case of in the 1 reproduced embodiment can by means of the radiation source 6 emitted infrared radiation those areas of an accommodated in the mold space 2 impregnated fiber composite structure to which the local surface structures are molded and / or pressed, are locally heated on its surface to be sprayed and / or pressed surface structure side, which in particular in the case of relatively thick fiber composite structures the advantage possesses that the latter only has to be brought to the melting point of its impregnating polymer in its surface area, before it passes through the injection channel 4 the plasticized polymer forming the surface structure into the mold cavity section 3 is injected. The radiation source 6 is for this purpose at one of the form space section 3 bounding wall of the mold half 1b of the mold 1 , preferably at the mold cavity 2 opposite side of the mold cavity section 3, arranged so that the infrared radiation emitted by it directly to the transition of the mold cavity 2 into the mold cavity section 3 where the impregnated fiber composite structure introduced into the forming space 2 has to be locally heated is focused.

Auf diese Weise lässt sich anlässlich des anschließenden Einspritzens des die Oberflächenstruktur bildenden, gegebenenfalls seinerseits faserverstärkten Polymerplastifikates in den Formraumabschnitt 3 eine einwandfreie Schmelzverbindung zwischen dem Imprägnierpolymer der in dem Formraum 2 aufgenommenen Faserverbundstruktur und dem hieran angespritzten und/oder angepressten Polymer ausbilden, ohne die imprägnierte Faserverbundstruktur im Übrigen aufheizen und abkühlen zu müssen, so dass die Faserverbundstruktur eine schonende, nur bereichsweise einwirkende thermische Beanspruchung und somit keine nennenswerten temperaturbedingten Ausdehnungen/Kontraktionen erfährt und es weder zu einem etwaigen Quetschfluss noch zu einer Dekonsolidierung der imprägnierten Faserverbundstruktur kommt.In this way, on the occasion of the subsequent injection of the surface structure forming, optionally in turn fiber-reinforced polymer plastic in the mold cavity section 3 a perfect fusion bond between the impregnating polymer in the mold cavity 2 formed fiber composite structure and the molded thereon and / or pressed polymer without the impregnated fiber composite structure incidentally heat and cool, so that the fiber composite structure a gentle, only partially applied thermal stress and thus no significant temperature-induced expansions / contractions undergoes and neither to a possible squish flow still comes to a deconsolidation of the impregnated fiber composite structure.

Im Falle der in der 2 dargestellten Ausführungsform können mittels der von der Strahlungsquelle 6 emittierten Infrarotstrahlung diejenigen Bereiche einer in dem Formraum 2 aufgenommenen imprägnierten Faserverbundstruktur, an welche die lokalen Oberflächenstrukturen angespritzt und/oder angepresst werden, an ihrer der anzuspritzenden und/oder anzupressenden Oberflächenstruktur abgewandten Seite lokal erwärmt werden, was sich im Hinblick auf eine noch einfachere konstruktive Ausgestaltung des Formwerkzeugs insbesondere im Falle von relativ dünnen Faserverbundstrukturen anbieten kann, welche relativ schnell durchgewärmt werden können, um ihr Imprägnierpolymer lokal auf seine Schmelztemperatur zu bringen, bevor über den Einspritzkanal 4 das die Oberflächenstruktur bildende, plastifizierten Polymer in den Formraumabschnitt 3 eingespritzt wird. Die Strahlungsquelle 6 ist in diesem Fall an einer dem Formraumabschnitt 3 diametral entgegengesetzten Wandung des Formraums 2, nämlich in der Formhälfte 1a des Formwerkzeugs 1, angeordnet und erwärmt eine in dem Formraum 2 befindliche imprägnierte Faserverbundstruktur folglich lokal von ihrer „Rückseite“ her, indem die von der Strahlungsquelle 6 emittierte Infrarotstrahlung direkt auf deren dem Übergang des Formraumes 2 in den Formraumabschnitt 3 entgegengesetzte Seite fokussiert wird.In the case of in the 2 illustrated embodiment can by means of the radiation source 6 emitted infrared radiation those areas of an accommodated in the mold space 2 impregnated fiber composite structure to which the local surface structures are molded and / or pressed locally heated on its side to be sprayed and / or pressed surface structure side, which is in view of an even simpler structural design in particular in the case of relatively thin fiber composite structures which can be heated relatively quickly to bring their impregnating polymer locally to its melting temperature before passing over the injection channel 4 the plasticized polymer forming the surface structure into the mold cavity section 3 is injected. The radiation source 6 in this case is at a mold cavity section 3 diametrically opposite wall of the mold space 2, namely in the mold half 1a of the mold 1 , arranged and heated one in the mold space 2 Consequently, the impregnated fiber composite structure is locally from its "backside" by that from the radiation source 6 emitted infrared radiation directly on the transition of the mold space 2 into the mold cavity section 3 opposite side is focused.

Auch auf diese Weise lässt sich anlässlich des anschließenden Einspritzens des die Oberflächenstruktur bildenden, gegebenenfalls seinerseits faserverstärkten Polymerplastifikates in den Formraumabschnitt 3 eine einwandfreie Schmelzverbindung zwischen dem Imprägnierpolymer der in dem Formraum 2 aufgenommenen Faserverbundstruktur und dem hieran angespritzten und/oder angepressten Polymer ausbilden, ohne die imprägnierte Faserverbundstruktur im Übrigen aufheizen und abkühlen zu müssen, so dass es weder zu einem etwaigen Quetschfluss noch zu einer Dekonsolidierung der imprägnierten Faserverbundstruktur kommt.Also in this way can be on the occasion of the subsequent injection of the surface structure forming, optionally in turn fiber-reinforced polymer plastic in the mold cavity section 3 a perfect fusion bond between the impregnating polymer in the mold cavity 2 formed fiber composite structure and the molded thereon and / or pressed polymer without heating and cooling the impregnated fiber composite structure by the way, so that it comes neither to any crushing nor to a deconsolidation of the impregnated fiber composite structure.

Der Vollständigkeit halber sei im Übrigen darauf hingewiesen, dass die in der 2 wiedergegebene Ausführungsform des Formwerkzeugs 1 beispielsweise auch dahingehend abgewandelt werden kann, dass anstelle der elektromagnetischen Strahlungsquelle 5 ein elektrisches oder induktives Heizelement (nicht gezeigt), wie eine Heizwendel, ein PTC-Widerstand oder dergleichen, vorgesehen sein kann, welches eine in den Formraum 2 eingebrachte imprägnierte Faserverbundstruktur konvektiv durch Wärmeleitung lokal aufzuheizen vermag. Das elektrische Heizelement sollte dabei von den benachbarten Werkzeugbereichen thermisch isoliert sein, um eine flächige Erwärmung des Formwerkzeugs 1 über den Einmündungsbereich des Formraumabschnittes 3 in den Formraum 2 hinaus zuverlässig zu unterbinden.For the sake of completeness, it should be noted, moreover, that in the 2 reproduced embodiment of the mold 1 For example, it can also be modified to the effect that instead of the electromagnetic radiation source 5 an electric or inductive heating element (not shown), such as a heating coil, a PTC resistor or the like may be provided, which one in the mold cavity 2 introduced impregnated fiber composite structure convectively can heat locally by heat conduction. The electric heating element should be thermally insulated from the adjacent tool areas to a surface heating of the mold 1 over the mouth of the mold cavity section 3 in the form space 2 Be reliable to prevent.

Schließlich erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Formwerkzeug 1 ferner einen einem jeweiligen Formraumabschnitt 3 zugeordneten Temperatursensor, wie z.B. in Form eines berührungsfrei arbeitenden Pyrometers oder dergleichen (nicht zeichnerisch wiedergegeben), aufweist, wobei der Temperatursensor insbesondere mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt) in Verbindung stehen kann, welche die Heizeinrichtung 5 gemäß einer auswählbaren, beispielsweise in eine Eingabeeinrichtung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingebbaren Soll-Temperatur steuert und/oder regelt.Finally, it proves to be useful when the mold 1 Furthermore, a temperature sensor associated with a respective mold space section 3, such as in the form of a non-contact pyrometer or the like (not shown in the drawing), wherein the temperature sensor in particular with a control and / or regulating device (also not shown in the drawing) may be in communication, which the heater 5 according to a selectable, for example, in an input device of the control and / or regulating device enterable target temperature controls and / or regulates.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1808468 A2 [0006]
EP 2435246 A1 [0006]
WO 2014/118213 A1 [0006]

Claims

A method for producing molded polymer parts having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edge borders or the like by the support structure in the mold space (2) of a mold (1) is arranged, in which the local surface structures molded onto the support structure and / or be pressed, characterized in that in the mold used for molding and / or pressing the surface structures on the support structure (1) only those areas of the support structure are locally heated, to which the local surface structures molded and / or be pressed.

Method according to Claim 1 , characterized in that an at least surface coated or impregnated support structure is used.

Method according to Claim 3 , characterized in that the support structure with at least one adhesion promoter, in particular from the group of thermoplastic and / or thermoplastic polymers, the prepolymers including those containing primers and the hot melt adhesives coated or impregnated.

Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that a fiber composite structure, a structural component or a printed circuit board is used as the support structure.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that those areas of the support structure to which the local surface structures are molded and / or pressed, are heated by means of electromagnetic radiation, in particular in the infrared spectrum.

Method according to Claim 5 , characterized in that those regions of the support structure to which the local surface structures are injection-molded and / or pressed, on their side to be sprayed and / or pressed surface structure side, in particular by means of at least one, on the inner wall of a local surface structure defining form space section ( 3) of the mold (1) arranged electromagnetic radiation source (6) or by means of at least one, in the local surface structure delimiting the mold cavity portion (3) of the mold (2) opening, with an external electromagnetic radiation source in communication conductor for electromagnetic radiation, or on its side facing away from the surface structure to be sprayed on and / or to be pressed, in particular by means of at least one, on the opposite side of the shape limiting the local surface structure forming space portion (3) of the mold (1) Electromagnetic radiation source (6) or by means of at least one, on the opposite side of the local surface structure delimiting the form surface portion (3) of the mold (1) opening, with an external electromagnetic radiation source in communication standing conductor for electromagnetic radiation, are heated.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that those regions of the support structure to which the local surface structures are injection-molded and / or pressed are heated convectively.

Method according to Claim 7 , characterized in that those regions of the support structure to which the local surface structures are molded and / or pressed on their side facing away from the surface to be sprayed and / or pressed, in particular by means of at least one, on the opposite side of the local surface structure delimiting the shape space portion ( 3) of the mold (1) arranged electrical or inductive heating element to be heated.

Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the temperature of those heated areas of the support structure to which the local surface structures are molded and / or pressed, in particular non-contact, is measured.

Method according to Claim 8 , characterized in that those areas of the support structure to which the local surface structures are molded and / or pressed, are heated to a predetermined desired temperature to at least largely avoid local overheating and / or heat flow into adjacent areas of the support structure.

Method according to one of Claims 1 to 10 characterized in that the porous support structure is first preimpregnated, consolidated and reshaped with at least one primer, after which the impregnated and consolidated deformed support structure is transferred into the forming space (2) of the cold mold (1) in the mold (1) only those areas of the impregnated support structure are locally heated, to which the local surface structures are molded and / or pressed, and the surface structures are then molded onto the impregnated support structure and / or pressed.

Apparatus for producing molded polymer parts having at least one support structure and locally arranged surface structures, such as projections, webs, ribs, edge borders or the like, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising at least one molding tool (1) having a molding space ( 2), which is designed to accommodate the support structure, wherein the mold space (2) at least one, with at least one injection channel (4) in communication molding space portion (3), which to a respective, to be sprayed onto the support structure and / or be pressed local Complementary surface structure is complementary, characterized in that at least one heating device (5) is associated with a respective, to the support structure to be sprayed and / or pressed local surface structure complementary mold space portion (3) of the mold (1), which for only local heating of that area the support structure introduced into the mold space (2) is formed, to which this mold space section (3) adjoins.

Device after Claim 12 , characterized in that the heating device (5) comprises at least one electromagnetic radiation source (6), in particular in the infrared spectrum, such as a light-emitting diode, a laser or the like.

Device after Claim 13 , characterized in that - the electromagnetic radiation source (6) is arranged on a wall of the molding tool (1) delimiting the mold space section (3), in particular on the side of the mold space section (3) opposite the support structure introduced into the mold space (2), or - the external electromagnetic radiation source is connected to at least one conductor for electromagnetic radiation which is connected to a wall of the molding tool (1) bounding the mold space section (3), in particular on the side of the mold cavity section (FIG. 2). 3), wherein the wall defining the shaping space section (3) has, in particular, a transparent window (8) for the electromagnetic radiation emitted by the radiation source (6).

Device after Claim 10 , characterized in that - the electromagnetic radiation source (6) is arranged on a wall of the molding space (2) diametrically opposite the mold space section (3), or - the external electromagnetic radiation source is in communication with at least one conductor for electromagnetic radiation which is connected to one the wall of the mold space (3) diametrically opposite wall of the mold space (1) opens, wherein the wall bounding the mold space (2) has in particular a transparent window (8) for the electromagnetic radiation emitted by the radiation source (6).

Device after Claim 12 , characterized in that the heating device (5) comprises at least one electric or inductive heating element, such as a heating coil, an induction heating element, a PTC resistor or the like, wherein the electrical or inductive heating element in particular at a the mold space portion (3) diametrically opposite wall the mold space (2) is arranged.

Device according to one of Claims 12 to 16 , characterized in that the molding tool (1) at least one, a respective mold space section (3) associated temperature sensor, such as a pyrometer or the like, wherein the temperature sensor is in particular connected to a control and / or regulating device, which the heating device according to controls and / or regulates a selectable setpoint temperature.