DE102016210180A1 - Method and device for producing a foam core in a plastic component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil insbesondere in einem faserverstärkten Kunststoffbauteil (20) mit den Schritten: – Einbringen mindestens einer Abschottung (7) in einen Hohlraum (11) eines hohlen Kunststoffkörpers (1), wobei innerhalb des Hohlraums (11) eine Kavität (12) erzeugt wird, – Einspritzen einer Füllmasse (8) in die Kavität (12), wobei die Fließrichtung der Füllmasse (8) von einer Einspritzstelle zu der Abschottung (7) verläuft. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil sowie ein entsprechendes Kunststoffbauteil (20).The present invention relates to a method for producing a foam core in a plastic component, in particular in a fiber-reinforced plastic component (20) comprising the steps of: - introducing at least one partition (7) into a cavity (11) of a hollow plastic body (1), wherein within the cavity (11) a cavity (12) is produced, - injecting a filling compound (8) into the cavity (12), wherein the flow direction of the filling compound (8) from an injection point to the foreclosure (7). Moreover, the invention also relates to a device for producing a foam core in a plastic component and to a corresponding plastic component (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil und ein entsprechendes Kunststoffbauteil. The present invention relates to a method and an apparatus for producing a foam core in a plastic component and a corresponding plastic component.
In vielen Hochtechnologien, wie z.B. dem Flugzeugbau oder dem Automobilbau, sind Strukturbauteile als Verbundbauteile aus Verbundwerkstoffen ausgebildet, da Verbundbauteile vorteilhafte physikalische Eigenschaften der einzelnen Verbundwerkstoffe miteinander kombinieren. Verbundbauteile weisen beispielsweise einen Schaumkern auf, der zur Verbesserung einer Belastbarkeit, insbesondere einer mechanischen und/oder thermischen und/oder chemischen Belastbarkeit oder dergleichen, mit einer Decklage umgeben ist. Die Decklage kann beispielsweise ein Gelege oder Geflecht aus Fasern, wie z.B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen, aufweisen, das mit einem aushärtbaren Matrixwerkstoff, wie z.B. einem Harz, imprägniert bzw. durchsetzt ist. Auf diese Weise ist beispielsweise ein besonders leichtes Strukturbauteil mit hoher mechanischer Festigkeit herstellbar. Die Funktion des Schaumkerns bei derartigen Strukturbauteilen ist im Wesentlichen die Reduzierung von Bauteilschwingungen, insbesondere durch Dämpfung aufgrund einer etwas nachgiebigen Schaumstruktur, und somit von Fahrgeräuschen zur Steigerung eines Fahrkomforts. In many high technologies, such as In aircraft construction or automotive engineering, structural components are formed as composite components made of composite materials, since composite components combine advantageous physical properties of the individual composite materials. Composite components have, for example, a foam core, which is surrounded by a cover layer to improve a load capacity, in particular a mechanical and / or thermal and / or chemical resistance or the like. For example, the topsheet may be a scrim or braid of fibers such as fibers. Glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or the like, coated with a curable matrix material, e.g. a resin, impregnated or interspersed. In this way, for example, a particularly lightweight structural component with high mechanical strength can be produced. The function of the foam core in such structural components is essentially the reduction of component vibrations, in particular by damping due to a somewhat resilient foam structure, and thus of driving noise to increase driving comfort.
Zur Erzeugung derartiger Verbundbauteile werden beispielsweise Strukturschäume verwendet, da diese eine relativ geringe Dichte sowie eine Formstabilität aufweisen. In vielen Anwendungsfällen sind die Strukturschäume daher als Hartschäume mit nur einer geringen, insbesondere mikroskopischen, Nachgiebigkeit ausgebildet. Der Strukturschaum kann z.B. mit einem Gelege oder Geflecht aus Fasern ummantelt werden, das mit dem Matrixwerkstoff beispielsweise durch ein Resin Transfer Molding Verfahren, das auch als RTM-Verfahren bezeichnet wird, imprägniert bzw. durchsetzt werden. Gemäß alternativen Verfahren zur Reduzierung von Bauteilschwingungen von dünnen Blechen ist es bekannt, Schaumwerkstoffkomponenten in Zwischenräume zwischen Bauteilen, insbesondere Blechen, einzuspritzen. Diese Verfahren werden insbesondere zur Reduzierung von Vibrationen bei dünnen Blechen angewendet. To produce such composite components, structural foams are used, for example, since they have a relatively low density and dimensional stability. In many applications, the structural foams are therefore designed as rigid foams with only a low, in particular microscopic, compliance. The structural foam may e.g. be coated with a scrim or braid of fibers, which are impregnated or interspersed with the matrix material, for example by a Resin Transfer Molding process, which is also referred to as RTM process. According to alternative methods for reducing component vibrations of thin sheets, it is known to inject foam material components into intermediate spaces between components, in particular sheet metal. These methods are used in particular for reducing vibrations in thin sheets.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen mit Schaumkernen haben den Nachteil, dass diese eine sehr aufwendige Prozessführung aufweisen und daher sehr hohe Fertigungskosten verursachen. Ferner sind lediglich schwingungsdämpfende Strukturbauteile mittels dieser Verfahren erzeugbar. Strukturbauteile mit einer besonders verbesserten Energieabsorption bzw. Druckfestigkeit sind mit den bekannten Verfahren nicht herstellbar. Known methods for the production of structural components with foam cores have the disadvantage that they have a very complicated process control and therefore cause very high production costs. Furthermore, only vibration-damping structural components can be produced by means of these methods. Structural components with a particularly improved energy absorption or compressive strength can not be produced by the known methods.
Darüber hinaus ist es nicht ohne weiteres möglich, die mechanischen Eigenschaften von hohlen Profilen in Verstärkungsbereichen durch Einbringen von Schäumen zu verbessern. Beim Einbringen des Schäummaterials in das Innere des Hohlprofils kann eine exakte, gewünschte Verteilung des Materials sowie der Materialdichte nicht gewährleistet werden. Moreover, it is not readily possible to improve the mechanical properties of hollow profiles in reinforcement areas by introducing foams. When introducing the foaming material into the interior of the hollow profile, an exact, desired distribution of the material and the material density can not be guaranteed.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils zu beheben bzw. zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise die Herstellung eines in einem Verstärkungsbereich belastungsoptimierten Bauteils gewährleisten. Somit können die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Energieabsorptionsfähigkeit und/oder Druckfestigkeit bei einem faserverstärkten Bauteil verbessert werden. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Energieabsorptionsfähigkeit und/oder Druckfestigkeit bereitzustellen. It is therefore an object of the present invention to remedy the disadvantages described above in a method and an apparatus for producing a fiber-reinforced plastic component or at least partially correct. In particular, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a foam core in a plastic component, which ensure the production of a load-optimized component in a reinforcing region in a simple and cost-effective manner. Thus, the mechanical properties, in particular the energy absorption capacity and / or compressive strength can be improved in a fiber-reinforced component. Furthermore, it is the object of the present invention to provide a plastic component with improved energy absorption capacity and / or pressure resistance.
Voranstehende Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. The above object is solved by the independent claims. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the inventive method, of course, also in connection with the plastic component according to the invention and the device according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil gelöst. Das Verfahren weißt die folgenden Schritte auf:
- – Einbringen mindestens einer Abschottung in einen Hohlraum eines hohlen Kunststoffkörpers, wobei innerhalb des Hohlraums eine Kavität erzeugt wird,
- – Einspritzen einer Füllmasse in die Kavität, wobei die Fließrichtung der Füllmasse von einer Einspritzstelle zu der Abschottung verläuft. Vorteilhafter Weise wird somit das Kunststoffbauteil bei dessen Herstellung in einem vordefinierten Verstärkungsbereich belastungsoptimiert verstärkt.
- Introducing at least one partition into a cavity of a hollow plastic body, wherein a cavity is produced within the cavity,
- - Injection of a filling material into the cavity, wherein the flow direction of the filling material from an injection point to the foreclosure runs. Advantageously, the plastic component is thus reinforced in a stress-optimized manner during its production in a predefined amplification range.
Der bereitgestellte Kunststoffkörper kann beispielsweise einteilig oder aus mehreren Einzelstrukturen bestehen, die zum Kunststoffkörper zusammengefügt sind. Bevorzugt wird ein Profil mit einem runden oder mehreckigen Querschnitt verwendet. Alternativ kann auch ein Profil verwendet werden, dessen Querschnitt abschnittsweise rund, gerade oder eckig ausgebildet ist. The provided plastic body can for example consist of one or more individual structures, which are joined together to form the plastic body. Preferably, a profile with a round or polygonal cross-section is used. Alternatively, it is also possible to use a profile whose section is sectionally round, straight or angular.
Der Kunststoffkörper weist mindestens eine erste Zugangsöffnung, zum Einspritzen der Füllmasse und eine zweite Zugangsöffnung, vorzugsweise mehrere zweite Zugangsöffnungen, in die eine Abschottung einbringbar ist, auf. Die Zugangsöffnungen verbinden die innere Kavität mit einer Umgebung des Kunststoffkörpers. Das Profil kann dabei einseitig oder beidseitig offen sein. Durch das Einbringen der Abschottung ist es möglich ein offene Seite des Profils zu verschließen, so dass sich in dem Hohlraum des Kunststoffkörpers zwischen dessen Innenwandungen und der Abschottung eine Kavität bildet. Sofern das Profil lediglich einseitig offen ist, reicht es aus eine Abschottung in den Hohlraum einzubringen, um die Kavität auszubilden. Bei Verwendung eines beidseitig offenen Profils müssen zwei Abschottungen verwendet werden. Ganz allgemein kann durch Verwendung mehrerer Abschottungen in dem Hohlraum an einer vorbestimmten, zu verstärkenden Stelle des Profils eine Kavität erzeugt werden. Die Zugangsöffnungen sind vorzugsweise auf einer Seite des Kunststoffkörpers angeordnet, z.B. einer Seite, die vorzugsweise keine Sichtseite ist und vorzugsweise zum Einbringen des Füllmaterials nach oben weisend anordenbar ist, so dass das fließfähige Füllmaterial leicht über die erste Zugangsöffnung in das Innere der Kavität fließen kann. The plastic body has at least one first access opening for injecting the filling compound and a second access opening, preferably a plurality of second access openings into which a partition can be inserted. The access openings connect the inner cavity to an environment of the plastic body. The profile can be open on one or both sides. By introducing the foreclosure, it is possible to close an open side of the profile, so that forms a cavity in the cavity of the plastic body between the inner walls and the foreclosure. If the profile is only open on one side, it is sufficient to introduce a partition into the cavity in order to form the cavity. When using a profile open on both sides, two seals must be used. In general, by using multiple bulkheads in the cavity at a predetermined location of the profile to be reinforced, a cavity can be created. The access openings are preferably arranged on one side of the plastic body, e.g. a side which is preferably not a visible side and is preferably disposable for introduction of the filling material facing upwards, so that the flowable filling material can easily flow into the interior of the cavity via the first access opening.
Beim Bereitstellen wird der Kunststoffkörper vorzugsweise lagefixiert, so dass eine Lage der mindestens einen Zugangsöffnung fixiert ist. Unter einer Lage wird erfindungsgemäß eine Position und eine Ausrichtung verstanden. Die Kavität ist in einem zu verstärkendem Bereich des Kunststoffkörpers ausgebildet. Dieser Verstärkungsbereich weißt eine IST-Form auf, die einer SOLL-Form des aufgeschäumten Schaummaterials entspricht. Es kann erfindungsgemäß auch ein Bewegen des Kunststoffkörpers zum besseren Verteilen des fließfähigen Schaummaterials vorgesehen sein. Der Kunststoffkörper kann beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein. When providing the plastic body is preferably fixed in position, so that a position of the at least one access opening is fixed. A layer according to the invention is understood to mean a position and an orientation. The cavity is formed in a region of the plastic body to be reinforced. This reinforcement region has an actual shape which corresponds to a desired shape of the foamed foam material. It can be provided according to the invention also moving the plastic body for better distribution of the flowable foam material. The plastic body may be formed, for example, fiber-reinforced plastic.
Nach dem Einbringen der Abschottung in den Hohlraum wird diese Abschottung in eine die Kavität abschottende Form überführt. Dadurch wird der Hohlraum in mehrere Bereiche unterteilt, nämlich in einen Bereich, der die Kavität bildet und in mindestens einen weiteren Bereich. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Abschottung formvariabel ausgebildet. Sie kann eine äußere Form annehmen, die besonders vorteilhaft ist beim Durchführen der Abschottung durch die entsprechende Zugangsöffnung. Wenn sich die Abschottung im Inneren des Hohlraums des Kunststoffkörpers befindet, wird die Abschottung in eine zweite äußere Form überführt. In dieser Form bildet die Abschottung eine Wandung bzw. Berandung der Kavität. Dadurch kann auf besonderes einfache Weise eine Kavität geschaffen werden, die als Form die für den nachfolgenden Schäumschritt fungiert. Die Kavität stellt somit eine Negativform dar, in die das Füllmaterial zur lokalen Verstärkung des Kunststoffkörpers eingebracht wird und dessen äußere Form der Schaumkörper annimmt. After the penetration of the partition into the cavity, this partition is transferred into a cavity which seals off the cavity. As a result, the cavity is subdivided into a plurality of regions, namely into an area which forms the cavity and into at least one further area. In other words, the foreclosure is formed variable in shape. It may take an outer shape, which is particularly advantageous in performing the foreclosure through the corresponding access opening. When the partition is inside the cavity of the plastic body, the partition is transferred to a second external shape. In this form, the foreclosure forms a wall or boundary of the cavity. As a result, a cavity can be created in a particularly simple manner, which acts as a mold for the subsequent foaming step. The cavity thus represents a negative mold, in which the filling material for local reinforcement of the plastic body is introduced and the outer shape of the foam body assumes.
Die Abschottung kann durch Beaufschlagung eines Medium in gasförmigen oder flüssigen Zustand gefüllt werden und nach dem Einbringen in den Hohlraum in die abschottende Form zum Beispiel durch aufgepumpen überführt werden. The partition can be filled by the application of a medium in the gaseous or liquid state and, after being introduced into the cavity, transferred to the partitioning mold, for example by being pumped up.
Die Füllmasse kann während und/oder nach dem Einspritzen zu einem Schaumkörper ausschäumen. Das herzustellende Kunststoffbauteil weist damit im Verstärkungsbereich einen Schaumkern aus einem druckstabilen und/oder energieabsorbierenden Schaum auf, der von einer Bauteilwand umgeben ist. Unter einem Verstärkungsbereich wird erfindungsgemäß ein Bereich des Kunststoffbauteil verstanden, der durch den Schaum belastungsoptimiert ausgebildet ist. Es kann daher erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass nur ein Teil des Kunststoffbauteils, nämlich der Verstärkungsbereich, derart ausgebildet ist und ein anderer Teil des Kunststoffbauteils eine hiervon verschiedene Ausbildung aufweist, in der das Kunststoffbauteil beispielsweise hohl ist. Der Schaumkörper bietet somit den Vorteil, dass Querkräfte die auf einer Seite auf den Kunststoffkörper wirken über den Schaumkörper auf andere Seiten des Kunststoffkörpers geleitet werden. The filling compound can foam during and / or after injection into a foam body. The plastic component to be produced thus has in the reinforcement region a foam core made of a pressure-stable and / or energy-absorbing foam, which is surrounded by a component wall. A reinforcing region is understood according to the invention to mean a region of the plastic component which is designed to be optimized for the load by the foam. It may therefore be provided according to the invention that only a part of the plastic component, namely the reinforcing region, is formed in this way and another part of the plastic component has a different configuration in which the plastic component is hollow, for example. The foam body thus offers the advantage that transverse forces acting on one side on the plastic body are passed over the foam body to other sides of the plastic body.
Das Einbringen des fließfähigen Füllmaterials in die Kavität des Kunststoffkörpers erfolgt über die mindestens eine erste Zugangsöffnung bzw. kann bei mehreren ersten Zugangsöffnungen auch über mehrere erste Zugangsöffnungen erfolgen. Somit kann eine gleichmäßige Verteilung des Schaummaterials innerhalb der Kavität verbessert werden. Es ergibt sich somit eine Fließrichtung des Füllmaterials von der Einspritzstelle der Einspritzeinrichtung weg zu der Abschottung bzw. den Abschottungen hin. The introduction of the flowable filling material into the cavity of the plastic body takes place via the at least one first access opening or, in the case of several first access openings, can also take place via a plurality of first access openings. Thus, a uniform distribution of the foam material within the cavity can be improved. This results in a flow direction of the filling material from the injection point of the injector away to the foreclosure or the foreclosures out.
Das Schaummaterial weist vorzugsweise Polyurethan (PU) oder dergleichen auf. Der mit dem Schaummaterial erzeugbare Schaum weist vorzugsweise eine relativ große Härte sowie Dichte auf. Vorzugsweise ist das Schaummaterial mit weiteren Inhaltsstoffen versehen, die beispielsweise eine Druckstabilität und/oder Energieabsorptionsfähigkeit des Schaums verbessern bzw. erhöhen. Ferner ist das Schaummaterial ausgebildet, in einer exothermen Reaktion zu dem Schaum aufzuschäumen. Das bedeutet, dass das Schaummaterial durch Aktivierung unter Wärmeabgabe aufschäumbar ist. Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der mit dem Schaummaterial erzeugbare Schaum zusätzlich vibrationsdämpfend und/oder schallisolierend ausgebildet ist. The foam material preferably comprises polyurethane (PU) or the like. The foam which can be produced with the foam material preferably has a relatively high hardness and density. Preferably, the foam material is provided with further ingredients which improve or increase, for example, a pressure stability and / or energy absorption capacity of the foam. Furthermore, that is Foam material is formed to foam in an exothermic reaction to the foam. This means that the foam material can be foamed by activation with release of heat. Further preferably, it may be provided that the foam which can be produced with the foam material is additionally designed to damp vibration and / or sound-insulating.
Da der Schaum aufgrund der Poren üblicherweise ein größeres spezifisches Volumen bzw. eine geringere spezifische Dichte als das Füllmaterial aufweist, wird die Kavität vorzugsweise nicht vollständig mit dem Füllmaterial befüllt, insbesondere um einen maximalen Innendruck innerhalb der Kavität und damit eine übermäßige Druckbelastung auf den Kunststoffkörper, bzw. die Bauteilwände des Kunststoffkörper zu vermeiden. Ferner könnte eine übermäßige Befüllung der Kavität ein vollständiges bzw. gleichmäßiges Aufschäumen ggf. behindern. Alternativ kann vorgesehen sein, dass vor oder während des Aufschäumens überschüssiges Füllmaterial, z.B. durch die Zugangsöffnung und/oder eine hierfür vorgesehene Öffnung, aus der Kavität entweichen bzw. verdrängt werden kann. Since the foam due to the pores usually has a larger specific volume or a lower specific density than the filling material, the cavity is preferably not completely filled with the filling material, in particular a maximum internal pressure within the cavity and thus an excessive pressure on the plastic body, or to avoid the component walls of the plastic body. Furthermore, excessive filling of the cavity could hinder complete or even foaming if necessary. Alternatively, it can be provided that excess filling material, e.g. through the access opening and / or an opening provided for this, escape from the cavity or can be displaced.
Beim Aufschäumen des Füllmaterials zu dem festen Schaum wird zumindest der Verstärkungsbereich der Kavität mit dem festen Schaum vollständig ausgefüllt, so dass im Verstärkungsbereich der Schaum die Bauteilwand flächig kontaktiert. Flächig kontaktieren bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass der Schaum an der Bauteilwand anliegt, wobei keine größeren Poren oder Lufteinschlüsse als die Poren des Schaums an der Bauteilwand ausgebildet sind. Im Verstärkungsbereich entspricht demnach eine Außenkontur des Schaums einer Innenkontur der Wandung der Kavität. Ein von außen auf die Bauteilwand ausgeübter Druck ist somit gleichmäßig auf bzw. in den Schaum weiterleitbar. Der Schaum stellt folglich ein Widerlager für die Bauteilwand bereit. Auf diese Weise ist eine punktuelle Überbelastung der Bauteilwand aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung vermeidbar. When foaming the filler material to the solid foam, at least the reinforcement region of the cavity is completely filled with the solid foam, so that in the reinforcement region the foam contacts the component wall in a planar manner. Surface contact means in the context of the invention that the foam is applied to the component wall, wherein no larger pores or air pockets are formed as the pores of the foam on the component wall. Accordingly, in the reinforcement region, an outer contour of the foam corresponds to an inner contour of the wall of the cavity. An exerted on the outside of the component wall pressure is thus evenly on or in the foam forwarded. The foam thus provides an abutment for the component wall. In this way, a punctual overloading of the component wall due to an external force can be avoided.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Abschottung aus dem Hohlraum entfernt. Dies bietet den Vorteil, dass leichter Bauteile realisierbar sind, im Vergleich zu solchen in denen die Abschottung im Kunststoffbauteil verbleibt. In a further method step, the partition is removed from the cavity. This offers the advantage that lighter components can be realized, compared to those in which the foreclosure remains in the plastic component.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines in einem Verstärkungsbereich belastungsoptimierten Kunststoffbauteils hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig ein durch einen Schaum belastungsoptimiertes Kunststoffbauteil herstellbar ist. Dieses eignet sich insbesondere zur Verwendung als Strukturbauteil in Kraftfahrzeugen. The method according to the invention for producing a plastic component which is optimized in terms of stress in a reinforcing region has the advantage over conventional methods that a plastic component which is optimized by a foam can be produced by simple means and at low cost. This is particularly suitable for use as a structural component in motor vehicles.
Strukturbauteile im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere Längsträger, Querträger, A-, B-, C-, D-Säulen, Schweller, Dachseitenrahmen, Dachspriegel usw. Structural components in the context of this invention are, in particular, side members, cross members, A, B, C, D pillars, sills, roof side frames, roof bow, etc.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaumkerns in einem Kunststoffbauteil mit mindestens einer Abschottung, die zumindest abschnittsweise in einen Hohlraum eines hohlen Kunststoffkörpers einbringbar ist, wobei die Abschottung mit der Wandung des Hohlraums eine Kavität ausbildet und einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen einer Füllmasse in die Kavität. In a further aspect, the invention relates to a device for producing a foam core in a plastic component with at least one partition, which is at least partially introduced into a cavity of a hollow plastic body, wherein the partition with the wall of the cavity forms a cavity and an injection device for injecting a Filling material into the cavity.
Weiterhin kann die Abschottung formvariabel ausgebildet sein. Die Abschottung kann aus einer abschottenden Form und in eine nicht-abschottende Form und umgekehrt überführbar sein. Furthermore, the foreclosure can be formed variable in shape. The partition may be convertible from a partitioning shape to a non-partitioning form and vice versa.
In einer Ausführungsform kann die Abschottung aufpumpbar ausgebildet sein. Dabei ist die Abschottung mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium befüllbar. Durch Beaufschlagung dieses Mediums mit Druck, kann die Abschottung in eine abschottende äußere Gestalt überführt werden. In one embodiment, the foreclosure may be inflatable. The foreclosure can be filled with a liquid or gaseous medium. By applying this medium with pressure, the partition can be converted into a schschende outer shape.
Weiterhin kann die Abschottung in eine Aufnahme bzw. ein Gehäuse ein- und/oder ausfahrbar sein. Furthermore, the partition can be retracted and / or extended in a receptacle or housing.
Die Abschottung kann durch Beaufschlagung mit Überdruck aus der Aufnahme ausfahrbar und durch Beaufschlagung mit Unterdruck in die Aufnahme einfahrbar ausgebildet sein. The partition can be made extendable by application of pressure from the receptacle and retractable by applying negative pressure in the receptacle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Füllmaterial verwendet, das sich während des exothermen Aufschäumens auf eine Temperatur erwärmt, die mindestens 20 °C höher als die Umgebungstemperatur ist. Besonders bevorzugt ist, dass sich das Schaummaterial bei Raumtemperatur während des exothermen Aufschäumens auf etwa zwischen 100 °C und 130 °C aufwärmt. Ein derartiges Schaummaterial ist insbesondere für Kunststoffkörper aus einem besonders temperaturempfindlichen Werkstoff von Vorteil, um eine übermäßige Temperaturbelastung zu vermeiden. According to a preferred embodiment of the invention, a filling material is used, which heats up during the exothermic foaming to a temperature which is at least 20 ° C higher than the ambient temperature. It is particularly preferred that the foam material at room temperature during the exothermic foaming warms to between about 100 ° C and 130 ° C. Such a foam material is particularly advantageous for plastic bodies made of a material which is particularly sensitive to temperature, in order to avoid excessive temperature loading.
Vorzugsweise wird ein Füllmaterialmaterial verwendet, das zum eigenständigen Ausbilden einer Haftverbindung mit der Bauteilwand des Kunststoffkörpers ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vor dem Einbringen des Füllmaterials ein Haftmittel an die der Kavität zugesandte Seite der Bauteilwand angebracht werden, z.B. durch Sprühauftrag. Eine Haftverbindung zwischen dem Schaum und der Bauteilwand hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln Relativbewegungen zwischen dem Schaum und der Bauteilwand, insbesondere aufgrund von Vibrationen, auf diese Weise effektiv verhindert werden. Ein erosiver Verschleiß des Schaums wird somit Vermieden bzw. zumindest vermindert. Preferably, a filler material is used, which is designed for the independent formation of an adhesive bond with the component wall of the plastic body. Alternatively or additionally, before the introduction of the filling material, an adhesive can be applied to the side of the component wall sent to the cavity, for example by spray application. An adhesive bond between the foam and the component wall has the advantage that with simple means relative movements between the foam and the component wall, in particular due to Vibrations, effectively prevented in this way. An erosive wear of the foam is thus avoided or at least reduced.
Es ist bevorzugt, dass das Füllmaterial mindestens zwei Komponenten aufweist, die zum Aufschäumen miteinander vermischt werden. Bevorzugt weist das Füllmaterial zwei Komponenten auf. Ein solches Füllmaterial wird auch als Zwei-Komponenten-Füllmaterial bezeichnet. Die beiden Komponenten sind separat voneinander lagerbar. Durch Mischen der beiden Komponenten wird der Aufschäumprozess initiiert. Dabei ist bevorzugt, dass der Aufschäumprozess nicht direkt beim Mischen der Komponenten oder unmittelbar nach dem Mischen stattfindet, sondern mit einer Verzögerung, damit ein Verteilen des Füllmaterials innerhalb der Kavität gewährleistet ist. Ein zu frühes Verfestigen birgt die Gefahr, dass das Füllmaterial in einige Bereiche des Verstärkungsbereichs der Kavität nicht eindringen kann, da eine Verteilung des Füllmaterial durch den bereits gebildeten Schaum behindert werden kann. Mit einem derartigen Füllmaterial aus mehreren Komponenten ist der Aufschäumprozess gut kontrollierbar. It is preferred that the filler material comprises at least two components which are mixed together for foaming. The filler material preferably has two components. Such a filler is also referred to as a two-component filler. The two components can be stored separately from each other. By mixing the two components of the foaming process is initiated. It is preferred that the foaming process does not take place directly during mixing of the components or immediately after mixing, but with a delay, so that a distribution of the filling material is ensured within the cavity. Too early solidification entails the risk that the filling material can not penetrate into some areas of the reinforcing region of the cavity, since a distribution of the filling material can be hindered by the already formed foam. With such a filler of several components of the foaming process is well controlled.
Weiter bevorzugt wird das Füllmaterial beim Einbringen mittels einer Einspritzeinrichtung bzw. einer Düse in die Kavität eingespritzt. Hierfür kann beispielsweise eine Mischdüse verwendet werden, bei der die Komponenten bereits in der Düse vermischt werden. Alternativ kann eine Einspritzdüse verwendet werden, mittels der die Komponenten derart in die Kavität eingespritzt werden, dass die Komponenten nach dem Verlassen der Düse miteinander vermischt werden. Ein Einspritzen mittels einer Düse hat den Vorteil, dass ein gleichmäßiges Verteilen des Füllmaterial innerhalb der Kavität sowie ein Mischen der Komponenten verbessert sind. More preferably, the filling material is injected during introduction by means of an injection device or a nozzle into the cavity. For this example, a mixing nozzle can be used, in which the components are already mixed in the nozzle. Alternatively, an injection nozzle can be used, by means of which the components are injected into the cavity in such a way that the components are mixed with one another after leaving the nozzle. Injection by means of a nozzle has the advantage that a uniform distribution of the filling material within the cavity and a mixing of the components are improved.
Vorzugsweise wird ein Kunststoffkörper bereitgestellt, der als Faserverbundbauteil ausgebildet ist, wobei die Bauteilwand mit einem Matrixwerkstoff imprägnierte Fasern aufweist. Derartige Kunststoffkörper weisen bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und hohe Belastbarkeit auf. Preferably, a plastic body is provided, which is formed as a fiber composite component, wherein the component wall having a matrix material impregnated fibers. Such plastic body have low strength and high strength and high load capacity.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben sind. The device according to the invention has the same advantages as already described above for the method according to the invention for producing a fiber-reinforced plastic component according to the first aspect of the invention.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kunststoffbauteil, mit einem äußeren Kunststoffkörper und einem Schaumkörper, der in dem Kunststoffkörper in einem Verstärkungsbereich angeordnet ist. Der äußere Kunststoffkörper ist dabei insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. In a further aspect, the invention relates to a plastic component, comprising an outer plastic body and a foam body, which is arranged in the plastic body in a reinforcing region. The outer plastic body is formed in particular of fiber-reinforced plastic.
Vorzugsweise ist das Kunststoffbauteil mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Das Verfahren ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig durchführbar. Es können auch Kunststoffbauteile in großen Stückzahlen in einer Massenferti-gung mittels des Verfahrens wirtschaftlich hergestellt werden. Preferably, the plastic component is produced by means of a method according to the invention. The process can be carried out with simple means and inexpensively. It can also plastic components in large quantities in a mass production by means of the method can be produced economically.
Im Sinne dieser Erfindung können Verstärkungsfasern organische oder anorganische Verstärkungsfasern sein. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise Kohlenstofffasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, auch CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff; englisch „Carbon-Fiber-Reinforced Plastic“, CFRP) genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein CFK-Bauteil. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise auch Glasfasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen glasfaserverstärkten Kunststoff, auch GFK genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein GFK-Bauteil. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Verstärkungsfasern können z.B. auch Aramidfasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, PMMA-Fasern, Basaltfasern, Borfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahl-Fasern und/oder Naturfasern sein. For the purposes of this invention, reinforcing fibers may be organic or inorganic reinforcing fibers. The reinforcing fibers may be, for example, carbon fibers. These form with the plastic matrix a carbon fiber reinforced plastic, also called CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP). The associated FRP component is then a CFRP component. The reinforcing fibers can also be glass fibers, for example. These form with the plastic matrix a glass fiber reinforced plastic, also called GRP. The associated FRP component is then a GRP component. However, the invention is not limited thereto, and the reinforcing fibers may be e.g. also aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, PMMA fibers, basalt fibers, boron fibers, ceramic fibers, silica fibers, steel fibers and / or natural fibers.
Das Material der Kunststoffmatrix mag insbesondere ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffe (Thermoplaste) und/oder duroplastische Kunststoffe (Duroplaste) aufweisen. Faserverstärkte Kunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix weisen den Vorteil auf, dass sie sich nachträglich umformen oder verschweißen lassen. Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich beispielsweise: Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE). Faserverstärkte Kunststoffe mit einer duroplastischen Matrix lassen sich nach dem Aushärten bzw. dem Vernetzen der Matrix nicht mehr umformen. Sie weisen vorteilhafterweise einen hohen Temperatureinsatzbereich auf. Dies gilt besonders für heißhärtende Systeme, die unter hohen Temperaturen ausgehärtet werden. The material of the plastic matrix may in particular comprise one or more thermoplastics (thermoplastics) and / or duroplastic plastics (thermosetting plastics). Fiber-reinforced plastics with a thermoplastic matrix have the advantage that they can be subsequently reshaped or welded. Suitable thermoplastics include, for example: polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethene (PTFE). Fiber-reinforced plastics with a thermosetting matrix can not be reshaped after curing or crosslinking of the matrix. They advantageously have a high temperature range of use. This is especially true for hot-curing systems that cure under high temperatures.
Faserverstärkte Kunststoffe mit duroplastischer Matrix weisen meist die höchsten Festigkeiten auf. Als duroplastische Kunststoffe bzw. Matrix können z.B. folgende Harze zur Anwendung kommen: Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF). Fiber-reinforced plastics with duroplastic matrix usually have the highest strengths. As thermosetting plastics or matrix, e.g. epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR), amino resins, melamine resin (MF / MP) and / or urea resin (UF).
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: A device according to the invention and a method according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. Each show schematically:
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den
In
In
Danach wird ein Überdruck PÜ in den Aufnahmen
Nach dem Erzeugen der Kavität
In
Im Folgenden sollen die Vorteile der Erfindung zusammengefasst werden. Durch die vorliegende Erfindung erfolgt das Erzeugen des Schaumkörpers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Hohlkörper hollow body
- 2 2
- Dichtung poetry
- 33
- Einspritzeinrichtung Injector
- 44
- Träger carrier
- 55
- Aufnahme admission
- 66
- Überdruck overprint
- 77
- Abschottung isolation
- 88th
- Füllmasse filling compound
- 99
- Schaum foam
- 10 10
- Unterdruck vacuum
- 11 11
- Hohlraum cavity
- 12 12
- Kavität cavity
- 20 20
- Faserverstärktes Bauteil Fiber-reinforced component
Claims (12)
Priority Applications (1)
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DE102016210180.3A DE102016210180B4 (en) | 2016-06-09 | 2016-06-09 | Method and device for producing a foam core in a fiber-reinforced plastic component and plastic component |
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---|---|---|---|---|
US20030201572A1 (en) * | 2002-04-26 | 2003-10-30 | L&L Products, Inc. | Insertable barrier and chamber system for reinforcement of structural members |
US20040074150A1 (en) * | 2002-10-01 | 2004-04-22 | Joseph Wycech | Structural reinforcement assembly and a method for structurally reinforcing a member or a portion of an article of manufacture |
-
2016
- 2016-06-09 DE DE102016210180.3A patent/DE102016210180B4/en active Active
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