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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Hybrid-Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Kunststoff-Hybrid-Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kunststoff-Hybrid-Bauteils sind beispielsweise bereits aus der
DE 10 2011 116 208 A1 bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Halbzeug zum Herstellen des Kunststoff-Hybrid-Bauteils umgeformt und zumindest in einem Teilbereich mit einem Kunststoff versehen. Das Halbzeug ist dabei beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet, sodass das Halbzeug dadurch, dass es zumindest in dem Teilbereich mit dem Kunststoff versehen wird, zu dem Kunststoff-Hybrid-Bauteil ergänzt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Kunststoff-Hybrid-Bauteil besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Kunststoff-Hybrid-Bauteil besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Halbzeug in ein Werkzeug eingebracht wird. Insbesondere nach dem Einbringen des Halbzeugs in das Werkzeug wird das Halbzeug mittels des Werkzeugs umgeformt. Außerdem ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass - insbesondere nachdem das Halbzeug in das Werkzeug eingebracht wurde - das Halbzeug mittels des Werkzeugs gestanzt wird, während sich das Halbzeug in dem Werkzeug befindet. Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass - insbesondere nachdem das Halbzeug in das Werkzeug eingebracht wurde - der Kunststoff zumindest an den Teilbereich mittels des Werkzeugs angespritzt wird, während sich das Halbzeug in dem Werkzeug befindet. Die Idee der Erfindung ist es somit, mehrere Herstellungsbeziehungsweise Fertigungsverfahren in Form des Umformens, des Stanzens und des Anspritzens in dem Werkzeug zu vereinen und mittels ein und desselben Werkzeugs durchzuführen, wobei zumindest das Stanzen und das Anspritzen durchgeführt werden, während sich das Halbzeug in dem Werkzeug befindet und während das Werkzeug geschlossen ist. Das Umformen wird beispielsweise durchgeführt, während das Halbzeug in dem Werkzeug angeordnet ist und während das Werkzeug geschlossen ist und/oder während das Werkzeug geschlossen wird. Das zunächst geöffnete Werkzeug wird beispielsweise im Zuge einer Schließbewegung geschlossen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Halbzeug in beziehungsweise während der Schließbewegung des Werkzeugs, insbesondere entsprechend einer Werkzeuggravur, umgeformt, insbesondere mechanisch umgeformt, wird. Durch die Vereinigung der mehreren Fertigungsverfahren in dem Werkzeug ist es möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren die Anzahl an Werkzeugen, Fertigungsschritten sowie Taktzeiten zu reduzieren, sodass das Kunststoff-Hybrid-Bauteil besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Das Werkzeug umfasst beispielsweise wenigstens zwei Werkzeugteile, insbesondere Werkzeughälften, welche - während das Halbzeug zwischen den Werkzeugteilen angeordnet ist - aufeinander zubewegt werden, wodurch das Werkzeug geschlossen wird. Unter dem Merkmal, dass das Halbzeug mittels des Werkzeugs umgeformt wird, ist insbesondere zu verstehen, dass das Halbzeug durch Schließen des Werkzeugs, das heißt durch einen Schließvorgang beziehungsweise während eines Schließvorgangs umgeformt wird, in dessen Rahmen das Werkzeug geschlossen wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Halbzeug in dem Werkzeug umgeformt wird. Hierbei wird das Halbzeug beispielsweise während des Schließvorgangs und/oder nach dem Schließvorgang umgeformt wird, insbesondere während das Werkzeug geschlossen ist.
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Das Halbzeug ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet, sodass das Halbzeug beispielsweise durch das Anspritzen des Kunststoffes zu dem Kunststoff-Hybrid-Bauteil ergänzt wird. Insbesondere kann das Halbzeug ein Blech sein, wobei das Halbzeug insbesondere als Flächenelement beziehungsweise Blechplatine ausgebildet sein kann. Ferner ist es denkbar, dass das Halbzeug als ein Hohlprofil ausgebildet ist und somit einen geschlossenen Hohlquerschnitt zumindest an einem Teilbereich aufweist. Das Halbzeug kann dabei insbesondere als ein Rohr ausgebildet sein, welches vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Halbzeug aus einem organischen Werkstoff beziehungsweise einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.
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Das Umformen kann ein mechanisches Umformen umfassen, sodass das Halbzeug beispielsweise im Rahmen des Umformens zumindest oder ausschließlich mechanisch umgeformt wird. Ist das Halbzeug beispielsweise als ein Hohlprofil ausgebildet, so erfolgt das Umformen beispielsweise mithilfe eines innerhalb des Hohlprofils beziehungsweise innerhalb des geschlossenen Hohlquerschnitts wirkenden Stützdrucks.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Halbzeug im Rahmen des Umformens durch Innenhochdruckumformen (IHU) umgeformt wird. Insbesondere kann beispielsweise das Innenhochdruckumformen einer mechanischen Umformung nachgeschaltet sein, sodass beispielsweise das Halbzeug im Rahmen des Umformens sowohl mechanisch als auch durch Innenhochdruckumformen umgeformt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, komplexe Hybridbauteile in möglichst einfacher Weise prozesssicher herzustellen. Hierzu fungiert das Werkzeug als Umform-Stanz- und Spritzgießwerkzeug, da das Halbzeug mittels des Werkzeugs umgeformt, gestanzt und insbesondere durch Spritzgießen, insbesondere Kunststoffspritzgießen, mit dem Kunststoff versehen wird.
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Durch das Stanzen wird beispielsweise wenigstens ein Durchbruch beziehungsweise wenigstens eine Durchgangsöffnung an dem insbesondere bereits umgeformten Halbzeug hergestellt, sodass das Halbzeug beispielsweise nach dem Umformen gestanzt wird. Ferner wird beispielsweise der Kunststoff nach dem Umformen, insbesondere nach dem Stanzen, zumindest an einen Teilbereich angespritzt. Das Stanzen wird beispielsweise mittels eines Trennvorgangs des Werkzeugs durchgeführt, sodass beispielsweise der Durchbruch mittels des Trennvorgangs ausgebildet wird. Der Teilbereich, an welchen der Kunststoff angespritzt wird, liegt vorzugsweise in einem Bereich außerhalb des Durchbruches. Im Rahmen des Anspritzens des Kunststoffes zumindest an einen Teilbereich wird beispielsweise das Halbzeug zumindest teilweise mit dem Kunststoff umspritzt. Das Trennorgan wird beispielsweise durch ein im Werkzeug geführtes Stanzprofil gebildet, mittels welchem der Durchbruch im Rahmen des Stanzens hergestellt wird.
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Durch das Stanzen wird beispielsweise wenigstens ein auch als Stanzbutzen oder einfach als Butzen bezeichnetes Teil aus dem Halbzeug ausgestanzt beziehungsweise von dem Halbzeug getrennt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Stanzbutzen an einer Stirnseite des auch als Stanzprofil bezeichneten Trennorgans mittels Unterdruck oder mittels magnetischer Kräfte gehalten und somit fixiert wird. Das Fixieren des Stanzbutzens an dem Trennorgan ist insbesondere dann möglich, wenn das Halbzeug und somit der Stanzbutzen aus einem ferritischen Material gebildet sind.
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Nach dem Umformen, dem Stanzen und dem Anspritzen wird beispielsweise das Werkzeug geöffnet, um das umgeformte, gestanzte und mit dem Kunststoff versehene Halbzeug, insbesondere das Kunststoff-Hybrid-Bauteil, aus dem Werkzeug zu entnehmen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das fertig hergestellte Kunststoff-Hybrid-Bauteil bei geöffnetem Werkzeug mittels zumindest eines im Werkzeug geführten Auswerfers ausgeworfen, das heißt von dem Werkzeug entformt wird. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass der auch als Lochputzen bezeichnete Stanzbutzen von dem Trennorgan gelöst und somit separiert und beispielsweise in einem Sammelbehälter aufgefangen wird.
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Um das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchführen zu können, ist es insbesondere vorgesehen, dass nach dem Einbringen des Halbzeugs in das Werkzeug das Werkzeug geschlossen und erstmalig erst wieder nach dem Umformen, dem Stanzen und dem Anspritzen geöffnet wird. Somit wird das Werkzeug vorzugsweise nach dem Einbringen des Halbzeugs in das Werkzeug und vor dem Umformen, dem Stanzen und dem Anspritzen genau einmal geschlossen und erst wieder nach dem Umformen, dem Stanzen und dem Anspritzen geöffnet. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vielfältige Verfahrensschritte wie das Umformen, das Stanzen und das Anspritzen in das Werkzeug integriert, sodass ohne Werkzeugwechsel und ohne nachgelagerte Prozesse außerhalb des Werkzeugs das Kunststoff-Hybrid-Bauteil als ein hochkomplexes Bauteil hergestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kunststoff-Hybrid-Bauteils.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Hybrid-Bauteils 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird bei dem Verfahren ein Halbzeug 12, aus welchem das Kunststoff-Hybrid-Bauteil 10 hergestellt wird, umgeformt und zumindest in einem Teilbereich 14 mit einem Kunststoff 16 versehen.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass als das Halbzeug 12 bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ein Flächenelement und somit eine Platine verwendet wird, das beziehungsweise die beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff oder aber aus einem organischen Werkstoff beziehungsweise einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sein kann. Dabei wird das Halbzeug 12 bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel zumindest oder ausschließlich mechanisch umgeformt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Halbzeug 12 insbesondere dann durch Innenhochdruckformen umgeformt wird, wenn als das Halbzeug 12 ein Hohlprofil verwendet wird, welches zumindest in einem Teilbereich einen geschlossenen Hohlquerschnitt aufweist.
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Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird das Halbzeug 12 in ein Werkzeug 18 eingebracht, insbesondere eingelegt, während das Werkzeug 18 geöffnet ist. Das Werkzeug 18 weist wenigstens oder genau zwei Werkzeughälften 20 und 22 auf, welche entlang einer Bewegungsachse 24 relativ zueinander translatorisch bewegt werden können. Dadurch können die Werkzeug hälften 20 und 22 entlang der Bewegungsachse 24 translatorisch aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Das Werkzeug 18 weist dabei wenigstens eine oder mehrere Düsen 26 zum Durchführen eines Spritzgießverfahrens auf. Ferner umfasst das Werkzeug 18 Stanzprofile 28, welche auch als Trennorgane bezeichnet werden und beispielsweise geführt und bewegbar an der Werkzeughälfte 22 gelagert sind. Insbesondere können beispielsweise die Stanzprofile 28 relativ zu den Werkzeughälften 20 und 22 translatorisch bewegt werden, um hierdurch beispielsweise ein Stanzverfahren durchzuführen. Des Weiteren umfasst das Werkzeug 18 Werkzeugholme 30, mittels welchen die Werkzeughälften 20 und 22 insbesondere dann geführt werden, wenn die Werkzeughälften 20 und 22 aufeinander zu beziehungsweise voneinander weg bewegt werden. Da das Halbzeug 12 in das Werkzeug 18 eingebracht, insbesondere eingelegt, wird, wird das Halbzeug 12 auch als Einleger bezeichnet. Darüber hinaus weist die Werkzeughälfte 20 eine Matrize 32 auf, wobei die Werkzeughälfte 22 einen mit der Matrize 32 korrespondierenden Stempel 34 aufweist.
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Es ist erkennbar, dass das Werkzeug 18 als ein holmbasiertes Werkzeug ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, als das Werkzeug 18 beziehungsweise anstelle des Werkzeugs 18 ein Werkzeug mit einem oder mehreren Kniehebeln zu verwenden, sodass beispielsweise eine Schließkraft, mittels welchen die Werkzeughälften 20 und 22 geschlossen und/oder geschlossen gehalten werden, mittels wenigstens eines Kniehebels aufgebracht wird. Ferner ist es vorliegend vorgesehen, dass die Werkzeughälften 20 und 22 in horizontaler Richtung bewegbar sind. Ferner ist es denkbar, dass die Werkzeughälften in vertikaler Richtung bewegbar sind.
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Bei einem insbesondere auf den ersten Schritt S1 folgenden zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird das Werkzeug 18 geschlossen, während sich das Halbzeug 12 in dem Werkzeug 18 befindet. Um das Werkzeug 18 zu schließen, werden die Werkzeughälften 20 und 22 entlang der Bewegungsachse 24 aufeinander zubewegt. Hierbei taucht der Stempel 34 zumindest teilweise in die korrespondierende Matrize 32 ein, wodurch zumindest ein Teilbereich des Halbzeugs 12 mittels des Stempels 34 in die Matrize 32 eingeformt wird. Hierdurch wird das Halbzeug 12 mechanisch umgeformt. Besonders gut ist anhand der Schritte S1 und S2 erkennbar, dass das Werkzeug 18 im Zuge einer Schließbewegung geschlossen wird. Im Zuge der Schließbewegung werden die Werkzeughälften 20 und 22 translatorisch aufeinander zubewegt. Dabei wird das Halbzeug 12 in beziehungsweise während der Schließbewegung, das heißt während das Werkzeug 18 geschlossen wird, mechanisch umgeformt, insbesondere mittels des Stempels 34 und der korrespondierenden Matrize 32. Die Schließbewegung ist in der Fig. durch einen Pfeil 36 veranschaulicht.
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Bei einem insbesondere auf den zweiten Schritt S2 folgenden dritten Schritt S3 des Verfahrens werden die Stanzprofile 28 translatorisch relativ zu den Werkzeughälften 20 und 22 bewegt und dabei auf die Werkzeughälfte 20 zubewegt. Die Werkzeughälfte 20 ist beispielsweise mit den Stanzprofilen 28 korrespondierende Ausnehmungen 38 auf, in die die Stanzprofile 28 jeweils zumindest teilweise hineinbewegt werden, um dadurch das Halbzeug 12 zu stanzen. Insgesamt ist aus den Schritten S1, S2 und S3 erkennbar, dass das Halbzeug 12 mittels des Werkzeugs 18 umgeformt wird und dass das Halbzeug 12 mittels des Werkzeugs 18, insbesondere mittels der Stanzprofile 28, gestanzt wird, während sich das Halbzeug 12 in dem Werkzeug 18 befindet. Durch das Stanzen werden sogenannte Stanzbutzen 40 von dem übrigen Halbzeug 12 ausgestanzt beziehungsweise getrennt. Durch das Stanzen werden jeweilige, auch als Durchgangsöffnungen bezeichnet Durchbrüche 42 in dem Halbzeug 12 ausgebildet. Insbesondere wird das Stanzen nach dem Umformen durchgeführt. Die Stanzbutzen 40 werden beispielsweise per Unterdruck oder mittels magnetischer Kräfte an den Stanzprofilen 28, insbesondere an jeweiligen Stirnseiten der Stanzprofile 28, gehalten und somit fixiert. Des Weiteren ist das Werkzeug 18 während des Stanzens geschlossen.
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Bei einem insbesondere auf den dritten Schritt S3 folgenden vierten Schritt S4 wird der Kunststoff 16 zumindest an den in der Fig. mit 44 bezeichneten Teilbereich angespritzt, während sich das Halbzeug 12 in dem Werkzeug 18 befindet und während das Werkzeug 18 geschlossen ist. Insbesondere wird der Kunststoff 16 mittels der Düse 26 an den Teilbereich 44 angespritzt. Hierdurch wird beispielsweise das Halbzeug 12, insbesondere nachdem es umgeformt und gestanzt wurde, zumindest teilweise mit dem Kunststoff 16 umspritzt. Insbesondere wird das Halbzeug 12 mit dem Kunststoff 16 mittels einer Plastifiziereinheit umspritzt, welche beispielsweise die Düse 26 umfassen kann. Der Kunststoff 16 kann beispielsweise mittels mehrere Düsen angespritzt werden. Außerdem ist es denkbar, einen oder mehrere Heißkanäle zum Anspritzen des Kunststoffes 16 zu verwenden. Dabei ist es möglich, eine oder mehrere Heißkanaldüsen zu verwenden, um den Kunststoff 16 anzuspritzen.
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Bei einem insbesondere auf den vierten Schritt S4 folgenden fünften Schritt S5 des Verfahrens wird das Werkzeug 18 geöffnet, indem die Werkzeughälften 20 und 22 entlang der Bewegungsachse 24 voneinander weg bewegt werden. Dies ist in der Fig. durch einen Pfeil 46 veranschaulicht. Bei einem fünften Schritt S5 wird das umgeformte, gestanzte und mit dem Kunststoff 16 versehene Halbzeug 12, welches beispielsweise in seinem umgeformten, gestanzten und mit dem Kunststoff 16 versehenen Zustand das Kunststoff-Hybrid-Bauteil 10 bildet, mittels jeweiliger Schieber 48 und weiterer, in der Fig. nicht dargestellter Auswerfer entformt und insbesondere aus dem Werkzeug 18 ausgeworfen. Die Schieber 48 fungieren somit als Auswerfer, mittels welchen das Halbzeug 12 beziehungsweise das Kunststoff-Hybrid-Bauteil 10 insbesondere aus der Matrize 32 herausbewegt werden kann. Hierzu werden beispielsweise die Schieber 48 relativ zu den Werkzeughälften 20 und 22 translatorisch bewegt und insbesondere auf die Werkzeughälfte 22 zubewegt. Besonders gut aus der Fig. ist erkennbar, dass zunächst bei dem fünften Schritt S5 die Stanzbutzen 40 an den Stanzprofilen 28 fixiert bleiben.
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Bei einem insbesondere auf den fünften Schritt S5 folgenden sechsten Schritt S6 des Verfahrens werden die Stanzbutzen 40 von den Stanzprofilen 28 separiert, sodass die Stanzbutzen 40 insbesondere schwerkraftbedingt von den Stanzprofilen 28 herabfallen. Die herabfallenden Stanzbutzen 40 werden beispielsweise mittels eines Sammelbehälters 50 aufgefangen. Die Stanzbutzen 40 werden insbesondere dadurch von den Stanzprofilen 28 separiert, dass die Stanzbutzen 40 nicht mehr mit dem Unterdruck beaufschlagt und somit nicht mehr an die Stanzprofile 28 angesaugt werden oder dass die magnetischen Kräfte abgeschaltet beziehungsweise beendet werden, sodass die Stanzbutzen 40, insbesondere schwerkraftbedingt, von den Stanzprofilen 28 herunterfall und in den Sammelbehälter 50 fallen. Die Stanzbutzen 40 werden auch als Verschnitte oder Beschnitte bezeichnet und werden kontrolliert in dem Sammelbehälter 50 aufgefangen und gesammelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011116208 A1 [0002]
