DE102020110242A1 - Method for producing a hybrid component - Google Patents

Method for producing a hybrid component Download PDF

Info

Publication number
DE102020110242A1
DE102020110242A1 DE102020110242.9A DE102020110242A DE102020110242A1 DE 102020110242 A1 DE102020110242 A1 DE 102020110242A1 DE 102020110242 A DE102020110242 A DE 102020110242A DE 102020110242 A1 DE102020110242 A1 DE 102020110242A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
thermoforming
injection molding
plastic
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020110242.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Werner Berlin
Benjamin Bader
Michael Demes
Lukas Kaempf
Thomas Vietor
Klaus Dröder
Klaus Dilger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Volkswagen AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, Volkswagen AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to DE102020110242.9A priority Critical patent/DE102020110242A1/en
Publication of DE102020110242A1 publication Critical patent/DE102020110242A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/1418Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/18Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. compression moulding around inserts or for coating articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C69/00Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/1418Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure
    • B29C2045/14237Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure the inserts being deformed or preformed outside the mould or mould cavity
    • B29C2045/14245Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure the inserts being deformed or preformed outside the mould or mould cavity using deforming or preforming means outside the mould cavity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/30Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3002Superstructures characterized by combining metal and plastics, i.e. hybrid parts

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (21), bestehend zumindest aus einem Blechteil (1), einem lang- oder endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug (23), das unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht (55) auf dem Blechteil (1) beschichtet ist, und einer Spritzgieß-Struktur (25) aus kurzfaserverstärktem Kunststoff, der auf das Kunststoffhalbzeug (23) appliziert ist, wobei das Verfahren einen Thermoformprozess aufweist, in dem das lang- oder endlosfaserverstärkte Kunststoffhalbzeug (23) in einem formbaren Zustand auf das Blechteil (1) gepresst wird bzw. darin eindrapiert wird, und einen Spritzgießprozess aufweist, in dem die Spritzgieß-Struktur (25) auf das Kunststoffhalbzeug (23) appliziert wird. Erfindungsgemäß erfolgen der Thermoformprozess und der Spritzgießprozess voneinander funktionell unabhängig in einem Thermoform-Werkzeug (61) und in einem Spritzgieß-Werkzeug (63).The invention relates to a method for producing a hybrid component (21), consisting at least of a sheet metal part (1), a long or continuous fiber-reinforced semi-finished plastic product (23) which is coated on the sheet metal part (1) with an adhesion promoter layer (55) in between, and an injection molding structure (25) made of short fiber-reinforced plastic, which is applied to the plastic semi-finished product (23), the method comprising a thermoforming process in which the long or continuous fiber-reinforced plastic semi-finished product (23) is pressed onto the sheet metal part (1) in a malleable state is or is draped into it, and has an injection molding process in which the injection molding structure (25) is applied to the semi-finished plastic product (23). According to the invention, the thermoforming process and the injection molding process take place functionally independently of one another in a thermoforming tool (61) and in an injection molding tool (63).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Prozessanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 14 sowie ein Hybridbauteil gemäß Anspruch 15.The invention relates to a method for producing a hybrid component according to the preamble of claim 1, a process arrangement for performing the method according to claim 14 and a hybrid component according to claim 15.

Haftvermittelnde Systeme, die die Anbindung zwischen zwei oder mehreren Fügepartnern ermöglichen, benötigen in der Regel eine Aktivierungstemperatur. Diese muss im Fügeprozess überschritten werden, um eine ausreichende Verbundfestigkeit zu erzielen. Die Fügepartner (z.B. Kunststoffe bzw. Kunststoffschmelze) benötigen für ein sicheres Handling eine ausreichende Formstabilität. Diese wird zumeist durch das Unterschreiten einer Entformtemperatur erreicht. Das Thermomanagement des Prozesses ist somit einer zyklisch wechselnden Temperaturführung unterworfen. Der Einsatz eines Temperiersystems, das den Temperaturwechsel durch Wärmezufuhr bzw. Entzug von Wärme an ein und demselben Werkzeug oder Werkzeugteil vollzieht, hat sich in der praktischen Anwendung aufgrund hoher Zeiten für die Temperaturwechsel als unwirtschaftlich erwiesen. Die Wirtschaftlichkeit eines variothermen Prozesses hängt also maßgeblich von der Dauer zum Wechsel der Prozesstemperaturen ab. Insbesondere für den Einsatz von Haftvermittlern und Haftvermittlungsschichten stellt dies das grundlegende Problem dar.Adhesion-promoting systems that enable the connection between two or more joining partners usually require an activation temperature. This must be exceeded in the joining process in order to achieve sufficient bond strength. The joining partners (e.g. plastics or plastic melts) require sufficient dimensional stability for safe handling. This is mostly achieved by falling below a demolding temperature. The thermal management of the process is therefore subject to cyclically changing temperature control. The use of a temperature control system that performs the temperature change by supplying or removing heat from one and the same tool or tool part has proven to be uneconomical in practical application due to the long times for the temperature change. The profitability of a variothermal process therefore depends largely on the time it takes to change the process temperatures. This is the fundamental problem, especially for the use of adhesion promoters and adhesion promoting layers.

Zur Herstellung eines Hybridbauteils sind die folgenden Verfahren bekannt:

  • Hybrid-Plus-Technik: Bei der Hybrid-Plus-Technik wird ein verzinktes Stahlblech im Vorfeld mittels des Coil Coating-Verfahrens mit einem Haftvermittler und alternativ mit einer zusätzlichen Kunststoffkoppelschicht versehen. Das zu fertigende Bauteil wird einem herkömmlichen Spritzgießprozess überführt. Die Energie zur Aktivierung des Haftvermittlers oder der Haftvermittlerschicht wird durch die Wärmeenergie der Kunststoffschmelze bezogen. Die Kunststoffapplikation kühlt im Anschluss im Werkzeug ab und bildet einen festen Verbund zum Stahlblech. Bei der Hybrid-Plus-Technik wird die Kunststoffschmelze als Energieträger zur Aktivierung des Haftvermittlers genutzt. Die in der Kunststoffschmelze gespeicherte Energie ist allerdings nur ausreichend, um Haftvermittler mit niedrigen Aktivierungstemperaturen zu aktiveren. Insbesondere der Durchlauf durch die kathodische Tauchlackierung für Karosseriebauteile ist nicht unbedingt möglich. Des Weiteren kann es bei hochgefüllten Kunststoffen dazu kommen, dass die Haftvermittlerschicht durch die abrasive Wirkung des Füllstoffes mechanisch abgetrennt wird und sich vor der Schmelzfront sammelt. Eine Haftungswirkung ist dann nur noch bedingt gegeben.
The following methods are known for producing a hybrid component:
  • Hybrid-Plus technology: With the Hybrid-Plus technology, a galvanized steel sheet is provided in advance with an adhesion promoter and, alternatively, with an additional plastic coupling layer using the coil coating process. The component to be manufactured is transferred to a conventional injection molding process. The energy for activating the adhesion promoter or the adhesion promoter layer is obtained from the thermal energy of the plastic melt. The plastic application then cools down in the tool and forms a solid bond with the sheet steel. With the hybrid plus technology, the plastic melt is used as an energy carrier to activate the adhesion promoter. However, the energy stored in the plastic melt is only sufficient to activate adhesion promoters with low activation temperatures. In particular, the passage through the cathodic dip painting for body parts is not necessarily possible. Furthermore, with highly filled plastics it can happen that the adhesion promoter layer is mechanically separated by the abrasive effect of the filler and collects in front of the melt front. A liability effect is then only given to a limited extent.

Intrinsische Resin-Transfer-Moulding Technologie (intrinsisches RTM): Beim intrinsischen RTM-Prozess werden metallische Bleche mit faserverstärkten Kunststoffen gefügt. Im Vorfeld erfolgt eine Vorbehandlung der Fügefläche des Metalls. Dies kann eine Reinigung mittels Aceton oder eine Strukturierung der Oberfläche z.B. durch Laservorbehandlung sein. Die faserverstärkten Kunststoffe werden als ein Prepreg vorbereitet. Dazu werden trockene Faserlagen aufeinandergestapelt und in den Zwischenlagen mit einem als Adhäsiv wirkenden Kunststoffpulver versehen. Das Blech und der Prepreg werden zusammen in eine beheizte Presse gelegt und gefügt, wobei unter Druck und Wärme das Kunststoffpulver aufschmilzt und die Anbindung an das Blech sowie die Einbettung der Fasern ermöglicht. Das intrinsische RTM bedarf eines hohen Aufwands für die Vorbereitung der zu fügenden Partner. Insbesondere die Drapierung der trockenen Faserhalbzeuge stellt einen wesentlichen zusätzlichen Arbeitsschritt dar, der bei der Verarbeitung von vorimprägnierten Halbzeugen entfällt. Des Weiteren ist der Auftrag von Haftvermittlern und der Aufbau als Stapel als nachteilig zu nennen, da dies einen erhöhten Aufwand für das Handlingsystem darstellt.Intrinsic resin transfer molding technology (intrinsic RTM): In the intrinsic RTM process, metal sheets are joined with fiber-reinforced plastics. The joining surface of the metal is pretreated in advance. This can be cleaning with acetone or structuring of the surface, e.g. by laser pre-treatment. The fiber reinforced plastics are prepared as a prepreg. For this purpose, dry fiber layers are stacked on top of one another and provided with a plastic powder that acts as an adhesive in the intermediate layers. The sheet metal and the prepreg are placed and joined together in a heated press, whereby the plastic powder melts under pressure and heat and enables the connection to the sheet metal and the embedding of the fibers. The intrinsic RTM requires a lot of effort for the preparation of the partners to be joined. In particular, the draping of the dry semi-finished fiber products is an essential additional work step that is not required when processing pre-impregnated semi-finished products. Furthermore, the application of adhesion promoters and the structure as a stack are disadvantageous, since this represents an increased effort for the handling system.

Polymer-Injection-Forming (PIF): Das Polymer-Injection-Forming ist eine Abwandlung des Resin-Transfer-Moulding-Prozesses (RTM). Die Erweiterung des RTM-Prozesses zum PIF-Prozess besteht darin, dass die formgebende Vorrichtung zunächst zum Umformen der Blechkomponente des Bauteils genutzt wird. Im Anschluss wird eine meist aushärtende Formmasse (Harz-Härter-System) injiziert. Der Injektionsdruck sorgt für eine weitere Umformung des Bleches. Die Anbindung erfolgt mit Haftvermittlersystemen oder ohne zusätzliche Kopplerschichten. Dieser Prozess ist vorwiegend für die Anbindung duroplastischer Kunststoffe an Metallen nutzbar. Der Nachteil des PIF ist die ausschließliche Anwendbarkeit auf duroplastische Harz-Härter-Systeme oder andere leichtfließende Massen. Eine Übertragbarkeit auf thermoplastische Kunststoffe ist nicht gegeben.Polymer-Injection-Forming (PIF): Polymer-Injection-Forming is a modification of the Resin-Transfer-Molding-Process (RTM). The extension of the RTM process to the PIF process consists in the fact that the shaping device is first used to reshape the sheet metal component of the component. A mostly hardening molding compound (resin-hardener system) is then injected. The injection pressure ensures that the sheet metal is further deformed. The connection is made with bonding systems or without additional coupling layers. This process can mainly be used for the connection of thermosetting plastics to metals. The disadvantage of the PIF is that it can only be used with thermosetting resin-hardener systems or other easy-flowing compounds. A transferability to thermoplastics is not given.

Duroplastisches Prepregpressen: Beim duroplastischen Prepregpressen werden im Vorfeld zur Bauteilherstellung Halbzeuge in Form von geschichteten Aufbauten aus Blech und faserverstärkten Kunststoffen mit nicht-ausreagierten Harz-Härtersystemen hergestellt. Diese werden in ein temperiertes Werkzeug gelegt, welches das Stapelhalbzeug umformt und die nötige Aktivierungsenergie zur Aushärtung bereitstellt. Die Formvielfalt beim duroplastischen Prepregpressen ist stark eingeschränkt, da es sich dabei um einen reinen umformenden Prozess handelt, wohingegen insbesondere wirtschaftliche Prozesse die Kombination aus mehreren Füge-, Ur- und Umformprozessen abbilden.Thermosetting prepreg pressing: In the case of thermosetting prepreg pressing, semi-finished products in the form of layered structures made of sheet metal and fiber-reinforced plastics with unreacted resin hardening systems are produced in advance of component production. These are placed in a temperature-controlled tool, which reshapes the stacked semi-finished product and provides the necessary activation energy for curing. The variety of shapes in thermoset prepreg pressing is severely limited because it is a pure forming process, whereas economic processes in particular represent the combination of several joining, original and forming processes.

3D-Hybridtechnologie: Bei der 3D-Hybridtechnologie werden vorgeformte Blechhalbzeuge in die obere Hälfte eines zweigeteilten Umformwerkzeuges gelegt. Auf die untere Form wird eine vorgewärmte Fließpressmasse und ein glasfaserverstärktes Organoblech abgelegt. Durch den Pressvorgang wird das Organoblech in das Blechhalbzeug geformt und die Fließpressmasse bildet versteifend Rippen aus. Die Anhaftung des Organobleches am metallischen Blech wird durch eine zuvor aufgebrachte Haftvermittlerfolie oder Laserstrukturierung erzielt. Der Nachteil der 3D-Hybridtechnologie liegt im Einsatz von Fließpressmassen und dem damit verbundenem erhöhtem Aufwand für das Handling sowie der Fehleranfälligkeit für eine ungenaue Positionierung der geschmolzenen Fließpressmasse begründet.3D hybrid technology: In 3D hybrid technology, pre-formed sheet metal semi-finished products are placed in the upper half of a two-part forming tool. A preheated extrusion compound and a glass fiber reinforced organic sheet are placed on the lower mold. During the pressing process, the organic sheet is formed into the semi-finished sheet metal and the extrusion compound forms stiffening ribs. The adhesion of the organic sheet to the metallic sheet is achieved by a previously applied adhesive film or laser structuring. The disadvantage of the 3D hybrid technology lies in the use of extrusion masses and the associated increased effort for handling as well as the susceptibility to errors for inaccurate positioning of the molten extrusion mass.

3D-Hybridtechnologie mit thermoplastischem Spritzguss: Die 3D-Hybridtechnologie mit thermoplastischen Spritzguss ersetzt den Ansatz des Fließpressfomens mit einem Spritzgießsschritt zur Ausbildung versteifender Rippen. Dazu wird mittels einer Heißkanalanspritzung die Kavität kaskadisch gefüllt. Der Nachteil der 3D-Hybridtechnologie mit thermoplastischem Spritzguss liegt in der Werkzeugausführung mit nur einer Kavität begründet. Die Werkzeugtemperatur muss einen Kompromiss aus möglichst schneller Kühlung nach dem Einspritzen, einer guten Formfüllung und einer Aktivierung des Haftvermittlersystems darstellen. Dadurch ist die Auswahl zur Verfügung stehender Spritzgussgranulate stark eingeschränkt und muss auf höher-temperaturbeständige Typen fallen. Des Weiteren muss der genutzte Haftvermittler zunächst aufwendig unter Temperatur und Vakuum händisch auf das Blechhalbzeug aufgetragen werden.3D hybrid technology with thermoplastic injection molding: The 3D hybrid technology with thermoplastic injection molding replaces the extrusion molding approach with an injection molding step to form stiffening ribs. For this purpose, the cavity is filled in a cascade by means of a hot runner injection. The disadvantage of the 3D hybrid technology with thermoplastic injection molding lies in the tool design with only one cavity. The mold temperature must represent a compromise between the fastest possible cooling after injection, good mold filling and activation of the adhesion promoter system. As a result, the selection of available injection molding granulates is very limited and must fall on higher-temperature-resistant types. Furthermore, the adhesion promoter used must first be applied manually to the semi-finished sheet metal product in a laborious manner under temperature and vacuum.

Aus der DE 10 2017 010 437 A1 ist eine Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen bekannt. Aus der WO 2019/215020 A ist ein hybrides Stahl-Kunststoffhalbzeug bekannt.From the DE 10 2017 010 437 A1 a device for the hot forming of thermoplastic semi-finished products into molded parts is known. From the WO 2019/215020 A a hybrid steel-plastic semi-finished product is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils bereitzustellen, bei dem der Fertigungsaufwand, der Bauteilaufwand sowie die Prozessdauer im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist.The object of the invention is to provide a method for producing a hybrid component in which the production effort, the component effort and the process duration are reduced compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, des Anspruches 14 oder des Anspruches 15 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1, claim 14 or claim 15. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einem Hybridbauteil aus, das zumindest aus einem Blechteil, einem lang- oder endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug, das unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht auf dem Blechteil beschichtet ist, und einer Spritzgieß-Struktur aus kurzfaserverstärktem Kunststoff besteht, der auf das Kunststoffhalbzeug appliziert ist.The invention is based on a hybrid component that consists of at least one sheet metal part, a semi-finished plastic product reinforced with long or continuous fibers, which is coated on the sheet metal part with an intermediate layer of adhesion promoter, and an injection-molded structure made of short fiber-reinforced plastic which is applied to the semi-finished plastic product.

Die Haftvermittlerschicht kann vorab auf das Blechteil beschichtet sein. Das Blechteil kann bereits vorgeformt sein. Genutzte Bleche müssen jedoch nicht zwangsläufig bereits umgeformt sein, sondern können auch im Prozess integriert umgeformt werden. Die Form der Kunststoffapplikation ist ebenfalls beliebig. Dabei kann es sich um die Aufbringung von flächigen, in Kunststoffmatrix eingebetteten uni- oder mehrdirektional verstärkten Lang- oder Endlosfasersystemen (Gelege, Gestricke, Gewirke, Gewebe, Wirrvliese) handeln. Alternativ bzw. auch in Kombination dazu können Applikationen von Kunststoffstrukturen (Rippen, Funktionselemente) durch Gießverfahren auf Grundlage formloser Stoffe (Granulate, Pulver) oder Flüssigkeiten (Harze, reaktive Vorstufen von Polymeren) erfolgen.The adhesion promoter layer can be coated on the sheet metal part in advance. The sheet metal part can already be preformed. However, used sheets do not necessarily have to have already been formed, but can also be formed integrated in the process. The form of the plastic application is also arbitrary. This can involve the application of flat, unidirectional or multidirectional reinforced long or continuous fiber systems (nonwovens, knitted fabrics, knitted fabrics, woven fabrics, tangled nonwovens) embedded in a plastic matrix. Alternatively or in combination with this, plastic structures (ribs, functional elements) can be applied by casting processes based on shapeless substances (granulates, powder) or liquids (resins, reactive precursors of polymers).

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hybridbauteils kann einen Thermoformprozess sowie einen Spritzgießprozess aufweisen. Im Thermoformprozess wird ein lang- oder endlosfaserverstärktes Kunststoffhalbzeug in einem formbaren Zustand auf das Blechteil gepresst bzw. darin eindrapiert und zwar unter Bildung des auf dem Blechteil beschichteten Kunststoffhalbzeugs. Im anschließenden Spritzgießprozess wird die Spritzgieß-Struktur auf das Kunststoffhalbzeug appliziert. Mit Drapieren wird allgemeingültig das „Anschmiegen“ des faserverstärkten Kunststoffhalbzeuges an die durch das Blech vorgegebene Kontur beschrieben. Diese Kontur kann dabei dreidimensional aber auch zweidimensional sein.A method for producing such a hybrid component can have a thermoforming process and an injection molding process. In the thermoforming process, a semi-finished plastic product reinforced with long or continuous fibers is pressed or draped into the sheet metal part in a malleable state, namely to form the semi-finished plastic product coated on the sheet metal part. In the subsequent injection molding process, the injection molding structure is applied to the semi-finished plastic product. Draping generally describes the “nestling” of the fiber-reinforced plastic semi-finished product against the contour given by the sheet metal. This contour can be three-dimensional but also two-dimensional.

Die Matrix des Kunststoffhalbzeugs kann beispielhaft ein Thermoplast sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein thermoplastisches Kunststoffhalbzeug beschränkt. Vielmehr können anstelle dessen duroplastische Prepregs verwendet werden. Dabei sind die Fasern in einem Gemisch aus einem Harz und einem Härter eingebettet, welches noch nicht ausreagiert ist und erst z.B. durch Wärmeeinbringung zur Reaktion und damit zur Bildung des duroplastischen Kunststoffes gebracht wird. Während des Handlings sind diese Prepregs nicht zwangsläufig heiß.The matrix of the plastic semifinished product can, for example, be a thermoplastic. However, the invention is not limited to a thermoplastic semi-finished product. Rather, thermosetting prepregs can be used instead. The fibers are embedded in a mixture of a resin and a hardener, which has not yet reacted and is only caused to react, e.g. by applying heat, and thus to form the thermosetting plastic. These prepregs are not necessarily hot during handling.

Die Spritzgieß-Struktur kann eine thermoplastische Schmelze (Thermoplaste oder thermoplastische Elastomere) oder ein Harz-Härter-Gemisch (zur Erzeugung von Elastomere oder Duroplasten nach Vernetzungsreaktion) sein.The injection molding structure can be a thermoplastic melt (thermoplastics or thermoplastic elastomers) or a resin-hardener mixture (for the production of elastomers or thermosets after a crosslinking reaction).

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei Durchführung des Thermoformprozesses und des Spritzgießprozesses in einem gemeinsamen Werkzeug bzw. Werkzeugstufe - d.h. das Blechteil verbleibt sowohl beim Thermoformen als auch beim Spritzgießen unverändert in derselben Werkzeugkavität - mit zeitaufwendigen Aufheiz- und Abkühlvorgängen verbunden ist. Solche Aufheiz- und Abkühlvorgänge sind erforderlich, um jeweils die Thermoform-Prozesstemperatur und die Spritzgießprozesstemperatur einzustellen.The invention is based on the fact that when the thermoforming process and the injection molding process are carried out in a common tool or tool stage - that is, the sheet metal part remains unchanged in the same tool cavity during both thermoforming and injection molding - is associated with time-consuming heating and cooling processes. Such heating and cooling processes are necessary in order to set the thermoforming process temperature and the injection molding process temperature, respectively.

Vor diesem Hintergrund werden gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Abkehr zum Stand der Technik der Thermoformprozess und der Spritzgießprozess nicht mehr in einem gemeinsamen Werkzeug durchgeführt. Vielmehr erfolgen der Thermoformprozess und der Spritzgießprozess voneinander funktionell unabhängig in einem Thermoform-Werkzeug (bzw. Thermoform-Werkzeugstufe) sowie einem davon separaten Spritzgieß-Werkzeug (bzw. Spritzgieß- Werkzeugstufe).Against this background, according to the characterizing part of claim 1, in a departure from the prior art, the thermoforming process and the injection molding process are no longer carried out in a common tool. Rather, the thermoforming process and the injection molding process take place functionally independently of one another in a thermoforming tool (or thermoforming tool stage) and an injection molding tool (or injection molding tool stage) that is separate therefrom.

Der Ansatz der Erfindung besteht allgemein darin, dass - im Gegensatz zum Stand der Technik - ein Bauteil zwei oder mehr einzelne Werkzeuge oder Werkzeugteile durchläuft. Die Werkzeuge oder Werkzeugteile sind so temperiert, dass die benötigte Prozesstemperatur für den jeweils angedachten Verarbeitungsschritt angepasst ist. Die Prozesstemperaturen pro Werkzeug sind bevorzugt nicht wechselnd, sondern fest eingestellt, d. h. isotherm. Die Zeit für einen Temperaturwechsel hängt damit nicht mehr von der Dauer des Wärmetausches, sondern lediglich von der Transferdauer vom vorherigen ins nächstfolgende Werkzeug bzw. Werkzeugteil ab. Eine deutliche Reduzierung der Zykluszeit und damit eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses ist die Folge. Der Prozess kann zudem so ausgeführt werden, dass ein Bauteil zunächst alle Werkzeugstufen durchläuft. Alternativ kann jede Werkzeugstufe zu jeder Zeit des Prozesses genutzt werden.The approach of the invention is generally that - in contrast to the prior art - a component passes through two or more individual tools or tool parts. The tools or tool parts are tempered in such a way that the required process temperature is adapted to the processing step in question. The process temperatures per tool are preferably not changing, but are set permanently, i. H. isothermal. The time for a temperature change no longer depends on the duration of the heat exchange, but only on the transfer duration from the previous to the next tool or tool part. The result is a significant reduction in the cycle time and thus an increase in the economic efficiency of the process. The process can also be carried out in such a way that a component first goes through all tool stages. Alternatively, each tool stage can be used at any time in the process.

Die Erfindung beschreibt einen Prozess zur Herstellung von Hybridbauteilen in einem mehrfach mindestens jedoch zweifach geteilten Werkzeug, das es ermöglicht, prozessrelevante Parameter wie Temperatur oder Druck gezielt auf den jeweilig abzubildenden Prozessschritt anzupassen. Hier ist es zum Beispiel möglich, einen Thermoformprozess eines endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeuges mit einen Spritzgussprozess zu kombinieren, wobei verschiedene Temperaturprofile der Einzelprozessschritte erforderlich sind. Beim Thermoformen eines endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeuges kann eine hohe Temperatur (100 - 300 °C) des Blechhalbzeuges erforderlich sein, um eine belastbare stoffschlüssige Anbindung zwischen Blechhalbzeug und eingeformten endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug zu garantieren. In einem möglichen Folgeprozessschritt kann eine Applikation von Rippen auf das eingeformte Halbzeug erfolgen. Hierbei ist eine niedrigere Temperatur (60 - 140 °C) erwünscht, um eine wirtschaftliche und prozessstabile Abkühlung der Kunststoffrippen zu ermöglichen. Der Abkühlvorgang soll einerseits möglichst schnell erfolgen, aber nicht zu schnell, um Bauteilfehler wie Einfallstellen, Vakuolen oder Lunker zu vermeiden (um ausreichend lange Nachdruck auf das Bauteil geben zu können). Hierzu werden zwei Werkzeughälften mit unterschiedlicher Temperatur aufgebaut. Das Halbzeug wird nach dem ersten Prozessschritt bei einer hohen Temperatur entnommen und in der zweiten Werkzeugstufe abgekühlt. Insbesondere kann dadurch eine anforderungsgerechte Bauteilherstellung erfolgen und die Qualität der Bauteile sowie deren mechanischer Eigenschaften deutlich erhöht werden. Außerdem ermöglicht der Prozess eine wirtschaftliche Fertigung von Hybridbauteilen in kurzen Taktzeiten sowie die Verarbeitung hochschmelzender Haftvermittler oder Haftvermittlerschichten zusammen mit Standardthermoplasten für den Spritzguss. Aufgrund der Möglichkeit zur Realisierung schneller Temperaturwechsel ist der Prozess für variotherme Anwendungen, die sowohl hohe als auch niedrige Temperaturen benötigen, wirtschaftlich sinnvoller als bekannte Prozesse, bei denen der Temperaturwechsel von der Leistungsfähigkeit des Wärmetausches abhängt.The invention describes a process for the production of hybrid components in a tool that is divided at least several times, but at least twice, which makes it possible to specifically adapt process-relevant parameters such as temperature or pressure to the respective process step to be mapped. Here it is possible, for example, to combine a thermoforming process of a continuous fiber-reinforced semi-finished plastic product with an injection molding process, whereby different temperature profiles of the individual process steps are required. When thermoforming a continuous fiber-reinforced plastic semi-finished product, a high temperature (100 - 300 ° C) of the sheet metal semi-finished product may be necessary in order to guarantee a resilient material connection between the sheet metal semi-finished product and the molded continuous fiber-reinforced plastic semi-finished product. In a possible subsequent process step, ribs can be applied to the molded-in semi-finished product. A lower temperature (60 - 140 ° C) is desirable here in order to enable the plastic ribs to cool down economically and in a stable manner. On the one hand, the cooling process should take place as quickly as possible, but not too quickly, in order to avoid component defects such as sink marks, vacuoles or blowholes (in order to be able to put sufficient pressure on the component). For this purpose, two mold halves are set up at different temperatures. After the first process step, the semi-finished product is removed at a high temperature and cooled in the second tool stage. In particular, this enables component manufacture to meet requirements and the quality of the components and their mechanical properties can be significantly increased. In addition, the process enables the economical production of hybrid components in short cycle times as well as the processing of high-melting adhesion promoters or adhesion promoter layers together with standard thermoplastics for injection molding. Due to the possibility of realizing rapid temperature changes, the process for variothermal applications that require both high and low temperatures makes more economic sense than known processes in which the temperature change depends on the efficiency of the heat exchange.

Durch das Zusammenfassen gleichartiger Verfahrensschritte aus verschiedenen Prozessen in einem Werkzeug bzw. Werkzeugteil können Synergieeffekte genutzt und dadurch Prozessschritte eingespart werden, was wiederum die Zykluszeit reduziert. Des Weiteren können Prozessparameter durch die Trennung der Werkzeugteile in Hinblick auf den durch das Werkzeugteil abzubildenden Prozessschritt optimal eingestellt werden. Dadurch kann eine zeit- und ressourceneffiziente Fertigung realisiert werden. Aufgrund der Möglichkeit zur gleichzeitig simultanen Produktion mit allen Werkzeugteilen wird die Anzahl gefertigter Bauteile je Zeiteinheit deutlich erhöht im Vergleich zu einer durchlaufenden Fertigung.By combining similar process steps from different processes in one tool or tool part, synergy effects can be used and process steps can be saved, which in turn reduces the cycle time. Furthermore, by separating the tool parts, process parameters can be optimally set with regard to the process step to be mapped by the tool part. This enables time- and resource-efficient production to be realized. Due to the possibility of simultaneous production with all tool parts, the number of components produced per unit of time is significantly increased compared to continuous production.

Der Prozess kann für die Fertigung sämtlicher Bauteile in Multi-Material-Bauweise eingesetzt werden. Insbesondere ist die Erfindung für hochvolumige Produktionen mit engen Kostenrahmen je Bauteil interessant. Durch die Flexibilität kann der Prozess sowohl für isotherme als auch variotherme Anwendungen, für Ein-Komponenten- oder Mehrkomponentenspritzguss und für reine Umformprozesse ausschließlich mit Metallen oder in Kombination mit anderen umform- oder urformbaren Materialien zum Einsatz kommen.The process can be used for the production of all components in multi-material construction. In particular, the invention is of interest for high-volume productions with a tight budget per component. Due to the flexibility, the process can be used for isothermal as well as variothermal applications, for one-component or multi-component injection molding and for pure forming processes exclusively with metals or in combination with other formable or formable materials.

Die wesentliche Neuerung des Prozesses ist der modulare Aufbau der Prozessstruktur, bei der möglichst wenige Abhängigkeiten der Prozessschritte untereinander vorliegen. Dadurch kann der Einzelschritt optimal auf die produktionstechnischen Anforderungen angepasst werden.The main innovation of the process is the modular structure of the process structure, with as few dependencies as possible Process steps exist among each other. This means that the individual step can be optimally adapted to the technical production requirements.

Im Stand der Technik wird meist das Ziel verfolgt, möglichst viele Prozessschritte in eine Fertigungsoperation zu vereinen und dadurch die Fertigungszeiten zu verkürzen. Die dadurch erzielte simultane, zykluszeitreduzierende Arbeitsweise wird in der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt, dass bewusst die Aufteilung der Prozessschritte in mehrere Bearbeitungsstationen erfolgt, die ebenfalls alle gleichzeitig ablaufen. Dadurch bleibt die Zykluszeit mindestens gleich und kann durch die verringerten Abhängigkeiten durch optimierte Parametereinstellungen auch reduziert werden.In the state of the art, the aim is usually to combine as many process steps as possible into one manufacturing operation and thereby shorten manufacturing times. The simultaneous, cycle time-reducing mode of operation achieved in this way is achieved in the present invention in that the process steps are deliberately divided into several processing stations, which also all run simultaneously. As a result, the cycle time remains at least the same and can also be reduced due to the reduced dependencies through optimized parameter settings.

Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung im Einzelnen beschrieben: So kann in einer technischen Umsetzung das Thermoform-Werkzeug eine Matrize und einen Stempel aufweisen. Dem Thermoform-Werkzeug kann bevorzugt eine Temperieranlage zugeordnet sein. Zur Vorbereitung des Thermoformprozesses kann zunächst das Blechteil in das Thermoform-Werkzeug eingelegt werden. Anschließend kann der Stempel in einem Pressvorgang das flächige Kunststoffhalbzeug in einem formbaren Zustand auf das Blechteil pressen und dabei in die Blechkontur drapieren. Das Kunststoffhalbzeug kann gegebenenfalls separat vom Thermoform-Werkzeug in einer Heizeinrichtung vorgewärmt werden, bis dessen formbarer Zustand erreicht ist.Aspects of the invention are described in detail below: Thus, in a technical implementation, the thermoforming tool can have a die and a stamp. A temperature control system can preferably be assigned to the thermoforming tool. To prepare for the thermoforming process, the sheet metal part can first be placed in the thermoforming tool. Subsequently, in a pressing process, the punch can press the flat semi-finished plastic product in a malleable state onto the sheet metal part and thereby drape it into the sheet metal contour. The plastic semifinished product can optionally be preheated separately from the thermoforming tool in a heating device until its malleable state is reached.

Eine einwandfreie Verbundfestigkeit zwischen dem Blechteil und dem Kunststoffhalbzeug ist von größter Bedeutung für das Hybridbauteil. Bevorzugt kann die hierzu erforderliche Haftvermittlerschicht thermisch aktivierbar sein, sobald eine Aktivierungstemperatur überschritten ist. Im Hinblick auf eine einfache Prozessführung kann das Thermoform-Werkzeug während des Thermoformprozesses bis auf eine Prozesstemperatur beheizt sein, die größer als die Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht ist. Auf diese Weise wird eine feste Anbindung des Kunststoffhalbzeugs am Blechteil gewährleistet.A perfect bond strength between the sheet metal part and the plastic semi-finished product is of the utmost importance for the hybrid component. The adhesion promoter layer required for this can preferably be thermally activated as soon as an activation temperature is exceeded. With regard to a simple process control, the thermoforming tool can be heated during the thermoforming process to a process temperature which is higher than the activation temperature of the adhesion promoter layer. In this way, a firm connection of the semi-finished plastic product to the sheet metal part is guaranteed.

Das flächige Kunststoffhalbzeug wird ggf. in einer vom Thermoform-Werkzeug separaten Heizeinrichtung bis auf eine Verarbeitungstemperatur bzw. Schmelztemperatur vorgewärmt, in der die Kunststoffmatrix des Halbzeuges verarbeitbar bzw. schmelzeflüssig ist. Im Hinblick auf eine prozesssichere Haftung des Kunststoffhalbzeuges am Blechteil hat sich insbesondere eine Haftvermittlerschicht als günstig erweisen, die bei hoher Temperatur aktivierbar ist. Beispielhaft kann die die Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht bei 220°C liegen, während die Schmelztemperatur der Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs bei 260°C liegen kann.The flat plastic semi-finished product is preheated, if necessary, in a heating device separate from the thermoforming tool to a processing temperature or melting temperature at which the plastic matrix of the semi-finished product can be processed or is molten. With regard to reliable adhesion of the semi-finished plastic product to the sheet metal part, an adhesion promoter layer that can be activated at a high temperature has proven to be particularly advantageous. For example, the activation temperature of the adhesion promoter layer can be 220 ° C, while the melting temperature of the plastic matrix of the plastic semifinished product can be 260 ° C.

Die Notwendigkeit der im Vergleich zum Stand der Technik relativ hohen Werkzeugtemperaturen (bis 260°C) liegt darin begründet, dass die Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers bzw. der Haftvermittlerschicht weitaus höher liegt, als die Temperaturen der bisher auf dem Markt erhältlichen Haftvermittler. Dadurch qualifiziert sich das Bauteil aber auch für den Einsatz unter erhöhten Temperaturen (z.B. beim Überbrand der kathodischen Tauchlackierung im Karosseriebau; 190°C), weil sich der Verbund erst wieder nach Überschreiten der Aktivierungstemperatur lösen würde.The necessity of the relatively high mold temperatures (up to 260 ° C) compared to the prior art is due to the fact that the activation temperature of the adhesion promoter or the adhesion promoter layer is much higher than the temperatures of the adhesion promoters available on the market up to now. As a result, the component also qualifies for use at elevated temperatures (e.g. when overbaking the cathodic dip painting in bodywork; 190 ° C), because the bond would only loosen again after the activation temperature was exceeded.

Mit Hilfe des temperierten Thermoform-Werkzeug ist erfindungsgemäß eine Temperaturführung ermöglicht, in der einerseits die Haftvermittlerschicht ausreichend lange über ihrer Aktivierungstemperatur gehalten werden kann. Andererseits kann auch durch gezielte Unterschreitung der Entformtemperatur eine Entformbarkeit gewährleistet werden. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Hälften der Werkzeugstufe bzw. des Einzelwerkzeuges für den Thermoformschritt unterschiedlich temperiert sind (eine Hälfte weit über der Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers (bzw. der Haftvermittlerschicht), die andere Hälfte unterhalb der Entformtemperatur). Dadurch können beim Schließen des Werkezuges thermische Ausgleichsvorgänge stattfinden, die es erlauben, dass die geforderten Temperaturen zur Aktivierung des Haftvermittlers auf dem Blech lange genug überschritten werden, aber dennoch eine Entformtemperatur nach wirtschaftlich sinnvoller Zeit erreicht wird. Durch eine isotherme Prozessführung der Werkzeughälften kann die Stabilität des Thermoformschrittes deutlich erhöht werden, weil die Rückführung der Ausgleichsvorgänge, also die Bildung einer homogenen Temperaturverteilung über die jeweilige Werkzeughälfte, schneller erfolgen als bei variothermen Ansätzen und zudem ein sicherer, bekannter Ausgangszustand nach jeder Nutzung eingestellt werden kann.With the aid of the temperature-controlled thermoforming tool, according to the invention, temperature control is made possible in which, on the one hand, the adhesion promoter layer can be kept above its activation temperature for a sufficiently long time. On the other hand, demouldability can also be guaranteed by deliberately falling below the demolding temperature. An essential aspect of the invention is that the halves of the tool step or the individual tool have different temperatures for the thermoforming step (one half well above the activation temperature of the adhesion promoter (or the adhesion promoter layer), the other half below the demolding temperature). As a result, when the tool is closed, thermal equalization processes can take place, which allow the temperatures required to activate the adhesion promoter on the sheet metal to be exceeded long enough, but a demolding temperature is still reached after an economically sensible time. An isothermal process control of the mold halves can significantly increase the stability of the thermoforming step, because the return of the equalization processes, i.e. the formation of a homogeneous temperature distribution over the respective mold half, takes place more quickly than with variothermal approaches and a safe, known initial state is set after each use can.

Nach erfolgtem Thermoformprozess wird der Bauteilverbund aus Blechteil und Kunststoffhalbzeug bis auf eine Entformtemperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur bzw. der Verarbeitungstemperatur des Kunststoffes und/oder der Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers liegt, abgekühlt. Mit Erreichen der Entformtemperatur kann der Bauteilverbund mittels einer Transfereinheit in die Werkzeugkavität des Spritzgieß-Werkzeugs bzw. der Spritzgieß-Werkzeugstufe eingelegt werden, um den Spritzgießprozess zu starten. Im Spritzgießprozess wird je nach Ansatz eine thermoplastische Schmelze (Thermoplaste oder thermoplastische Elastomere) oder ein Harz-Härter-Gemisch (zur Erzeugung von Elastomere oder Duroplasten nach Vernetzungsreaktion) in einer Injektionseinheit bis Erreichen eines verarbeitungsfähigen Zustandes erwärmt und anschließend unter Druck in die Werkzeugkavität des Spritzgieß-Werkzeugs injiziert. Dadurch bildet sich eine Spritzgieß-Struktur auf dem eindrapierten, lang- bzw. endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug.After the thermoforming process has taken place, the composite component consisting of sheet metal part and semi-finished plastic product is cooled down to a demolding temperature that is below the melting temperature or the processing temperature of the plastic and / or the activation temperature of the adhesion promoter. When the demolding temperature has been reached, the composite component can be inserted into the mold cavity of the injection molding tool or the injection molding tool step by means of a transfer unit in order to start the injection molding process. In the injection molding process, depending on the approach, a thermoplastic melt (thermoplastic or thermoplastic elastomer) or a resin-hardener mixture (to produce elastomers or thermosets after crosslinking reaction) is heated in an injection unit until a processable state is reached and then under pressure into the mold cavity of the injection molding - Injected into the tool. This creates an injection-molded structure on the draped-in, long or continuous fiber-reinforced semi-finished plastic product.

Das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgieß-Werkzeugstufe wird ebenfalls isotherm mit den für den Spritzgießprozess üblichen Temperiertechnologien und je nach Art des verwendeten Materials üblichen Temperaturen beheizt. Das Spritzgieß-Temperaturniveau ist wesentlich geringer als das Thermoform-Temperaturniveau.The injection molding tool or the injection molding tool stage is also heated isothermally using the temperature control technologies customary for the injection molding process and, depending on the type of material used, the customary temperatures. The injection molding temperature level is significantly lower than the thermoforming temperature level.

In einer konkreten technischen Umsetzung kann das Hybridbauteil zum Beispiel als eine Karosseriesäule in einem Karosseriebau in eine Fahrzeugkarosserie verbaut werden. Nach dem Karosseriebau folgt ein KTL-Prozess, bei dem die Fahrzeugkarosserie in einem Tauchbad mit KTL-Lack benetzt wird und anschließend die mit KTL-Lack benetzte Fahrzeugkarosserie in einem KTL-Ofen bis auf eine KTL-Temperatur aufgeheizt wird, in der der KTL-Lack aushärtet. Im Hinblick auf eine stabile Verbindungsfestigkeit des Kunststoffhalbzeugs am Blechteil sowie der Spritzgieß-Struktur am Kunststoffhalbzeug ist es von Relevanz, dass die Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht sowie die Schmelztemperaturen des Kunststoffhalbzeugs und der Spritzgießstruktur größer sind als die KTL-Temperatur.In a specific technical implementation, the hybrid component can, for example, be built into a vehicle body as a body pillar in a body shop. The body shop is followed by a KTL process in which the vehicle body is wetted with KTL paint in an immersion bath and the vehicle body, which is wetted with KTL paint, is then heated in a KTL oven to a KTL temperature in which the KTL Lacquer hardens. With regard to a stable connection between the plastic semi-finished product and the injection-molded structure on the plastic semi-finished product, it is relevant that the activation temperature of the adhesion promoter layer and the melting temperatures of the plastic semi-finished product and the injection-molded structure are higher than the KTL temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Hybridbauteil zumindest einen Metall-Einleger aufweisen, der bevorzugt wie folgt im Hybridbauteil integrierbar ist: So kann in einen ersten Thermoform-Teilschritt das lang- bzw. endlosfaserverstärkte Kunststoffhalbzeug auf das Blechteil gepresst werden. In einem zweiten Thermoform-Teilschritt kann der Metall-Einleger in die noch plastifizierte Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeuges eingepresst werden. Die beiden Teilschritte können mit einem gemeinsamen Heißpress-Hub des Thermoform-Stempels erfolgen. Eine verbundfeste Integration des Metall-Einlegers im Hybridbauteil ist von besonderer Bedeutung. Von daher kann der Metall-Einleger zusätzlich randseitig mit der Spritzgieß-Struktur umspritzt sein. Dadurch ergibt sich eine umlaufende Einfassung, die zusammen mit dem Kunststoffhalbzeug den Rand des Metall-Einlegers umgreift.In a preferred embodiment, the hybrid component can have at least one metal insert, which can preferably be integrated in the hybrid component as follows: In a first thermoforming step, the long or continuous fiber-reinforced plastic semi-finished product can be pressed onto the sheet metal part. In a second partial thermoforming step, the metal insert can be pressed into the plasticized plastic matrix of the semi-finished plastic product. The two sub-steps can be carried out with a common hot press stroke of the thermoforming stamp. A solid integration of the metal insert in the hybrid component is of particular importance. The metal insert can therefore also be encapsulated with the injection-molded structure on the edge side. This results in a circumferential border which, together with the semi-finished plastic product, encompasses the edge of the metal insert.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 in einer perspektivischen Teilansicht eine A-Säule in einer angedeuteten Einbaulage in einer Fahrzeugkarosserie;
  • 2 eine Schnittansicht entlang einer Schnittebene A aus der 1;
  • 3 die Anlagenskizze einer Prozessanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 4 bis 7 jeweils Ansichten, anhand derer eine Prozessabfolge zur Herstellung eines Hybridbauteils veranschaulicht ist.
Show it:
  • 1 in a perspective partial view an A-pillar in an indicated installation position in a vehicle body;
  • 2 a sectional view along a sectional plane A from FIG 1 ;
  • 3 the system sketch of a process arrangement for carrying out the method according to the invention;
  • 4th until 7th in each case views, on the basis of which a process sequence for the production of a hybrid component is illustrated.

In der 1 ist in schematischer Darstellung eine in einer Fahrzeugkarosserie verbaute A-Säule angedeutet. Die A-Säule ist als ein Hohlprofilträger mit einem äußeren Blechteil 1 und einem inneren Blechteil 3 ausgeführt. An einem oberen Säulenknoten 5 der A-Säule läuft ein oberer Karosserielängsträger 7, ein die Windschutzscheibe des Fahrzeugs begrenzendes Rahmenseitenteil 9 sowie eine Querbaugruppe 11 zusammen. Am unteren Säulenknoten 13 der A-Säule schließt sich in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten ein seitlicher Schweller 15 an. Zudem weist das äußere Blechteil 1 der A-Säule eine obere Anschraubbasis 17 sowie eine untere Anschraubbasis 19 zur Verschraubung von nicht gezeigten oberen und unteren Türscharnieren der Fronttür des Fahrzeugs auf.In the 1 an A-pillar installed in a vehicle body is indicated in a schematic representation. The A-pillar is designed as a hollow profile beam with an outer sheet metal part 1 and an inner sheet metal part 3 executed. At an upper column node 5 the A-pillar runs an upper body side member 7th , a side frame part delimiting the windshield of the vehicle 9 as well as a transverse assembly 11 together. At the lower column node 13th the A-pillar closes a side sill towards the rear in the vehicle's longitudinal direction x 15th at. In addition, the outer sheet metal part 1 the A-pillar has an upper screw-on base 17th as well as a lower screw-on base 19th for screwing the upper and lower door hinges, not shown, of the front door of the vehicle.

Gemäß der 2 ist das fahrzeugäußere Blechteil 1 Bestandteil eines Hybridbauteils 21. Das Hybridbauteil 21 weist neben dem äußeren Blechteil 1 ein langfaserverstärktes thermoplastisches Kunststoffhalbzeug 23, eine Spritzgieß-Struktur 25 aus kurzfaserverstärktem, thermoplastischem Kunststoffmaterial sowie einen Metalleinleger 39 auf. In der 2 ist der Metall-Einleger 39 beispielhaft eine obere Scharnierverstärkung für die obere Anschraubbasis 17, um eine stabile Verschraubung des oberen Türscharniers der Fahrzeugtür zu erzielen.According to the 2 is the sheet metal part on the outside of the vehicle 1 Part of a hybrid component 21 . The hybrid component 21 points next to the outer sheet metal part 1 a long fiber reinforced thermoplastic semi-finished product 23 , an injection molding structure 25th Made of short fiber reinforced, thermoplastic material and a metal insert 39 on. In the 2 is the metal insert 39 an example of an upper hinge reinforcement for the upper screw-on base 17th in order to achieve a stable screw connection of the upper door hinge of the vehicle door.

Anhand der 2 wird der Materialaufbau des Hybridbauteils 21 beschrieben: Demzufolge ist das Kunststoffhalbzeug 23 in einem später beschriebenen Thermoformprozess unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht 55 (4) in die Innenseite des äußeren Blechteils 1 eingepresst. Das äußere Blechteil 1 ist im Querschnitt U-profilförmig, und zwar mit einem, in der Fahrzeugquerrichtung x äußeren Profilgrund 27 sowie mit davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Profilwänden 29, 31. Von den Profilwänden 29, 31 sind jeweils Randflansche 33 abgekantet. Gemäß der 2 überdeckt das Kunststoffhalbzeug 23 die Innenseite des äußeren Blechteils 1 nahezu vollständig.Based on 2 becomes the material structure of the hybrid component 21 described: Accordingly, the plastic is a semi-finished product 23 in a thermoforming process described later with the interposition of an adhesion promoter layer 55 ( 4th ) into the inside of the outer sheet metal part 1 pressed in. The outer sheet metal part 1 is U-shaped in cross section, with an outer profile base in the transverse direction of the vehicle x 27 as well as with front and rear profile walls raised towards the inside of the vehicle 29 , 31 . From the profile walls 29 , 31 are each edge flanges 33 bevelled. According to the 2 covers the semi-finished plastic product 23 the inside of the outer sheet metal part 1 almost completely.

Der in der 2 gezeigte Metall-Einleger 39 ist im später beschriebenen Thermoformprozess in Formschlussverbindung mit dem Kunststoffhalbzeug 23 gebracht. In der 3 ist der Metall-Einleger 39 beispielhaft randseitig mit dem kurzfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffmaterial der Rippen-Struktur 25 umspritzt. Die Rippen-Struktur 25 bildet daher eine umlaufende Einfassung 60, die zusammen mit dem Kunststoffhalbzeug 23 den Rand des Metall-Einlegers 39 umgreift. Der Metall-Einleger 39 ist nicht unmittelbar in Anlage mit dem äußeren Blechteil 1, sondern vielmehr unter Zwischenlage des Kunststoffhalbzeugs 23 davon beabstandet.The Indian 2 Metal inlay shown 39 is in a form-fitting connection with the semi-finished plastic product in the thermoforming process described later 23 brought. In the 3 is the metal insert 39 for example at the edge with the short fiber reinforced, thermoplastic plastic material of the rib structure 25th encapsulated. The rib structure 25th therefore forms a circumferential border 60 together with the semi-finished plastic product 23 the edge of the metal insert 39 encompasses. The metal insert 39 is not in direct contact with the outer sheet metal part 1 , but rather with the intermediate layer of the semi-finished plastic product 23 spaced therefrom.

In der 2 ist das äußere Blechteil 1 in Flanschverbindung mit dem inneren Blechteil 3 gezeigt, bei dem die Randflansche der Blechteile 1, 3 an einer Fügeebene F miteinander in Schweißverbindung sind. Zwischen einer Oberkante 49 der Rippen-Struktur 25 und dem inneren Blechteil 3 befindet sich ein freier Zwischenraum, der in der 2 mittels eines Dichtelements 51 geschlossen ist.In the 2 is the outer sheet metal part 1 in flange connection with the inner sheet metal part 3 shown in which the edge flanges of the sheet metal parts 1 , 3 at a joining plane F. are welded to each other. Between an upper edge 49 the rib structure 25th and the inner sheet metal part 3 there is a free space in the 2 by means of a sealing element 51 closed is.

In der 3 ist die Anlagenskizze einer Prozessanordnung zur Herstellung des Hybridbauteils 21 beschrieben. Demzufolge erfolgen der Thermoformprozess und der Spritzgießprozess voneinander funktionell unabhängig in einem Thermoform-Werkzeug 61 und in einem Spritzgieß-Werkzeug 63 erfolgen. Das Thermoform-Werkzeug 61 weist als Werkzeughälften eine Matrize 65 und einen Stempel 67 auf, die mittels einer Temperieranlage 69 beheizbar sind. Im Thermoform-Werkzeug 61 wird ein später beschriebener Bauteilverbund 71 erzeugt, der sich aus dem Blechteil 1, dem Kunststoffhalbzeug 23 und den Metall-Einlegern zusammensetzt. Dieser wird mittels einer Transferiereinheit 73 in eine Werkzeugkavität 75 transferiert, die von Werkzeughälften 77, 79 des Spritzgieß-Werkzeugs 63 begrenzt ist, um den Spritzgießprozess durchzuführen. Das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgieß-Werkzeugstufe 63 ist ebenfalls isotherm mit einer für den Spritzgießprozess üblichen Temperieranlage 70 und je nach Art des verwendeten Materials üblichen Temperaturen beheizbar. Das Spritzgieß-Temperaturniveau ist wesentlich geringer bemessen als das Thermoform-Temperaturniveau.In the 3 is the system sketch of a process arrangement for the production of the hybrid component 21 described. As a result, the thermoforming process and the injection molding process are functionally independent of each other in a thermoforming tool 61 and in an injection mold 63 take place. The thermoforming tool 61 has a die as the tool halves 65 and a stamp 67 on that by means of a temperature control system 69 are heatable. In the thermoforming tool 61 is a component assembly described later 71 generated from the sheet metal part 1 , the semi-finished plastic product 23 and the metal inserts. This is done by means of a transfer unit 73 in a mold cavity 75 transferred that of tool halves 77 , 79 of the injection mold 63 is limited to perform the injection molding process. The injection molding tool or the injection molding tool stage 63 is also isothermal with a temperature control system customary for the injection molding process 70 and depending on the type of material used, the usual temperatures can be heated. The injection molding temperature level is significantly lower than the thermoforming temperature level.

Nachfolgend sind anhand der 4 bis 7 die Prozessschritte zur Herstellung des Hybridbauteils 21 beschrieben. Die in den 4 bis 7 angedeuteten Werkzeug-Geometrien sind als rein beispielhaft zu verstehen. Zur Vorbereitung des Thermoformprozesses wird zunächst in der 4 das vorgeformte Blechteil 1 in die Matrize 65 eingelegt. Das vorgeformte Blechteil 1 ist in der 4 mit einer angedeuteten Haftvermittlerschicht 55 beschichtet (erfolgt in einem nicht gezeigten Vorbearbeitungsprozess). Zudem wird das lang- oder endlosfaserverstärkte thermoplastisches Kunststoffhalbzeug 23 ggf. in einer nicht gezeigten Heizeinrichtung bis in einen plastifizierten Heißzustand erwärmt, in dem die Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs 23 schmelzeflüssig ist.The following are based on the 4th until 7th the process steps for manufacturing the hybrid component 21 described. The ones in the 4th until 7th Tool geometries indicated are to be understood as purely exemplary. To prepare for the thermoforming process, the 4th the preformed sheet metal part 1 into the die 65 inserted. The preformed sheet metal part 1 is in the 4th with an indicated adhesion promoter layer 55 coated (takes place in a preprocessing process not shown). In addition, the long or continuous fiber-reinforced thermoplastic semi-finished product is used 23 possibly heated in a heating device (not shown) to a plasticized hot state in which the plastic matrix of the plastic semifinished product 23 is molten.

Zusätzlich wird vor dem Start des Thermoformprozesses das bereits vorgeformte Blechteil 1 mittels der Matrize 65 erwärmt, um die darauf applizierte Haftvermittlerschicht 55 bis über deren Aktivierungstemperatur zu erwärmen. Anschließend presst der Stempel 67 mit einer Fügekraft in einer Fügerichtung I (4) den Metall-Einleger 39 unter Zwischenordnung des Kunststoffhalbzeugs 23 mit einem Heißpress-Hub (in einem One-Shot-Prozess) in das Blechteil 1, wodurch sich ein Bauteilverbund 71 (5) ergibt, bei dem das Blechteil 1 mit dem Kunststoffhalbzeug 23 beschichtet ist und der Metall-Einleger 39 in Formschlußverbindung mit dem Kunststoffhalbzeug 23 ist.In addition, the pre-formed sheet metal part is made before the start of the thermoforming process 1 by means of the die 65 heated to the adhesive layer applied thereon 55 to be heated above their activation temperature. Then the punch presses 67 with one joining force in one joining direction I. ( 4th ) the metal insert 39 with intermediate arrangement of the semi-finished plastic product 23 with a hot press hub (in a one-shot process) into the sheet metal part 1 , creating a component composite 71 ( 5 ) results in which the sheet metal part 1 with the semi-finished plastic product 23 is coated and the metal insert 39 in a form-fitting connection with the semi-finished plastic product 23 is.

Mit Hilfe der Temperieranlage 69 ist in der Matrize 65 und in dem Stempel 67 des Thermoform-Werkzeug 61 jeweils eine Temperaturführung ermöglicht, in der einerseits die Haftvermittlerschicht 55 ausreichend lange über ihrer Aktivierungstemperatur gehalten werden kann. Andererseits kann auch durch gezielte Unterschreitung der Entformtemperatur eine Entformbarkeit gewährleistet werden. Beispielhaft kann im Thermoformprozess die Temperatur der Matrize 65 bei 260°C bis 280°C liegen. Demgegenüber kann die Temperatur des Stempels 67 bei 140°C bis 160°C liegen.With the help of the temperature control system 69 is in the die 65 and in the stamp 67 of the thermoforming tool 61 each allows a temperature control in which on the one hand the adhesion promoter layer 55 can be kept above their activation temperature for a sufficiently long time. On the other hand, demouldability can also be guaranteed by deliberately falling below the demolding temperature. An example of this is the temperature of the die in the thermoforming process 65 are at 260 ° C to 280 ° C. In contrast, the temperature of the stamp 67 be at 140 ° C to 160 ° C.

Der im Thermoformprozess erzeugte Bauteilverbund 71 (5) wird im Thermoform-Werkzeug 61 bis auf eine Entformtemperatur abgekühlt, die unterhalb der Thermoplast-Schmelztemperatur liegt. Bei Erreichen der Entformtemperatur wird der Bauteilverbund 71 mittels der Transfereinheit 73 in die Werkzeugkavität 75 (3) des Spritzgieß-Werkzeugs 63 eingelegt, um den Spritzgießprozess vorzubereiten. Im Spritzgießprozess (6) wird (bei geschlossener Werkzeugkavität 75) eine schmelzflüssige, thermoplastische sowie kurzfaserverstärkte Spritzgießmasse in die Werkzeugkavität 75 unter Druck und Wärme injiziert. Dadurch bildet sich die auf das Kunststoffhalbzeug 23 aufgespritzte Rippen-Struktur 25 (7). In der Rippen-Struktur 25 ist die bereits erwähnte umlaufende Einfassung 60 integriert, die sowohl mit dem Metall-Einleger 39 als auch mit dem Kunststoffhalbzeug 23 in Stoffschlussverbindung ist.The composite component created in the thermoforming process 71 ( 5 ) is in the thermoforming tool 61 Cooled down to a demolding temperature which is below the thermoplastic melting temperature. When the demolding temperature is reached, the component composite is 71 by means of the transfer unit 73 into the mold cavity 75 ( 3 ) of the injection mold 63 inserted to prepare for the injection molding process. In the injection molding process ( 6th ) is (with the mold cavity closed 75 ) a molten, thermoplastic and short fiber reinforced injection molding compound into the mold cavity 75 injected under pressure and heat. This forms on the semi-finished plastic product 23 sprayed-on rib structure 25th ( 7th ). In the rib structure 25th is the already mentioned surrounding border 60 integrated with both the metal insert 39 as well as with the semi-finished plastic product 23 is in material connection.

Im Thermoformprozess kann die Prozesstemperatur erfindungsgemäß isotherm auf einem Temperaturniveau gehalten werden, das in einer Hälfte des Werkzeuges / der Werkzeugstufe wesentlich größer ist als die Schmelztemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs 23 ist und in der anderen Hälfte unterhalb der Entformtemperatur liegt. Dadurch ist eine Aktivierung der bei hoher Temperatur aktivierbaren Haftvermittlerschicht 55 gewährleistet. Demgegenüber kann die Spritzgieß-Prozesstemperatur im Spritzgieß-Werkzeug 63 auf einem Temperaturniveau gehalten werden, das im Wesentlichen der für die Verarbeitung des eingesetzten Kunststoffes empfohlenen Werkzeugtemperatur entspricht, das heißt wesentlich geringer ist als das Thermoform-Temperaturniveau. Durch Bereitstellung der beiden voneinander separaten Thermoform- und Spritzgieß-Werkzeuge 61, 63 können zeitaufwendige Temperiervorgänge zum Aufheizen und Abkühlen vermieden werden. Vielmehr werden die beiden Werkzeuge 61, 63 isotherm auf dem jeweiligen Temperaturniveau gehalten, und dass Aufheiz- und Abkühlvorgänge erforderlich sind. Dadurch reduziert sich die Prozessdauer bei der Herstellung des Hybridbauteils 21.In the thermoforming process, according to the invention, the process temperature can be kept isothermally at a temperature level which in one half of the tool / tool step is significantly higher than the melting temperature of the thermoplastic matrix of the semifinished plastic product 23 and the other half is below the demolding temperature. This activates the adhesion promoter layer that can be activated at high temperature 55 guaranteed. In contrast, the injection molding process temperature in the injection molding tool 63 be kept at a temperature level that essentially corresponds to the mold temperature recommended for processing the plastic used, i.e. is significantly lower than the thermoforming Temperature level. By providing the two separate thermoforming and injection molding tools 61 , 63 time-consuming temperature control processes for heating up and cooling down can be avoided. Rather, the two tools 61 , 63 isothermally kept at the respective temperature level, and that heating and cooling processes are required. This reduces the process time in the manufacture of the hybrid component 21 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
äußeres Blechteilouter sheet metal part
33
inneres Blechteilinner sheet metal part
55
oberer Säulenknotenupper column node
77th
oberer Karosserielängsträgerupper body side member
99
RahmenseitenteilFrame side part
1111
QuerbaugruppeTransverse assembly
1313th
unterer Säulenknotenlower column node
1515th
SchwellerSill
1717th
obere Anschraubbasisupper screw-on base
1919th
untere Anschraubbasislower screw-on base
2121
HybridbauteilHybrid component
2323
KunststoffhalbzeugSemi-finished plastic products
2525th
Spritzgieß-StrukturInjection molding structure
2727
äußerer Profilgrundouter profile base
29, 3129, 31
ProfilwändeProfile walls
3333
RandflanscheEdge flanges
3939
Metall-EinlegerMetal inlay
4949
OberkanteTop edge
5151
DichtelementSealing element
5555
HaftvermittlerschichtAdhesion promoter layer
6060
umlaufende Einfassungall-round edging
6161
Thermoform-WerkzeugThermoforming tool
6363
Spritzgieß-WerkzeugInjection molding tool
6565
Matrizedie
6767
Stempelrubber stamp
6969
TemperieranlageTemperature control system
7070
TemperieranlageTemperature control system
7171
BauteilverbundComponent composite
7373
TransfereinheitTransfer unit
7575
WerkzeugkavitätMold cavity
77, 7977, 79
Werkzeughälften des Spritzgieß-WerkzeugsMold halves of the injection molding tool
II.
FügerichtungJoining direction
FF.
FügeebeneJoining plane
PP.
ProzessrichtungProcess direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017010437 A1 [0009]DE 102017010437 A1 [0009]
  • WO 2019/215020 A [0009]WO 2019/215020 A [0009]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (21), bestehend zumindest aus einem Blechteil (1), einem lang- oder endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug (23), das unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht (55) auf dem Blechteil (1) beschichtet ist, und einer Spritzgieß-Struktur (25) aus kurzfaserverstärktem Kunststoff, der auf das Kunststoffhalbzeug (23) appliziert ist, wobei das Verfahren einen Thermoformprozess aufweist, in dem das lang- oder endlosfaserverstärkte Kunststoffhalbzeug (23) in einem formbaren Zustand auf das Blechteil (1) gepresst wird bzw. darin eindrapiert wird, und einen Spritzgießprozess aufweist, in dem die Spritzgieß-Struktur (25) auf das Kunststoffhalbzeug (23) appliziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoformprozess und der Spritzgießprozess voneinander funktionell unabhängig in einem Thermoform-Werkzeug (61) und in einem Spritzgieß-Werkzeug (63) erfolgen.A method for producing a hybrid component (21), consisting of at least one sheet metal part (1), a long or continuous fiber-reinforced semi-finished plastic product (23) which is coated on the sheet metal part (1) with an adhesion promoter layer (55) in between, and an injection-molded structure (25) made of short fiber reinforced plastic, which is applied to the plastic semifinished product (23), the method comprising a thermoforming process in which the long or continuous fiber reinforced plastic semifinished product (23) is pressed onto or in the sheet metal part (1) in a malleable state is draped in, and has an injection molding process in which the injection molding structure (25) is applied to the semi-finished plastic product (23), characterized in that the thermoforming process and the injection molding process functionally independent of one another in a thermoforming tool (61) and in an injection molding -Tool (63) done. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (1) vor Durchführung des Thermoformprozesses vorab mit der Haftvermittlerschicht (55) beschichtet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the sheet metal part (1) is coated beforehand with the adhesion promoter layer (55) before the thermoforming process is carried out. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffhalbzeug (23) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, oder dass das Kunststoffhalbzeug (23) aus thermoplastischen Elastomeren besteht, oder dass für das Kunststoffhalbzeug (23) duroplastische Prepregs verwendet werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the plastic semifinished product (23) consists of a thermoplastic material, or that the plastic semifinished product (23) consists of thermoplastic elastomers, or that thermoset prepregs are used for the plastic semifinished product (23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzgießprozess je nach Ansatz eine thermoplastische Schmelze (d.h. Thermoplaste oder thermoplastische Elastomere) oder ein Harz-Härter-Gemisch (zur Erzeugung von Elastomere oder Duroplasten nach Vernetzungsreaktion) verwendet wird, und dass insbesondere die thermoplastische Schmelze oder das Harz-Härter-Gemisch in einer Injektionseinheit bis Erreichen eines verarbeitungsfähigen Zustandes erwärmt und anschließend unter Druck in die Werkzeugkavität des Spritzgieß-Werkzeugs injiziert wird, wodurch sich die Spritzgieß-Struktur (25) auf dem Kunststoffhalbzeug (23) bildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the injection molding process, depending on the approach, a thermoplastic melt (i.e. thermoplastics or thermoplastic elastomers) or a resin-hardener mixture (to produce elastomers or thermosets after crosslinking reaction) is used, and in particular the Thermoplastic melt or the resin-hardener mixture is heated in an injection unit until a processable state is reached and then injected under pressure into the mold cavity of the injection molding tool, whereby the injection molding structure (25) forms on the semi-finished plastic product (23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoform-Werkzeug (61) Werkzeug-Hälften, etwa eine Matrize (65) und einen Stempel (67), aufweist, und/oder dass dem Thermoform-Werkzeug (61) eine Temperieranlage (69) zugeordnet ist, mittels der das Blechteil (1) beheizbar ist, und/oder dass zur Vorbereitung des Thermoformprozesses das Blechteil (1) in das Thermoform-Werkzeug (61) eingelegt wird und anschließend der Stempel (67) in einem Pressvorgang das Kunststoffhalbzeug (23) im formbaren Zustand auf das Blechteil (1) presst bzw. darin eindrapiert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoforming tool (61) has tool halves, for example a die (65) and a punch (67), and / or that the thermoforming tool (61) has a temperature control system (69) is assigned, by means of which the sheet metal part (1) can be heated, and / or that in preparation for the thermoforming process, the sheet metal part (1) is inserted into the thermoforming tool (61) and then the punch (67) in a pressing process Semi-finished plastic product (23) in the malleable state is pressed onto or draped into the sheet metal part (1). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälften (65, 67) des Thermoformwerkzeugs (61) für den Thermoformschritt unterschiedlich temperiert sind, und dass insbesondere eine Hälfte weit über der Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht (55) liegt, während die andere Hälfte unterhalb der Entformtemperatur liegt, so dass beim Schließen des Werkzeuges (61) thermische Ausgleichsvorgänge stattfinden, die es einerseits erlauben, dass die geforderten Temperaturen zur Aktivierung der Haftvermittlerschicht (55) auf dem Blech lange genug überschritten werden, aber andererseits eine Entformtemperatur nach wirtschaftlich sinnvoller Zeit erreicht wird, und/oder dass durch eine isotherme Prozessführung der Werkzeughälften (65, 67) die Stabilität des Thermoformschrittes erhöht werden kann.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the halves (65, 67) of the thermoforming tool (61) have different temperatures for the thermoforming step, and that in particular one half is well above the activation temperature of the adhesion promoter layer (55), while the other half is below the demolding temperature, so that when the mold (61) is closed, thermal equalization processes take place which, on the one hand, allow the temperatures required to activate the adhesion promoter layer (55) on the sheet metal to be exceeded long enough, but, on the other hand, a demolding temperature is reached after an economically sensible time, and / or that the stability of the thermoforming step can be increased by an isothermal process control of the tool halves (65, 67). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (55) thermisch aktivierbar ist, und zwar bei Überschreiten einer Aktivierungstemperatur, und dass während des Thermoformprozesses die Prozesstemperatur bevorzugt isotherm verläuft, und/oder dass die Thermoform-Prozesstemperatur größer ist als die Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht (55).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesion promoter layer (55) can be activated thermally, namely when an activation temperature is exceeded, and that the process temperature preferably runs isothermally during the thermoforming process, and / or that the thermoforming process temperature is greater than the Activation temperature of the adhesion promoter layer (55). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung des Thermoformprozesses das Kunststoffhalbzeug (23) bis auf eine Schmelztemperatur vorgewärmt ist, in der die Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs (23) schmelzeflüssig ist, und dass insbesondere die Haftvermittlerschicht (55) eine hohe Aktivierungstemperatur aufweist, die größer oder gleich der Bearbeitungstemperatur des Kunststoffhalbzeugs (23) ist, und/oder dass insbesondere die Thermoform-Prozesstemperatur auf einem bevorzugt isothermen Temperaturniveau liegt, das wesentlich größer als die Verarbeitungstemperatur der Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs (23) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, before the thermoforming process is carried out, the semifinished plastic product (23) is preheated to a melting temperature at which the plastic matrix of the semifinished plastic product (23) is molten, and in particular the adhesion promoter layer (55) has a high activation temperature which is greater than or equal to the processing temperature of the plastic semifinished product (23), and / or that in particular the thermoforming process temperature is at a preferably isothermal temperature level that is significantly higher than the processing temperature of the plastic matrix of the plastic semifinished product (23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Thermoformprozess der Bauteilverbund (71) aus Blechteil (1) und Kunststoffhalbzeug (23) bis auf eine Entformtemperatur abgekühlt wird, und dass bei Erreichen der Entformtemperatur der Bauteilverbund (71) mittels einer Transfereinheit (73) in die Werkzeugkavität (75) des Spritzgieß-Werkzeugs (63) eingelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the thermoforming process the composite component (71) made of sheet metal part (1) and semi-finished plastic product (23) is cooled down to a demolding temperature, and that when the demolding temperature is reached, the composite component (71) is cooled by means of a transfer unit (73) is inserted into the mold cavity (75) of the injection molding tool (63). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgieß-Werkzeugstufe (63) ebenfalls bevorzugt isotherm mit den für den Spritzgießprozess üblichen Temperiertechnologien (70) und je nach Art des verwendeten Materials üblichen Temperaturen beheizt wird, und/oder dass das Spritzgieß-Temperaturniveau wesentlich geringer ist als das Thermoform-Temperaturniveau.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the injection molding tool or the injection molding Tool stage (63) is also preferably heated isothermally with the temperature control technologies (70) customary for the injection molding process and, depending on the type of material used, customary temperatures, and / or that the injection molding temperature level is significantly lower than the thermoforming temperature level. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (21) im Karosseriebau in einer Fahrzeugkarosserie verbaut wird, und dass nach dem Karosseriebau ein KTL-Prozess folgt, bei dem die Fahrzeugkarosserie in einem Tauchbad mit KTL-Lack benetzt wird und anschließend die mit KTL-Lack benetzte Fahrzeugkarosserie in einem KTL-Ofen bis auf eine KTL-Temperatur aufgeheizt wird, in der der KTL-Lack aushärtet, und dass insbesondere die Aktivierungstemperatur der Haftvermittlerschicht (55) und die Verarbeitungstemperatur des Kunststoffhalbzeugs (23) sowie der Spritzgieß-Struktur (25) größer als die KTL-Temperatur ist, und/oder dass die Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs (23) und der Spritzgieß-Struktur (25) im Wesentlichen materialgleich mit in etwa gleichen Verarbeitungstemperaturen sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hybrid component (21) is installed in the body in a vehicle body, and that after the body is built a KTL process follows in which the vehicle body is wetted with KTL paint in an immersion bath and then the vehicle body wetted with KTL paint is heated in a KTL furnace to a KTL temperature at which the KTL paint hardens, and that in particular the activation temperature of the bonding agent layer (55) and the processing temperature of the semi-finished plastic product (23) as well as the injection molding -Structure (25) is greater than the KTL temperature, and / or that the plastic matrix of the plastic semifinished product (23) and the injection molding structure (25) are essentially the same material with approximately the same processing temperatures. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (21) zumindest einen Metall-Einleger (39) aufweist, und dass insbesondere in einem ersten Thermoform-Teilschritt das Kunststoffhalbzeug (23) auf das Blechteil (1) gepresst wird sowie in einem zweiten Thermoform-Teilschritt der Metall-Einleger (39) auf die noch formbare Kunststoffmatrix des Kunststoffhalbzeugs (23) gepresst wird, und dass insbesondere die beiden Teilschritte in einem gemeinsamen Presshub des Thermoform-Stempels (67) erfolgen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hybrid component (21) has at least one metal insert (39), and that in particular in a first thermoforming substep, the semi-finished plastic product (23) is pressed onto the sheet metal part (1) and in In a second thermoforming sub-step, the metal insert (39) is pressed onto the still malleable plastic matrix of the semi-finished plastic product (23), and that in particular the two sub-steps take place in a common pressing stroke of the thermoforming stamp (67). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Metall-Einleger (39) randseitig mit der Spritzgieß-Struktur (25) umspritzt ist, und zwar unter Bildung einer umlaufenden Einfassung (60), die zusammen mit dem Kunststoffhalbzeug (23) den Rand des Metall-Einlegers (39) umgreift.Procedure according to Claim 12 , characterized in that the edge of the metal insert (39) is encapsulated with the injection-molded structure (25), to be precise with the formation of a circumferential border (60) which, together with the semi-finished plastic product (23), forms the edge of the metal insert ( 39) encompasses. Prozessanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Process arrangement for carrying out a method according to one of the preceding claims. Hybridbauteil, das mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.Hybrid component which is produced by a method according to one of the preceding claims.
DE102020110242.9A 2020-04-15 2020-04-15 Method for producing a hybrid component Pending DE102020110242A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020110242.9A DE102020110242A1 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Method for producing a hybrid component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020110242.9A DE102020110242A1 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Method for producing a hybrid component

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020110242A1 true DE102020110242A1 (en) 2021-10-21

Family

ID=77919203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020110242.9A Pending DE102020110242A1 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Method for producing a hybrid component

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020110242A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009042272A1 (en) 2009-09-22 2011-03-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Lightweight component e.g. A-column, for use in motor vehicle, has reinforcement structure made of plastic, and metal sheet connected with reinforcement layer made of plastic in material-fit manner
DE102012218711A1 (en) 2012-10-15 2014-04-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Making multi-layer molding comprises inserting metal and organic sheets in non-deformed and non-connected state to forming tool, transforming sheets to heated state and consolidating organomaterial, and connecting sheets to each other
DE102013217388A1 (en) 2013-09-02 2015-03-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Fiber composite plastic component
DE102015104772A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Benteler Automobiltechnik Gmbh Process for producing a hybrid component from sheet metal and fiber composite material
DE102017010437A1 (en) 2017-12-02 2019-06-06 Claus Weinert Device for thermoforming of thermoplastic semi-finished products to form parts within a device for molding and directly subsequent filling
WO2019215020A1 (en) 2018-05-09 2019-11-14 Thyssenkrupp Ag Hybrid steel plastic semi-finished product having shielding properties

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009042272A1 (en) 2009-09-22 2011-03-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Lightweight component e.g. A-column, for use in motor vehicle, has reinforcement structure made of plastic, and metal sheet connected with reinforcement layer made of plastic in material-fit manner
DE102012218711A1 (en) 2012-10-15 2014-04-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Making multi-layer molding comprises inserting metal and organic sheets in non-deformed and non-connected state to forming tool, transforming sheets to heated state and consolidating organomaterial, and connecting sheets to each other
DE102013217388A1 (en) 2013-09-02 2015-03-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Fiber composite plastic component
DE102015104772A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Benteler Automobiltechnik Gmbh Process for producing a hybrid component from sheet metal and fiber composite material
DE102017010437A1 (en) 2017-12-02 2019-06-06 Claus Weinert Device for thermoforming of thermoplastic semi-finished products to form parts within a device for molding and directly subsequent filling
WO2019215020A1 (en) 2018-05-09 2019-11-14 Thyssenkrupp Ag Hybrid steel plastic semi-finished product having shielding properties

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010019625B4 (en) Method for producing a composite or hybrid construction
EP2550151B1 (en) Method for producing an smc multi-layer component
EP3180182B1 (en) Method for producing an smc component provided with a unidirectional fibre scrim
EP2655035A1 (en) Process for producing surface-finished lightweight components with high natural fibre content and integrated fastening elements
EP1995034A2 (en) Moulded part, in particular decorative part and/or trim for the interior of vehicles and method for manufacturing moulded parts
EP2644347B1 (en) Method for the production of essentially shell-shaped fibre-reinforced plastic parts
EP2533970A1 (en) Composite component for a vehicle
DE102007024529A1 (en) Molded part e.g. decoration part, manufacturing method for vehicle interior, involves injecting plastic molding material e.g. thermoplastic resin, into cavity, and solidifying or hardening molding material
DE102011118980A1 (en) Method for manufacturing outer module having outer planking for modularly constructed housing component, particularly door or casing component of motor vehicle, involves providing thermoplastic fiber reinforced plastic inner shell
DE102017122670A1 (en) Method and pressing tool for producing a hybrid component and hybrid component
DE102012010469B4 (en) Process for the production of fiber-reinforced components
DE102015007575A1 (en) Method for producing a composite material of a metallic joining partner and a plastic-fiber composite
EP2730396B1 (en) Process for manufacturing a molded part comprising a layer made of a fibre composite plastic layer and a surface coating consisting of a moulded plastic component
DE102004060009B4 (en) Method for producing a laminated body
DE4443145C1 (en) Coating thermo:formed plastic mouldings with thermoplastic elastomer
DE102015013193B4 (en) Process for producing a composite component
DE102015208945A1 (en) IMD plastic component and method of making an IMD plastic component
DE102017101722A1 (en) Method for producing a component, in particular for a vehicle
DE102020110242A1 (en) Method for producing a hybrid component
WO2012119952A2 (en) Method and device for producing a component
DE102016206517A1 (en) Method for producing a multilayer plastic component
DE102022105108A1 (en) Lightweight component and method for producing a lightweight component
EP3398761B1 (en) Method for increasing the rigidity of nonwoven fabric formed parts using additive manufacturing
DE102016220806A1 (en) Method for producing an outer skin component of a vehicle
DE102011121621A1 (en) Metal-plastic-hybrid component i.e. steel-plastic-hybrid component, manufacturing method for automobile industry, involves obtaining heat input for joining process from residual heat that remains in metal forging during transforming process

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication