DE102020127316A1 - Process for producing a composite component, composite component and tool for producing a preform component of a composite component - Google Patents

Process for producing a composite component, composite component and tool for producing a preform component of a composite component Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (60) umfasst die Verfahrensschritte:a. Vorformen eines biegeschlaffen Bauteils (40) zu einem weniger biegeschlafen Vorformbauteil (42),b. Hinterspritzen oder Hinterspritzprägen des Vorformbauteils (42) mit einem Kunststoff.A method for producing a composite component (60) comprises the method steps: a. Preforming a limp component (40) into a less limp preform component (42), b. Back injection molding or back injection embossing of the preform component (42) with a plastic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, ein mit dem Verfahren hergestelltes Verbundbauteil und ein Werkzeug zur Herstellung eines Vorformbauteils des Verbundbauteils.The invention relates to a method for producing a composite component, a composite component produced using the method, and a tool for producing a preformed component of the composite component.

In verschiedenen technischen Bereichen sind Verbundbauteile grundsätzlich bekannt. Verbundbauteile bestehen häufig aus zwei oder mehr Komponenten. Insbesondere können Verbundbauteile als Leichtbauelemente ausgebildet sein oder auch eine dreidimensionale Gestalt aufweisen, die eine gewisse Stabilität zeigen. Hierzu ist es bekannt, Kunststoffhinterspritzungstechniken anzuwenden. Beispielsweise können Dekormaterialien wie ausgewählte Folien, Textilien oder Leder mit Kunststoff hinterspritzt werden. Eingeschränkt werden diese Prozesse dabei häufig durch die mechanische und thermische Empfindlichkeit des zu hinterspritzenden Dekormaterials. Einen weiteren Nachteil stellt die langsame Wärmeabfuhr aus dem Formteil über das Dekormaterial dar. Um diesen Einschränkungen entgegenzuwirken, werden häufig Kombinationen aus Hinterspritzungstechnik und Niederdruckspritzgießen oder Thermoplastschaumspritzgießen eingesetzt. Diese Verfahren sind schonender für das Dekormaterial, da sie eine flächige und homogene Druckverteilung ermöglichen und zu geringerem Verzug bei den Bauteilen führen. Dabei wird das Dekormaterial als flaches Element der Spritzgussmaschine zugeführt und durch den Druck des Hinterspritzungsprozesses in die finale Form gebracht. Dieses Prinzip funktioniert jedoch meist nur mit sehr simplen Geometrien bzw. flachen Oberflächen und unempfindlichen Dekormaterialien.Composite components are known in principle in various technical fields. Composite components often consist of two or more components. In particular, composite components can be designed as lightweight components or also have a three-dimensional shape that shows a certain stability. For this purpose it is known to use plastic back-injection techniques. For example, decorative materials such as selected foils, textiles or leather can be back-injected with plastic. These processes are often limited by the mechanical and thermal sensitivity of the decorative material to be back-injected. Another disadvantage is the slow dissipation of heat from the molded part via the decorative material. In order to counteract these limitations, combinations of back-injection technology and low-pressure injection molding or thermoplastic foam injection molding are often used. These processes are gentler on the decorative material, since they enable a flat and homogeneous distribution of pressure and lead to less distortion in the components. The decorative material is fed to the injection molding machine as a flat element and given its final shape by the pressure of the back-injection process. However, this principle usually only works with very simple geometries or flat surfaces and insensitive decorative materials.

Ein Spritzgussprozess dauert in der Regel 20 bis 70 Sekunden, wobei der eigentliche Einspritzvorgang 1 bis 5 Sekunden dauert. Es werden Drücke im Bereich 200 bis 1500 bar bei einer Temperatur von 180 bis 320 °C verwendet. Die hohen Drücke und Temperaturen und die geringe Einspritzzeit beanspruchen das Dekormaterial und schränken die Bandbreite der einsetzbaren Dekormaterialien und der möglichen Geometrien ein.An injection molding process usually takes 20 to 70 seconds, with the actual injection process taking 1 to 5 seconds. Pressures in the range of 200 to 1500 bar at a temperature of 180 to 320 °C are used. The high pressures and temperatures and the short injection time put a strain on the decorative material and limit the range of decorative materials that can be used and the possible geometries.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, mit dem ein Verbundbauteil materialschonend hergestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verbundbauteil bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a production method with which a composite component can be produced in a material-friendly manner. A further object of the invention is to provide a corresponding composite component.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit den Verfahrensschritten:

  1. a) Vorformen eines biegeschlaffen Bauteils zu einem weniger biegeschlaffen Vorformbauteil;
  2. b) Hinterspritzen oder Hinterspritzprägen des Vorformbauteils mit einem Kunststoff.
This object is achieved according to the invention by a method for producing a composite component with the method steps:
  1. a) Preforming a limp component into a less limp preform component;
  2. b) back-injection molding or back-injection embossing of the preformed component with a plastic.

Wenn das biegeschlaffe Bauteil, also beispielsweise ein Bauteil aus einem Textil, Leder, Kunststoff oder einer Folie vorgeformt wird und das dadurch erreichte Vorformbauteil einem Spritzgusswerkzeug zugeführt wird, sind beim Hinterspritzprägen geringere Drücke notwendig, um das so entstandene Vorformbauteil zu hinterspritzen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher materialschonender als die bekannten Verfahren. Es können somit andere Materialien zum Einsatz kommen als bei der herkömmlichen Herstellung von Verbundbauteilen. Die biegeschlaffen Bauteile können Dekormaterialien sein aber auch zusätzliche oder alternative Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die biegeschlaffen Bauteile beim fertigen Verbundelement zusätzliche Funktionen als die eines reinen Dekorelements erfüllen.If the limp component, for example a component made of textile, leather, plastic or film, is preformed and the resulting preformed component is fed into an injection mold, lower pressures are required for back-injection compression molding in order to back-inject the resulting preformed component. The method according to the invention is therefore gentler on the material than the known methods. This means that other materials can be used than in the conventional production of composite components. The limp components can be decorative materials, but they can also have additional or alternative properties. In particular, the limp components in the finished composite element can fulfill additional functions than those of a pure decorative element.

Dadurch, dass zunächst ein weniger biegeschlaffes Vorformbauteil erzeugt wird, kann eine Faltenbildung beim Hinterspritzen vermieden werden, wenn eine Hinterspritzprägetechnologie angewendet wird. Probleme mit Faltenbildung entstehen, wenn flache biegeschlaffe Materialien konventionell hinterspritzt werden.Due to the fact that a less pliable preform component is initially produced, wrinkling during back injection can be avoided if back injection-compression molding technology is used. Problems with the formation of wrinkles arise when flat, flexible materials are conventionally back-injected.

Dabei kann das Hinterspritzen beispielsweise zweistufig erfolgen, wobei zunächst Kunststoff mit einem geringeren Druck in ein geöffnetes oder sich öffnendes Spritzgießwerkzeug eingebracht wird und anschließend, mittels eines Prägehubs des Formstempels die Spritzgussmasse mit geringem Druck verteilt wird. Gegen Ende des Prägehubs ist es notwendig, einen höheren Nachdruck in die Kavität einzubringen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Vorformbauteil durch den bereits teilweise versiegelten oder eingefrorenen Kunststoff so weit fixiert, dass keine weitere Beanspruchung des Vorformbauteils durch den erhöhten Druck zu befürchten ist. Ein Verziehen des Vorformbauteils während des Hinterspritzprozesses ist dadurch weitestgehend ausgeschlossen.In this case, back injection can take place in two stages, for example, with plastic first being introduced at a lower pressure into an open or opening injection mold and then the injection molding compound being distributed at low pressure by means of a stamping stroke of the mold stamp. Towards the end of the embossing stroke, it is necessary to apply greater holding pressure to the cavity. At this point in time, the preform component is fixed by the already partially sealed or frozen plastic to such an extent that there is no risk of further stress on the preform component due to the increased pressure. As a result, warping of the preform component during the back-injection process is largely ruled out.

Das Vorformen kann vorzugsweise unter Wärmeeinwirkung erfolgen. Ein biegeschlaffes Bauteil, welches Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff ausgebildet ist, wird durch Erwärmen leichter verformbar. Beim anschließenden Abkühlen behält das geformte Teil seine Form, sodass ein mehr oder weniger starres bzw. steifes Vorformbauteil entsteht. Weist das biegeschlaffe Bauteil Naturfasern, wie beispielsweise Filz, Wolle oder Flachs auf, kann unter Wärmeeinwirkung eine chemische und/oder physikalische Reaktion ausgelöst werden, die auch dazu führt, dass das in Form gebrachte biegeschlaffe Bauteil nach dem Abkühlen seine Form weitestgehend behält.The preforming can preferably be carried out under the action of heat. A pliable component, which has plastic or is made of plastic, becomes more easily deformable by heating. Upon subsequent cooling, the molded part retains its shape, resulting in a more or less rigid or stiff preform component. If the limp component has natural fibers, such as felt, wool or flax, a chemical and/or physical reaction can be triggered under the influence of heat, which also means that the limp component that has been shaped largely retains its shape after cooling.

Das Hinterspritzen kann in einem Spritzgussprägewerkzeug erfolgen. In einem solchen Werkzeug wird eine Kombination aus Spritzgießen und Prägen durchgeführt, was bei geringeren Drücken besonders materialschonend für das Vorformbauteil ausgeführt werden kann.Back injection can take place in an injection molding tool. A combination of injection molding and embossing is carried out in such a tool, which can be carried out at lower pressures in a particularly gentle manner for the preformed component.

Das biegeschlaffe Bauteil kann mit einem Kunststoff imprägniert werden. Wird ein mit Kunststoff, zum Beispiel ABS, imprägniertes biegeschlaffes Bauteil unter Erwärmung verformt, so erstarrt der Kunststoff nach dem Abkühlen und behält das vorgeformte biegeschlaffe Bauteil weitestgehend seine Form, sodass ein Vorformbauteil entsteht, welches weniger biegeschlaff ist als das ursprüngliche biegeschlaffe Bauteil.The limp component can be impregnated with a plastic. If a limp component impregnated with plastic, for example ABS, is deformed when heated, the plastic solidifies after cooling and the preformed limp component largely retains its shape, resulting in a preformed component that is less limp than the original limp component.

Das Vorformbauteil kann insbesondere mit einem Laser beschnitten werden. Somit kann das Vorformbauteil auf seine gewünschte Form bzw. Außenkontur gebracht werden, ehe es in das Spritzgussprägewerkzeug eingelegt wird. Zum Beschneiden kann das Vorformbauteil in einen Halter eingespannt werden, sodass es seine Position während des Beschneidens nicht verändert.The preform component can in particular be trimmed with a laser. In this way, the preformed component can be brought to its desired shape or outer contour before it is placed in the injection-compression molding tool. For trimming, the preform component can be clamped in a holder so that it does not change its position during trimming.

Auf das biegeschlaffe Bauteil kann vor dem Verformen ein Heizleiter aufgebracht werden, insbesondere aufgestickt werden. Dadurch ist es möglich, das hergestellte Verbundbauteil später zu erwärmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Heizleiter aufgestickt ist. Dadurch weist der Heizleiter eine gewisse Beweglichkeit relativ zum biegeschlaffen Bauteil auf und kann bei der Verformung ohne Beschädigung des Heizleiters den Konturen des biegeschlaffen Bauteils bzw. des hergestellten Vorformbauteils folgen. Insbesondere kann der Heizleiter mittels eines Fadens bzw. einer festgelegten Nähgeometrie an dem biegeschlaffen Bauteil befestigt werden, wobei die Fixierung mittels Faden es erlaubt, dass der Heizleiter relativ zum biegeschlaffen Bauteil bewegbar ist. Dadurch kann eine mechanische Beanspruchung des Heizleiters vermieden werden.A heat conductor can be applied, in particular embroidered, to the limp component before the deformation. This makes it possible to later heat the composite component produced. It is particularly advantageous if the heating conductor is embroidered. As a result, the heating conductor has a certain mobility relative to the limp component and can follow the contours of the limp component or the preform component produced during the deformation without damaging the heating conductor. In particular, the heating conductor can be attached to the limp component by means of a thread or a defined sewing geometry, with the fixing by means of thread allowing the heating conductor to be movable relative to the limp component. As a result, mechanical stress on the heating conductor can be avoided.

Vorzugsweise kann der Heizleiter schleifenförmig oder mäanderförmig an dem biegeschlafen Bauteil mittels einer Nähgeometrie angebracht werden. The heating conductor can preferably be attached to the flexible component in a loop or meander shape by means of a sewing geometry.

Beim Hinterspritzen kann zunächst Spritzgussmasse in das Spritzgussprägewerkzeug bei noch teilweise geöffnetem Spritzgussprägewerkzeug eingebracht werden und anschließend kann das Spritzgussprägewerkzeug geschlossen werden. Dadurch, dass das Spritzgussprägewerkzeug zunächst teilweise geöffnet ist, kann der Spritzkuchen mit geringem Druck von beispielsweise etwa 50 bar eingebracht werden. Dies verhindert die Beschädigung des Vorformbauteils. Wenn der Spritzkuchen eingebracht ist, kann das Spritzgussprägewerkzeug weiter geschlossen werden. Der Spritzkuchen füllt dabei die restlichen Räume aus. Durch entsprechenden Nachdruck an einer Einspritzdüse kann der Hohlraum im Spritzgussprägewerkzeug komplett ausgedrückt werden und Schwund kompensiert werden. Während das Spritzgussprägewerkzeug sich schließt, erfolgt eine Vorfixierung des Vorformbauteils durch den Spritzkuchen und der sich ausbreitenden Fließfront des Plastmaterials, wodurch es möglich ist, anschließend mit einem höheren Nachdruck zu arbeiten, ohne das Vorformbauteil zu verformen oder zu beschädigen.In the case of back injection molding, injection molding compound can first be introduced into the injection molding tool while the injection molding tool is still partially open, and then the injection molding tool can be closed. Due to the fact that the injection molding tool is initially partially open, the injection cake can be introduced with a low pressure of, for example, about 50 bar. This prevents damage to the preform assembly. When the injection cake has been introduced, the injection molding tool can be closed further. The spritz cake fills the remaining spaces. The cavity in the injection molding tool can be completely ejected and shrinkage compensated for by applying appropriate pressure to an injection nozzle. As the injection stamping tool closes, the preform component is pre-fixed by the injection cake and the expanding flow front of the plastic material, making it possible to subsequently work with a higher holding pressure without deforming or damaging the preform component.

In den Rahmen Erfindung fällt außerdem ein dreidimensionales Verbundbauteil, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sein kann. Das dreidimensionale Verbundbauteil weist eine aus einem ursprünglich biegeschlaffen Bauteil ausgebildetes Vorformbauteil und einen Kunststoffträger auf, an dem das Vorformbauteil befestigt ist. Insbesondere ist das Vorformbauteil mit dem Kunststoff des Kunststoffträgers hinterspritzt und mittels der Hinterspritzprägetechnik verbunden worden. Das mit dem Kunststoffträger verbundene ursprünglich biegeschlaffe Bauteil ist selbstverständlich nicht mehr biegeschlaff, sondern durch Vernetzung mit dem Kunststoffträger ausgesteift.A three-dimensional composite component, which can be produced by the method according to the invention, also falls within the scope of the invention. The three-dimensional composite component has a preformed component formed from an originally pliable component and a plastic carrier to which the preformed component is attached. In particular, the preformed component is back-injected with the plastic of the plastic carrier and connected by means of the back-injection stamping technique. The originally limp component connected to the plastic carrier is, of course, no longer limp, but reinforced by cross-linking with the plastic carrier.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Vorformbauteil an dem Kunststoffträger klebstofffrei befestigt ist. Somit kann ein nachträgliches Abdampfen von Klebstoffen verhindert werden. Dennoch weist das erfindungsgemäße Verbundbauteil eine bessere Bindung bzw. Vernetzung zwischen dem biegeschlaffen Bauteil bzw. Vorformbauteil und dem Kunststoffträger auf als herkömmliche Verbundelemente.Particular advantages result when the preform component is attached to the plastic carrier without adhesive. This prevents adhesives from evaporating later. Nevertheless, the composite component according to the invention has a better bond or crosslinking between the pliable component or preformed component and the plastic carrier than conventional composite elements.

Das Vorformbauteil kann als Textil, insbesondere als Filz, Gewebe, Gestrick, Vlies oder Gewirk ausgebildet sein. Wenn das Vorformbauteil die Sichtfläche des Verbundbauteils bildet, können auf diese Art und Weise verschiedene Dekorschichten realisiert werden. Das Vorformbauteil kann Kunststoff und/oder Carbon aufweisen. Wenn das biegeschlaffe Bauteil Kunststoff aufweist oder aus einem solchen ausgebildet ist, beispielsweise aus Polyester ausgebildet ist, kann das biegeschlaffe Bauteil unter Wärmeeinwirkung problemlos vorgeformt werden, sodass ein Vorformbauteil entsteht, das anschließend mit der Hinterspritz- oder Spritzprägetechnologie weiter bearbeitet werden kann.The preform component can be designed as a textile, in particular as a felt, woven fabric, knitted fabric, nonwoven fabric or warp-knitted fabric. If the preform component forms the visible surface of the composite component, different decorative layers can be realized in this way. The preform component can have plastic and/or carbon. If the pliable component has plastic or is made of such a material, for example made of polyester, the pliable component can be preformed under the action of heat without any problems, resulting in a preformed component that can then be further processed using back-injection or injection-compression molding technology.

Wenn das Vorformbauteil Carbon aufweist, insbesondere als Gewebe aus Carbon ausgebildet ist, kann ein Verbundteil ausgebildet werden, welches Kräfte besonders gut aufnehmen kann. Ein solches Verbundbauteil ist bei geringem Gewicht sehr stabil. Es kann beispielsweise bei Fahrzeugen als Kollisionsschutz zum Einsatz kommen. Die Schicht aus ursprünglich biegeschlaffem Material weist somit weitere Funktionseigenschaften auf als eine rein dekorative Funktion. Inbesondere kann das Vorformbauteil einen Träger, insbesondere einen textilen Träger aufweisen, auf dem Fasergelege angeordnet sind. Die Fasergelege können Faserstränge, z.B. aus Carbonfasern, sein, die mittels einer Näh- oder Sticktechnik auf dem Träger fixiert sind. Durch die Faserstränge kann das Vorformbauteil und damit das Verbundbauteil gezielt lokal verstärkt werden. Insbesondere können die Faserstränge belastungsgerecht angeordnet sein. Die Faserstränge können in mehreren Lagen und sich kreuzend verlegt sein.If the preform component has carbon, in particular is designed as a woven fabric made of carbon, a composite part can be formed which can absorb forces particularly well. Such a composite component is very stable with a low weight. It can be used, for example, in vehicles as collision protection. The layer originally made of limp material, it therefore has additional functional properties than a purely decorative function. In particular, the preformed component can have a carrier, in particular a textile carrier, on which fiber fabrics are arranged. The fiber layer can be fiber strands, for example made of carbon fibers, which are fixed to the carrier by means of a sewing or embroidery technique. The preform component and thus the composite component can be locally reinforced in a targeted manner by the fiber strands. In particular, the fiber strands can be arranged according to the load. The fiber strands can be laid in several layers and crossing one another.

Alternativ kann das Vorformbauteil eine Naturfaser, wie beispielsweise Flachs, aufweisen.Alternatively, the preform component may comprise a natural fiber such as flax.

Das Verbundbauteil kann einen Heizleiter aufweisen. Beispielsweise kann ein Heizleiter in das ursprünglich biegeschlaffe Bauteil eingewebt oder eingestrickt sein. Alternativ ist es denkbar, dass der Heizleiter schleifenförmig oder mäanderförmig an dem Vorformbauteil angeordnet ist, insbesondere aufgestickt ist.The composite component can have a heating conductor. For example, a heating conductor can be woven or knitted into the originally flexible component. Alternatively, it is conceivable that the heating conductor is arranged in a loop or in a meandering manner on the preformed component, in particular is embroidered.

Wenn das biegeschlaffe Bauteil als Gewebe ausgebildet ist, kann es beispielsweise so gewebt sein, dass mechanisch beanspruchte Stellen verstärkt sind. Durch ein Gewebe können beispielsweise Zugkräfte aufgenommen werden, während durch den Kunststoffträger Druckkräfte aufgenommen werden können. So kann ein besonders stabiles Verbundbauteil realisiert werden.If the limp component is designed as a fabric, it can be woven, for example, in such a way that mechanically stressed areas are reinforced. For example, tensile forces can be absorbed by a fabric, while compressive forces can be absorbed by the plastic carrier. A particularly stable composite component can be realized in this way.

Wenn das Verbundbauteil einen Heizleiter aufweist, entsteht ein multifunktionales Bauteil. Solche Bauteile können besonders vorteilhaft in der Automobilbranche eingesetzt werden. Insbesondere können Interieurelemente als Infrarotstrahler ausgebildet werden. Auch in anderen Bereichen, wie zum Beispiel in Gebäuden, bei Sitzen in Sportstadien oder bei Büroausstattungen können derartige Verbundbauteile zum Einsatz kommen. Die Verwendung eines Heizleiters hat den Vorteil, dass eine flexible Erwärmung möglich ist. Es kann eine schnelle Reaktion der Heizung erfolgen. Die Heizleistung kann wesentlich effektiver übertragen und gesteuert werden als bei anderen Heizquellen. Damit lässt sich Energie sparen. Die Wärme kann direkt an Objekte abgegeben werden und nicht an die Luft. Der Wärmeverlust kann dadurch verringert werden. Infrarotwärme bzw. Strahlungswärme benötigt keine Luftzirkulation und ist somit geräuschlos. Außerdem wird Infrarotwärme als besonders behaglich empfunden.If the composite component has a heat conductor, a multifunctional component is created. Such components can be used particularly advantageously in the automotive industry. In particular, interior elements can be designed as infrared radiators. Such composite components can also be used in other areas, such as in buildings, for seats in sports stadiums or for office equipment. The use of a heating conductor has the advantage that flexible heating is possible. The heater can react quickly. The heat output can be transferred and controlled much more effectively than with other heat sources. This saves energy. The heat can be given off directly to objects and not to the air. This can reduce heat loss. Infrared heat or radiant heat does not require air circulation and is therefore noiseless. Infrared heat is also felt to be particularly comfortable.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn ein solches Verbundbauteil in einem Elektrofahrzeug verwendet wird. Fahrzeuge mit Elektroantrieb haben aufgrund des fehlenden Verbrennungsmotors keine Abwärme aus einem Kühlersystem. Weiterhin besteht die Anforderung, den Stromverbrauch durch Assistenzsysteme, wie Heizung und Klimaanlage, möglichst gering zu halten. Wenn demnach auf eine Konvektionsheizung verzichtet und stattdessen eine effektivere Heizung eingesetzt werden kann, wird die Batterie eines Elektrofahrzeugs weniger stark belastet, was die Reichweite eines Elektrofahrzeugs positiv beeinflusst.Particular advantages result when such a composite component is used in an electric vehicle. Vehicles with electric drive have no waste heat from a cooling system due to the lack of a combustion engine. There is also a requirement to keep the power consumption of assistance systems, such as heating and air conditioning, as low as possible. If convection heating is not used and a more effective heating can be used instead, the battery of an electric vehicle is less heavily loaded, which has a positive effect on the range of an electric vehicle.

Weiterhin ist es möglich, Bedienelemente, beispielsweise eines Kommunalfahrzeugs, beheizbar auszugestalten, indem zumindest ein Teil des Bedienelements durch ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil mit Heizleiter ausgebildet wird. Auch weitere Komponenten von Fahrzeugen können durch ein beheizbares Verbundbauteil ausgebildet werden, wie beispielsweise eine Armlehne, eine Mittelkonsole, ein Türmittelfeld, etc. Auch Decken- oder Bodenelemente von Gebäuden können mit einem multifunktionalen Verbundbauteil ausgebildet werden.Furthermore, it is possible to design control elements, for example of a municipal vehicle, to be heatable, in that at least part of the control element is formed by a composite component according to the invention with a heating conductor. Other vehicle components can also be formed using a heatable composite component, such as an armrest, a center console, a door center panel, etc. Ceiling or floor elements of buildings can also be formed using a multifunctional composite component.

Der Heizleiter kann in einem Eckbereich oder einem Kantenbereich des Verbundbauteils angeordnet sein. Dies ist möglich, da der Heizleiter vor der Herstellung des Verbundbauteils bereits an dem biegeschlaffen Bauteil angeordnet werden kann und während des Hinterspritzprägens des biegeschlaffen Bauteils bzw. des daraus gebildeten Vorformbauteils nicht beschädigt wird.The heating conductor can be arranged in a corner area or an edge area of the composite component. This is possible because the heating conductor can already be arranged on the limp component before the production of the composite component and is not damaged during the back injection molding of the limp component or the preform component formed therefrom.

Das Verbundbauteil kann einen Sensor aufweisen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, mit dem Verbundbauteil einen Stoßfänger eines Fahrzeugs mit Abstandssensoren auszubilden oder zu ergänzen und dadurch ein verbessertes Abstandssensorensystem zu schaffen. Dabei kann das biegeschlaffe Bauteil beispielsweise aus Carbonfasern ausgebildet sein, um dadurch die Stabilität des Stoßfängers lokal oder flächig zu verbessern. Mithilfe des Heizleiters kann im Bereich der Sensoren gezielt geheizt werden, sodass ein Vereisen der Sensoren vermieden werden kann und die Funktionsfähigkeit des Sensors auch bei Frost sichergestellt werden kann.The composite component can have a sensor. This makes it possible, for example, to use the composite component to construct or supplement a bumper of a vehicle with distance sensors, thereby creating an improved distance sensor system. The flexible component can be made of carbon fibers, for example, in order to improve the stability of the bumper locally or over a large area. The heat conductor can be used to heat in a targeted manner in the area of the sensors, so that the sensors can be prevented from icing up and the functionality of the sensor can be ensured even in frost.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Verbundbauteil zumindest ein Bedienelement aufweist. Beispielsweise kann das Verbundbauteil einen Taster aufweisen. Dies bietet dann Vorteile, wenn das Verbundbauteil als Joystick einer Maschine zum Einsatz kommt. Außerdem kann das Verbundbauteil, wenn es beispielsweise als Türelement eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt, Schalter für das Öffnen und Schließen von Fenstern aufweisen.Further advantages arise when the composite component has at least one operating element. For example, the composite component can have a button. This offers advantages when the composite component is used as a joystick on a machine. In addition, if the composite component is used, for example, as a door element of a vehicle, it can have switches for opening and closing windows.

Weiterhin ist es denkbar, das Verbundbauteil auf der Seite des Vorformbauteils mit einer weiteren Schicht, z.B. einer TPE-Schicht oder einem gummiähnlichen Thermoplast für einen Boden eines Fahrzeugs, zu beschichten. Auch eine Ladeschale für ein mobiles Endgerät kann auf diese Weise ausgebildet werden.Furthermore, it is conceivable to combine the composite component on the side of the preformed component with a further layer, for example a TPE layer or a rubber-like thermoplastic for a floor of a vehicle stuff to coat. A charging cradle for a mobile terminal device can also be designed in this way.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Zieh-Prägewerkzeug zur Herstellung eines Vorformbauteils aus einem biegeschlaffen Bauteil, mit einem Stempel und einer Matrize, die relativ zueinander bewegbar sind, und einer Aufnahme zur Aufnahme des biegeschlaffen Bauteils. Mit einem solchen Werkzeug kann aus einem biegeschlaffen Bauteil ein relativ formstabiles Vorformbauteil hergestellt werden, das anschließend in ein Spritzgussprägewerkzeug zum Hinterspritzprägen mit Kunststoff eingesetzt werden kann.The scope of the invention also includes a drawing/embossing tool for producing a preform component from a limp component, with a punch and a die that can be moved relative to one another, and a receptacle for receiving the limp component. With such a tool, a relatively dimensionally stable preformed component can be produced from a pliable component, which preformed component can then be used in an injection molding tool for back injection molding with plastic.

Dabei kann die Aufnahme plattenförmig ausgebildet sein und eine Durchgangsöffnung aufweisen, in deren Bereich das biegeschlaffe Bauteil anordenbar ist. Das biegeschlaffe Bauteil kann demnach flach im Bereich der Durchgangsöffnung angeordnet werden. Anschließend können Matrize und Stempel zusammengeführt werden und zwischen sich das biegeschlaffe Bauteil einschließen und verformen. Die Aufnahme für das biegeschlaffe Bauteil verhindert eine Faltenbildung beim Verformen.The receptacle can be designed in the form of a plate and have a through-opening in the area of which the limp component can be arranged. The pliable component can therefore be arranged flat in the area of the through-opening. The die and punch can then be brought together and enclose and deform the limp component between them. The mount for the flexible component prevents creases from forming during deformation.

Die Aufnahme kann eine in der Höhe einstellbare Ziehebene darstellen. Sie kann relativ zu Matrize nicht bewegbar sein und das biegeschlaffe Bauteil einspannen.The recording can represent a height-adjustable drawing plane. It cannot be movable relative to the die and can clamp the limp component.

Der Stempel und/oder die Matrize können erwärmbar sein. Dadurch lässt sich das Verformen und Herstellen eines Vorformbauteils besonders einfach realisieren. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das biegeschlaffe Bauteil Naturfasern oder Kunststoff aufweist. Beispielsweise kann das biegeschlaffe Bauteil mit Kunststoff eingestrichen sein oder mit Kunststoff imprägniert sein. Das Erwärmen kann über einen Heizkreislauf im Stempel und/oder in der Matrize erfolgen.The stamp and/or the die can be heatable. As a result, the shaping and production of a preformed component can be implemented in a particularly simple manner. For this purpose it is advantageous if the pliable component has natural fibers or plastic. For example, the limp component can be coated with plastic or impregnated with plastic. The heating can take place via a heating circuit in the punch and/or in the die.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims.

Es zeigen

  • 1 eine teilweise geschnittene Explosionsdarstellung eines Werkzeugs zur Erstellung einer Vorform;
  • 2 eine Schnittdarstellung durch das Werkzeug gemäße der 1 mit eingelegtem biegeschlaffem Bauteil;
  • 3 eine Schnittdarstellung durch das Werkzeug gemäß 1 im geschlossenen Zustand;
  • 4 eine Ansicht eines Vorformbauteils;
  • 5 eine Schnittdarstellung eines Hinterspritzprägewerkzeugs;
  • 6 eine Ansicht eines Verbundbauteils;
  • 7 eine Schnittdarstellung des Verbundbauteils.
Show it
  • 1 a partially sectioned exploded view of a tool for creating a preform;
  • 2 a sectional view through the tool according to the 1 with inserted flexible component;
  • 3 a sectional view through the tool according to FIG 1 when closed;
  • 4 a view of a preform component;
  • 5 a sectional view of an injection molding tool;
  • 6 a view of a composite component;
  • 7 a sectional view of the composite component.

Die 1 zeigt ein Werkzeug 10 zur Herstellung eines Vorformbauteils aus einem biegeschlaffen Bauteil. Das Werkzeug 10 weist dazu eine Stempelplatte 12 mit daran angeordnetem Stempel 14 auf. Der Stempel 14 kann mit einer an einer Matrizenplatte 16 angeordneten Matrize 18 zusammenwirken. Zur Aufnahme des biegeschlaffen Bauteils ist eine plattenförmiges Aufnahme 20 vorgesehen. Die Stempelplatte 12, die Aufnahme 20 und die Matrizenplatte 16 sind entlang von Führungen 22 geführt. Die Bewegung der Matrizenplatte 16 relativ zur Stempelplatte 12 erfolgt über einen Zylinder 24. Mit der Bezugsziffer 26 sind Druckregelventile bezeichnet. Unterschiedliche Distanzscheiben 28, die in die Aufnahme 20 eingesetzt sind, können verwendet werden, in Abhängigkeit von der Dicke des biegeschlaffen Bauteils. Die Aufnahme 20 weist eine Durchgangsöffnung 30 auf, durch die der Stempel 14 ragt. Ein zu verformendes biegeschlaffes Bauteil kann auf die Aufnahme 20 im Bereich der Durchgangsöffnung 30 aufgelegt werden. Zu diesem Zweck weist die Aufnahme 20 eine Vertiefung 32 auf.the 1 shows a tool 10 for producing a preformed component from a flexible component. For this purpose, the tool 10 has a stamping plate 12 with a stamp 14 arranged thereon. The punch 14 can interact with a die 18 arranged on a die plate 16 . A plate-shaped receptacle 20 is provided to accommodate the flexible component. The stamp plate 12, the receptacle 20 and the die plate 16 are guided along guides 22. The movement of the die plate 16 relative to the stamp plate 12 takes place via a cylinder 24. The reference number 26 designates pressure control valves. Different shims 28 installed in the socket 20 can be used depending on the thickness of the pliable component. The receptacle 20 has a through-opening 30 through which the plunger 14 protrudes. A flexible component to be deformed can be placed on the receptacle 20 in the area of the through-opening 30 . The receptacle 20 has a depression 32 for this purpose.

Der Darstellung der 2 kann man entnehmen, dass ein biegeschlaffes Bauteil 40 über der Durchgangsöffnung 30 auf der Aufnahme 20 angeordnet wurde. Im gezeigten Zustand weist das biegeschlaffe Bauteil eine flache, ebene Ausgestaltung, auch Ziehebene genannt, auf.The representation of 2 it can be seen that a limp component 40 was arranged over the through-opening 30 on the receptacle 20 . In the state shown, the limp component has a flat, planar configuration, also referred to as a drawing plane.

Der 3 ist zu entnehmen, dass anschließend die Stempelplatte 12 und die Matrizenplatte 16 aufeinander zu bewegt wurden, sodass das biegeschlaffe Bauteil 40 zwischen dem Stempel 14 und der Matrize 18 angeordnet ist und verformt wurde. Dabei können der Stempel 14 und/oder die Matrize 18 erwärmt werden. Unter Wärmeeinfluss und anschließender Abkühlung behält das biegeschlaffe Bauteil 40 seine Form, sodass ein Vorformbauteil 42 entsteht.Of the 3 It can be seen that the punch plate 12 and the die plate 16 were then moved towards one another, so that the pliable component 40 is arranged between the punch 14 and the die 18 and was deformed. In this case, the punch 14 and/or the die 18 can be heated. Under the influence of heat and subsequent cooling, the pliable component 40 retains its shape, so that a preformed component 42 is formed.

Ein solches Vorformbauteil 42 ist in der 4 dargestellt. Das Vorformbauteil 42 ist in diesem Fall aus einem biegeschlaffen Bauteil in Form eines Vlies hergestellt. Das Vorformbauteil 42 weist hier einen Heizleiter 44 auf, der wellen- und schleifenförmig verlegt ist. Der Heizleiter 44 wurde bereits auf das biegeschlaffe Bauteil 40 vor dessen Verformung aufgebracht, insbesondere mittels Sticken an dem biegeschlaffen Bauteil 40 befestigt. Zu erkennen ist, dass sich der Heizleiter 44 auch in Kantenbereiche 46 des dreidimensionalen Vorformbauteils 42 erstreckt. Anschließend kann das Vorformbauteil 42, beispielsweise mittels eines Lasers, in Form geschnitten werden, sodass es passgenau in ein Spritzgussprägewerkzeug eingelegt werden kann.Such a preform component 42 is in the 4 shown. In this case, the preform component 42 is produced from a flexible component in the form of a fleece. The preform component 42 has a heating conductor 44 here, which is laid in the form of waves and loops. The heating conductor 44 has already been applied to the limp component 40 before it is deformed, in particular fastened to the limp component 40 by means of embroidery. It can be seen that the heating conductor 44 also extends into edge regions 46 of the three-dimensional preformed component 42 . Subsequently, the preformed component 42 can be cut into shape, for example by means of a laser, so that it can be inserted with a precise fit into an injection molding tool.

Ein Spritzgussprägewerkzeug 50 ist der 5 gezeigt. Das Spritzgussprägewerkzeug 50 weist ein erstes Formteil 52 auf, welches entsprechend der Form des Vorformbauteils 42 ausgebildet ist. Dadurch kann das Vorformbauteil 42 in das Formteil 52 eingesetzt werden. Zwischen dem ersten Formteil 52 und einem zweiten Formteil 54 wird zunächst ein Abstand gelassen, d. h. das Spritzgussprägewerkzeug 50 wird nicht vollständig geschlossen. Bei nicht vollständig geschlossenem Spritzgussprägewerkzeug 50 wird über einen Heißkanal mit Nadelverschluss 56 Spritzgussmasse bei einem Druck im Bereich von etwa 50 - 100 bar in den Zwischenraum zwischen den beiden Formteilen 52, 54 eingebracht. Somit entsteht ein Spritzkuchen an der Rückseite des Vorformbauteils 42. Anschließend können die Formteile 52, 54 weiter aufeinander zu bewegt werden, sodass der Hohlraum zwischen den beiden Formteilen 52, 54 verringert wird und der Spritzkuchen in dem Hohlraum zwischen beiden Formteilen 52, 54 verteilt wird und vollflächig in Kontakt mit dem Vorformbauteil 42 gelangt. Der Innendruck in im Hohlraum bzw. in der Kavität erhöht sich gegen Ende des Prägehubs auf ca. 100-150 bar. Über wechselbare Distanzplatten 58 kann eingestellt werden, wie weit das Spritzgussprägewerkzeug 50 geschlossen werden kann.An injection stamping tool 50 is the 5 shown. The injection stamping tool 50 has a first mold part 52 which is designed in accordance with the shape of the preform component 42 . As a result, the preform component 42 can be inserted into the mold part 52 . A distance is initially left between the first mold part 52 and a second mold part 54, ie the injection-compression molding tool 50 is not completely closed. If the injection molding die 50 is not completely closed, injection molding compound is introduced into the intermediate space between the two mold parts 52, 54 at a pressure in the range of approximately 50-100 bar via a hot runner with needle valve 56. This creates a spray cake on the rear side of the preform component 42. The mold parts 52, 54 can then be moved further towards one another, so that the cavity between the two mold parts 52, 54 is reduced and the spray cake is distributed in the cavity between the two mold parts 52, 54 and comes into contact with the preform component 42 over the entire surface. The internal pressure in the cavity increases towards the end of the embossing stroke to approx. 100-150 bar. Exchangeable spacer plates 58 can be used to set how far the injection molding tool 50 can be closed.

Das Einbringen des Spritzkuchens mit geringem Druck verhindert die Beschädigung des Vorformbauteils 42. Bei geschlossenen Spritzgussprägewerkzeug 50 kann ein entsprechender Nachdruck eingebracht werden und die Kavität zwischen den Formteilen 52, 54 vollständig mit Spritzgussmaterial, insbesondere Kunststoff, als Ausgleich zur Materialschwindung gefüllt werden. Nach Ablauf einer Kühlzeit zum Erstarren des Spritzgussmaterials kann das Spritzgussprägewerkzeug 50 geöffnet werden und ein nun gewonnenes Verbundbauteil entnommen werden. Das Entnehmen des Verbundbauteils ebenso wie das Bestücken des Spritzgussprägewerkzeugs 50 mit dem Vorformbauteil 42 kann manuell oder auch mittels Robotern erfolgen.The introduction of the injection cake with low pressure prevents damage to the preform component 42. When the injection molding die 50 is closed, a corresponding holding pressure can be introduced and the cavity between the mold parts 52, 54 can be completely filled with injection molding material, in particular plastic, to compensate for the material shrinkage. After a cooling time has elapsed for the injection molding material to solidify, the injection molding stamping tool 50 can be opened and a composite component that has now been obtained can be removed. The removal of the composite component as well as the loading of the injection molding tool 50 with the preformed component 42 can be carried out manually or by means of robots.

Die 6 zeigt ein Verbundbauteil 60 mit einem aus der Spritzgussmasse gebildeten Träger 62, insbesondere aus Kunststoff, und dem Vorformteil 42, welches aus dem biegeschlaffen Bauteil 40 hergestellt wurde. In der 6 ist das Vorformteil 42 von der anderen Seite zu sehen im Vergleich zur 4. Hier sind Anschlüsse 64 ,66 für den Heizleiter 44 zu erkennen.the 6 shows a composite component 60 with a carrier 62 formed from the injection molding compound, in particular made of plastic, and the preformed part 42, which was produced from the pliable component 40. In the 6 is the preform part 42 seen from the other side compared to 4 . Connections 64, 66 for the heating conductor 44 can be seen here.

Die 7 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Verbundbauteil 60. Hier ist zu erkennen, dass das Vorformbauteil 42 mit dem Spritzgussmaterial hinterspritzt ist und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Vorformbauteil 42 und dem Träger 62 besteht.the 7 shows a sectional view through the composite component 60. It can be seen here that the preformed component 42 is back-injected with the injection molding material and there is a positive connection between the preformed component 42 and the carrier 62.

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (60) mit den Verfahrensschritten: a. Vorformen eines biegeschlaffen Bauteils (40) zu einem weniger biegeschlafen Vorformbauteil (42), b. Hinterspritzen oder Hinterspritzprägen des Vorformbauteils (42) mit einem Kunststoff.Method for producing a composite component (60) with the method steps: a. Preforming a limp component (40) into a less limp preform component (42), b. Back injection molding or back injection embossing of the preform component (42) with a plastic. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen unter Wärmeeinwirkung erfolgt.procedure after claim 1 , characterized in that the preforming takes place under the action of heat. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterspritzen in einem Spritzgussprägewerkzeug (50) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the back injection takes place in an injection molding tool (50). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das biegeschlaffe Bauteil (40) mit einem Kunststoff imprägniert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pliable component (40) is impregnated with a plastic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformbauteil (42), insbesondere mit einem Laser, beschnitten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the preform component (42) is trimmed, in particular with a laser. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das biegeschlafe Bauteil (40) vor dem Verformen ein Heizleiter (44) aufgebracht wird, insbesondere aufgestickt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a heating conductor (44) is applied, in particular embroidered, to the flexible component (40) before the deformation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hinterspritzen zunächst Spritzgussmasse in das Spritzgussprägewerkzeug (50) bei noch teilweise geöffnetem Spritzgussprägewerkzeug (50) eingebracht wird und anschließend das Spritzgussprägewerkzeug (50) geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when back-injecting, injection molding compound is first introduced into the injection molding tool (50) with the injection molding tool (50) still partially open and then the injection molding tool (50) is closed. Dreidimensionales Verbundbauteil (60), insbesondere hergestellt in einem Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, mit einem aus einem biegeschlaffen Bauteil (40) ausgebildeten Vorformbauteil (42) und einem Kunststoffträger (62), an dem das Vorformbauteil (42) befestigt ist.Three-dimensional composite component (60), in particular produced in a method according to one of the preceding claims, with a preformed component (42) formed from a pliable component (40) and a plastic carrier (62) to which the preformed component (42) is attached. Verbundbauteil dadurch gekennzeichnet, dass Vorformbauteil (42) an dem Kunststoffträger (62) klebstofffrei befestigt ist.Composite component, characterized in that the preformed component (42) is attached to the plastic carrier (62) without adhesive. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformbauteil (42) als Textil, insbesondere als Filz, Gewebe, Gestrick, Vlies oder Gewirk ausgebildet ist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the preform component (42) is designed as a textile, in particular as a felt, woven fabric, knitted fabric, fleece or warp-knitted fabric. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformbauteil (42) Kunststoff, eine Naturfaser und/oder Carbon aufweist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the preformed component (42) has plastic, a natural fiber and/or carbon. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (60) einen Heizleiter (44) aufweist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the composite component (60) has a heating conductor (44). Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (44) schleifenförmig oder mäanderförmig an dem Vorformbauteil (42) angeordnet ist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor (44) is arranged in a loop or in a meandering manner on the preformed component (42). Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (44) in einem Eckbereich oder einem Kantenbereich des Verbundbauteils (60) angeordnet ist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor (44) is arranged in a corner region or an edge region of the composite component (60). Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (60) einen Sensor aufweist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the composite component (60) has a sensor. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest ein Bedienelement aufweist.Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that it has at least one operating element. Werkzeug (10) zur Herstellung eines Vorformbauteils (42) aus einem biegeschlaffen Bauteil (40), mit einem Stempel (14) und einer Matrize (18), die relativ zueinander bewegbar sind, und einer Aufnahme (20) zur Aufnahme des biegeschlaffen Bauteils (40).Tool (10) for producing a preform component (42) from a limp component (40), with a punch (14) and a die (18) which can be moved relative to one another, and a receptacle (20) for receiving the limp component ( 40). Werkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (20) plattenförmig ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung (30) aufweist, in deren Bereich das biegeschlaffe Bauteil (40) anordenbar ist.tool after Claim 17 , characterized in that the receptacle (20) is plate-shaped and has a through-opening (30), in the region of which the limp component (40) can be arranged. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (14) und/oder die Matrize (18) erwärmbar ist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the punch (14) and/or the die (18) can be heated.
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