DE102022131762A1 - Method for producing a component with film hinge and component with film hinge - Google Patents

Method for producing a component with film hinge and component with film hinge Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2) mit Filmscharnier (3), wobei das Bauteil (2) und das Filmscharnier (3) aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden, und wobei das Bauteil (2) und das Filmscharnier (3) gleichzeitig in einer Spritzform (1) gespritzt werden. Das Verfahren soll so verbessert werden, dass es einfach und preisgünstig durchführbar ist und hierbei ein dauerhaft stabiles Filmscharnier (3) garantiert. Dies wird dadurch erreicht, dass während des Spritzens eine Ultraschallquelle (7) auf das zu bildende Filmscharnier (3) wirkt.The invention relates to a method for producing a component (2) with a film hinge (3), wherein the component (2) and the film hinge (3) are made of fiber-reinforced plastic, and wherein the component (2) and the film hinge (3) are simultaneously injection molded in an injection mold (1). The method is to be improved so that it can be carried out easily and inexpensively and guarantees a permanently stable film hinge (3). This is achieved by an ultrasound source (7) acting on the film hinge (3) to be formed during injection molding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit Filmscharnier, wobei das Bauteil und das Filmscharnier aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden und wobei das Bauteil und das Filmscharnier gleichzeitig in einer Spritzform gespritzt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechend hergestelltes Bauteil.The invention relates to a method for producing a component with a film hinge, wherein the component and the film hinge are made of fiber-reinforced plastic and wherein the component and the film hinge are simultaneously injection-molded in an injection mold.
The invention further relates to a correspondingly manufactured component.

Solche Bauteile sind an sich bekannt und werden z.B. als Gehäuse oder als Verpackung ausgebildet. Im Automobilbau sind z.B. Fahrpedale, die als sogenannte stehende Pedale ausgebildet sind, mit einem Filmscharnier ausgerüstet, das zwischen einer Bodenplatte und einer Bedienplatte angeordnet ist.Such components are known per se and are designed, for example, as housings or as packaging. In automobile construction, for example, accelerator pedals, which are designed as so-called standing pedals, are equipped with a film hinge that is arranged between a base plate and an operating panel.

Bei den bekannten Bauteilen mit Filmscharnier besteht der Nachteil, dass durch Biegebelastung die Fasern brechen und es so zu einem relativ schnellen Versagen des Filmscharniers kommt.
Dies kann z.B. dadurch überwunden werden, dass das Filmscharnier als separates Bauteil gefertigt, in die Spritzform eingelegt und dann mit der Bildung des Bauteils mit dem faserverstärkten Kunststoff umspritzt wird.The disadvantage of the known components with film hinges is that the fibers break under bending stress, resulting in a relatively rapid failure of the film hinge.
This can be overcome, for example, by manufacturing the film hinge as a separate component, inserting it into the injection mold and then overmolding it with the fiber-reinforced plastic as the component is formed.

Aus der DE 10 2013 020 494 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem Filmscharnier bekannt, bei dem eine Kunststoffschmelze, die die Fasern enthält, vor einem Einspritzen in eine Form mittels eines Gases oder eines Treibmittels aufgeschäumt wird. Hierdurch sollen eine höhere Stabilität und ein geringeres Gewicht des Bauteils erzielt werden. Das Verfahren ist relativ aufwändig; eine hohe Biegebelastbarkeit des Filmscharniers ist auf Dauer nicht gegeben, wie es für viele Bauteile im Automobilbau gefordert ist.From the EN 10 2013 020 494 B4 A method for producing a fiber-reinforced plastic component with a film hinge is known in which a plastic melt containing the fibers is foamed using a gas or a blowing agent before being injected into a mold. This is intended to make the component more stable and lighter. The method is relatively complex; the film hinge cannot withstand high bending loads in the long term, as is required for many components in automotive construction.

Die DE 10 2020 105 907 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem Filmscharnier, bei dem das Filmscharnier faserfrei ist. Hierfür wird ist in einem Angußkanal, der dem Filmscharnier zugeordnet ist, ein Filter angeordnet, der die Fasern abscheidet.The EN 10 2020 105 907 A1 describes a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a film hinge, in which the film hinge is fiber-free. For this purpose, a filter that separates the fibers is arranged in a sprue channel that is assigned to the film hinge.

Es ist die erste Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem Filmscharnier zur Verfügung zu stellen, das einfach und preisgünstig durchführbar ist und hierbei ein dauerhaft stabiles Filmscharnier garantiert.It is the first object of the invention to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a film hinge, which can be carried out simply and inexpensively and guarantees a permanently stable film hinge.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Bauteil und das Filmscharnier werden gleichzeitig in einer Spritzform gespritzt und während des Spritzens wirkt eine Ultraschallquelle auf einen Bereich des zu bildenden Filmscharniers. Die Ultraschallquelle und die davon ausgehenden Schallwellen sind dabei so ausgerichtet, dass sich Fasern in dem genannten Bereich parallel zu der Biegeachse ausrichten. Hierdurch werden die Fasern in dem Filmscharnier während eines Gebrauchs nicht gebogen oder geknickt, so dass sie nicht brechen und dauerhaft die erforderliche Elastizität und Stabilität gewährleisten können. Das bedeutet, dass eine Festigkeit des Filmscharniers parallel zu der Biegeachse hoch ist und die Festigkeit quer dazu nicht durch gebrochene Fasern beeinträchtigt wird. Weil das Bauteil außerhalb des Filmscharniers selbst durch die Ultraschallquelle nicht beeinflusst wird, bleiben hier die Glasfasern zufällig angeordnet, so dass hier die übliche hohe Stabilität erhalten bleibt.The problem is solved by the features of claim 1. The component and the film hinge are simultaneously injection molded in an injection mold, and during injection molding an ultrasound source acts on an area of the film hinge to be formed. The ultrasound source and the sound waves emanating from it are aligned in such a way that fibers in the area mentioned are aligned parallel to the bending axis. As a result, the fibers in the film hinge are not bent or kinked during use, so that they do not break and can permanently ensure the required elasticity and stability. This means that the strength of the film hinge parallel to the bending axis is high, and the strength transverse to it is not impaired by broken fibers. Because the component outside the film hinge itself is not influenced by the ultrasound source, the glass fibers remain randomly arranged, so that the usual high stability is maintained.

Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.The subclaims relate to the advantageous embodiment of the invention.

In einer Ausgestaltung wird die Spritzform im Betrieb von zwei Seiten mit dem faserverstärkten Kunststoff beschickt, wobei eine Beschickungsmenge auf der Seite des Filmscharniers geringer ist als auf einer gegenüberliegenden Seite. Hierdurch lässt sich eine Lage einer Bindenaht einstellen; dies ist eine Grenzfläche in dem Bauteil zwischen einem Bereich mit einer geordneten und einem Bereich mit einer wirren Anordnung der Glasfasern. Die Bindenaht soll zwischen dem Filmscharnier und einem Bedienelement liegen.In one embodiment, the injection mold is fed with the fiber-reinforced plastic from two sides during operation, with the feed quantity on the side of the film hinge being less than on the opposite side. This makes it possible to set the position of a weld line; this is a boundary surface in the component between an area with an ordered and an area with a random arrangement of the glass fibers. The weld line should be located between the film hinge and an operating element.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein zu der Seite des zu bildenden Filmscharniers führender Leitungsquerschnitt zu der Spritzform kleiner ist als auf der gegenüberliegenden Seite. Auf diese Weise lässt sich die geringere Beschickungsmenge wegen des höheren Leitungswiderstandes auf einfache Weise erzielen.In a further embodiment, a line cross-section leading to the injection mold on the side of the film hinge to be formed is smaller than on the opposite side. In this way, the smaller feed quantity can be achieved in a simple manner due to the higher line resistance.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Fasern Glasfasern. Diese sind preisgünstig, weisen dabei die erforderlichen Festigkeiten auf und lassen sich gut verarbeiten.In another embodiment, the fibers are glass fibers. These are inexpensive, have the required strength and are easy to process.

In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Frequenz der Ultraschallquelle auf den glasfaserverstärkten Kunststoff abgestimmt. Dies bewirkt eine besonders effektive Ausrichtung der Fasern.In a further embodiment, a frequency of the ultrasound source is matched to the glass fiber reinforced plastic. This results in a particularly effective alignment of the fibers.

Die Erfindung ist besonders gut für Fahrpedale von Kraftfahrzeugen geeignet.The invention is particularly suitable for accelerator pedals of motor vehicles.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem Filmscharnier, das einfach und preisgünstig zu fertigen ist und hierbei ein dauerhaft stabiles Filmscharnier aufweist.A second object of the invention is to provide a fiber-reinforced plastic component with a film hinge that is easy and inexpensive to manufacture and has a permanently stable film hinge.

Die zweite Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Es gilt das zum Verfahren Gesagte entsprechend.The second problem is solved by the features of claim 6. What has been said about the method applies accordingly.

Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 einen Längsschnitt durch eine Spritzform für ein Bauteil und
  • 2 eine Darstellung von Fasern im Bereich eines Filmscharniers.
The invention is explained in more detail below with reference to the attached schematic drawing.
  • 1 a longitudinal section through an injection mould for a component and
  • 2 a representation of fibers in the area of a film hinge.

Wie aus der 1 ersichtlich umfasst eine Spritzform 1 für eine Bildung eines Bauteils 2 mit einem Filmscharnier 3 eine Form 4, eine Zuleitung 5, die sich hier in zwei Teilzuleitungen 5A, 5B teilt, sowie nicht dargestellte Mittel zum Aufschmelzen von Kunststoff, Beimischen von Fasern 6, hier Glasfasern, sowie Fördern des Gemisches aus dem geschmolzenem Kunststoff und den Fasern 6 zu der Form 4. Weiterhin ist an einem Ende der Form 4, das dem Filmscharnier 3 zugeordnet ist, mindestens eine, hier zwei, Ultraschallquellen 7 angeordnet.As from the 1 As can be seen, an injection mold 1 for forming a component 2 with a film hinge 3 comprises a mold 4, a feed line 5, which here divides into two partial feed lines 5A, 5B, and means (not shown) for melting plastic, mixing in fibers 6, here glass fibers, and conveying the mixture of the molten plastic and the fibers 6 to the mold 4. Furthermore, at one end of the mold 4, which is assigned to the film hinge 3, at least one, here two, ultrasound sources 7 are arranged.

Die Form 3 ist hier so ausgebildet, dass als das Bauteil 2 ein stehendes Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug mit einer Bedienplatte 8, dem Filmscharnier 3 und einem Verbindungsglied 9 zu einer Bodenplatte des Kraftfahrzeugs gebildet werden kann.The shape 3 is designed here such that the component 2 can be a standing accelerator pedal for a motor vehicle with an operating plate 8, the film hinge 3 and a connecting member 9 to a floor plate of the motor vehicle.

An die Form 3 sind die beiden Teilzuleitungen 5A, 5B angeschlossen, die sich aus der Zuleitung 5 abzweigen. Eine erste der Teilzuleitungen 5A, die einem Verbindungsglied- seitigen Ende der Form 3 zugeordnet ist, weist einen kleineren Querschnitt auf als eine zweite der Teilzuleitungen 5B, so dass die jeweiligen Beschickungsmengen zu der Form 3 unterschiedlich sind. Eine Bindenaht 10 ist in einem Übergangsbereich von dem Filmscharnier 3 zu der Bedienplatte 8 gebildet.The two partial feed lines 5A, 5B, which branch off from the feed line 5, are connected to the mold 3. A first of the partial feed lines 5A, which is assigned to a connecting link-side end of the mold 3, has a smaller cross-section than a second of the partial feed lines 5B, so that the respective feed quantities to the mold 3 are different. A weld seam 10 is formed in a transition area from the film hinge 3 to the operating panel 8.

Zur Herstellung des Bauteils 2 wird der Kunststoff aufgeschmolzen, mit den Fasern 6 vermischt und mittels einer Pumpe unter vorbestimmten Druck in die Zuleitung 5 gefördert. Aus der Zuleitung 5 verteilt sich der fließfähige Kunststoff mit den Fasern 6 entsprechend den Querschnitten auf die Teilzuleitungen 5A, 5B. Die Ultraschallquellen 7 sind eingeschaltet. Der Kunststoff mit den Fasern 6 verteilt sich gleichmäßig in der Form 4; hierbei ist die Aufteilung so gewählt, dass im Wesentlichen über die erste Zuleitung 5A das Verbindungsglied 9 sowie das Filmscharnier 3 und über die zweite Zuleitung 5B die Bedienplatte 8 gleichzeitig gebildet werden. Infolge der von den Ultraschallquellen 7 emittierten Wellen richten sich im Bereich des Filmscharniers 3 die Fasern 6 parallel zu einer Biegeachse des Filmscharniers 3 aus, wie aus der 2 sehr schematisch mit nur wenigen angedeuteten Fasern 6 ersichtlich ist. In der Bedienplatte 8 dagegen sind die Fasern 6 zufällig wirr ausgerichtet. Die Bindenaht 10 wird an einem Übergangsbereich von dem Filmscharnier 3 mit den geordneten, also parallel zur Biegeachse ausgerichteten Fasern 6, zu der Bedienplatte 8 mit den wirr angeordneten Fasern 6 gebildet. Sobald die Form 4 gefüllt ist, werden die Ultraschallquellen 7 ausgeschaltet. Die Form 2 wird wie üblich gekühlt, so dass der Kunststoff erstarrt und das fertige Bauelement 2 entnommen werden kann.To produce the component 2, the plastic is melted, mixed with the fibers 6 and pumped into the feed line 5 by means of a pump under a predetermined pressure. From the feed line 5, the flowable plastic with the fibers 6 is distributed to the partial feed lines 5A, 5B according to the cross-sections. The ultrasound sources 7 are switched on. The plastic with the fibers 6 is distributed evenly in the mold 4; the distribution is selected such that the connecting element 9 and the film hinge 3 are essentially formed simultaneously via the first feed line 5A and the operating panel 8 via the second feed line 5B. As a result of the waves emitted by the ultrasound sources 7, the fibers 6 in the area of the film hinge 3 are aligned parallel to a bending axis of the film hinge 3, as can be seen from the 2 very schematically with only a few indicated fibers 6. In the operating plate 8, however, the fibers 6 are randomly aligned. The weld line 10 is formed at a transition area from the film hinge 3 with the ordered fibers 6, i.e. aligned parallel to the bending axis, to the operating plate 8 with the randomly arranged fibers 6. As soon as the mold 4 is filled, the ultrasound sources 7 are switched off. The mold 2 is cooled as usual so that the plastic solidifies and the finished component 2 can be removed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SpritzformInjection mold
22
BauteilComponent
33
FilmscharnierFilm hinge
44
Formshape
55
Zuleitung / TeilzuleitungSupply line / partial supply line
66
Faserfiber
77
UltraschallquelleUltrasound source
88th
BedienplatteControl panel
99
Verbindungsgliedconnecting link
1010
BindenahtWeld line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013020494 B4 [0004]DE 102013020494 B4 [0004]
  • DE 102020105907 A1 [0005]DE 102020105907 A1 [0005]

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2) mit Filmscharnier (3), wobei das Bauteil (2) und das Filmscharnier (3) aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden, und wobei das Bauteil (2) und das Filmscharnier (3) gleichzeitig in einer Spritzform (1) gespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass während des Spritzens eine Ultraschallquelle (7) auf das zu bildende Filmscharnier (3) wirkt.Method for producing a component (2) with a film hinge (3), wherein the component (2) and the film hinge (3) are made of fiber-reinforced plastic, and wherein the component (2) and the film hinge (3) are simultaneously injection-molded in an injection mold (1), characterized in that an ultrasound source (7) acts on the film hinge (3) to be formed during injection-mold processing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form (4) der Spritzform (1) von zwei Seiten mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff beschickt wird, wobei eine Beschickungsmenge zu der Seite des Filmscharniers (3) geringer ist als zu einer gegenüberliegenden Seite.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a mold (4) of the injection mold (1) is fed with the glass fiber reinforced plastic from two sides, wherein a feed quantity to the side of the film hinge (3) is smaller than to an opposite side. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu der Seite des Filmscharniers (3) führender Leitungsquerschnitt kleiner ist als auf der gegenüberliegenden Seite.Procedure according to Claim 2 , characterized in that a line cross-section leading to the side of the film hinge (3) is smaller than on the opposite side. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6) Glasfasern sind.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the fibers (6) are glass fibers. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz der Ultraschallquelle (7) auf den glasfaserverstärkten Kunststoff abgestimmt ist.Method according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a frequency of the ultrasound source (7) is tuned to the glass fiber reinforced plastic. Bauteil (2) mit Filmscharnier (3), das aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.Component (2) with film hinge (3) which is made of fibre-reinforced plastic, characterized in that it is produced according to the process of Claims 1 until 5 is manufactured. Bauteil (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Filmscharniers (3) Fasern (6) parallel zu einer Biegeachse ausgerichtet sind.Component (2) according to Claim 6 , characterized in that in a region of the film hinge (3) fibers (6) are aligned parallel to a bending axis. Bauteil (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6) Glasfasern sind.Component (2) according to Claim 6 or 7 , characterized in that the fibers (6) are glass fibers. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug ist.Component (2) according to one of the Claims 6 until 8th characterized in that it is an accelerator pedal for a motor vehicle.
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