DE102022210374A1

DE102022210374A1 - Kunststoff-Hohllängsträger sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoff-Hohllängsträgers

Info

Publication number: DE102022210374A1
Application number: DE102022210374.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Gaßmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-04
Also published as: WO2024068814A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff-Hohllängsträger (19), der in einem Fluidinnendruck-Spritzgießprozess hergestellt ist, in dem in einem Spritzgießschritt eine schmelzflüssige Spritzgießmasse des Kunststoffes unter Druck und Wärme in eine Werkzeugkavität (33) eines Spritzgießwerkzeugs (35) einspritzbar ist, und in einem Innendruckformschritt ein Fluid (G) in die Werkzeugkavität (33) eingeleitet wird, mittels dem eine schmelzflüssige Kunststoffseele verdrängt wird, und zwar unter Formung eines Hohlkanals (23) im Kunststoff-Hohllängsträger (19)- Erfindungsgemäß ist zur Steigerung der Bauteilstabilität im Kunststoffmaterial des Kunststoff-Hohllängsträgers (19) ein Hohlprofil-Einlegerteil (21) eingebettet, der den Hohlkanal (21) mittelbar oder unmittelbar im Querschnitt ringförmig umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff-Hohllängsträger nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 5 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoff-Hohllängsträgers gemäß der Ansprüche 4 und 10.
Aus der DE 10 2019 209 326 A1 ist ein gattungsgemäßer Kunststoff-Hohllängsträger bekannt, der in einem Fluidinnendruck-Spritzgießprozess hergestellt ist. Dieser Prozess weist einen Spritzgießschritt auf, in dem eine schmelzflüssige Spritzgießmasse des Kunststoffes unter Druck und Wärme in eine Kavität eines Spritzgießwerkzeugs einspritzbar ist. Die eingespritzte Spritzgießmasse erstarrt an der, die Kavität begrenzenden Werkzeugfläche, und zwar bei noch schmelzflüssiger, innerer Kunststoffseele. In einem nachfolgenden Innendruckformschritt wird ein Fluid in die Werkzeugkavität eingeleitet, mittels dem die schmelzflüssige Kunststoffseele verdrängt wird, und zwar unter Formung eines Hohlkanals im Kunststoff-Hohllängsträger.
Aus der EP 2 347 920 A1 ist ein Träger für ein Innenverkleidungsbauteil bekannt. Aus der DE 10 2011 112 913 A1 ist ein Montageträger bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kunststoff-Längshohlträger bereitzustellen, dessen Bauteilstabilität im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, 4, 5 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einem Kunststoff-Hohllängsträger aus, der in einem Fluidinnendruck-Spritzgießprozess hergestellt ist, in dem in einem Spritzgießschritt eine schmelzflüssige Spritzgießmasse des Kunststoffes unter Druck und Wärme in eine Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt wird. Die eingespritzte Spritzgießmasse erstarrt an der, die Kavität begrenzenden Werkzeugfläche, und zwar bei noch schmelzflüssiger, innerer Kunststoffseele. In einem nachfolgenden Innendruckformschritt wird ein Fluid in die Werkzeugkavität eingeleitet, mittels dem die schmelzflüssige Kunststoffseele verdrängt wird. Auf diese Weise formt sich ein Hohlkanal im Kunststoff-Hohllängsträger. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist zur Steigerung der Bauteilstabilität des Kunststoff-Hohllängsträgers im Kunststoffmaterial zusätzlich ein Hohlprofil-Einlegerteil eingebettet. Das Hohlprofil-Einlegerteil umschließt den Hohlkanal mittelbar oder unmittelbar im Querschnitt ringförmig. Auf diese Weise wird der Hohlkanal im Kunststoff-Hohllängsträger mit Hilfe des Hohlprofil-Einlegerteils zusätzlich verstärkt, so dass am Kunststoff-Hohllängsträger Lastangriffspunkte, zum Beispiel Scharniere, Deckelpuffer oder Gasfederanbindungen, bereitgestellt werden können.
In einer technischen Umsetzung kann das Hohlprofil-Einlegerteil ein- oder mehrteilig aus einem schalenförmigen Einleger-Grundkörper und aus einem Einleger-Querelement aufgebaut sein. Der schalenförmige Einleger-Grundkörper weist einen Profilboden sowie davon hochgezogene Profilflanken auf. Die beiden Profilflanken des Einleger-Grundkörpers können über das Einleger-Querelement, das mit Abstand zum Profilboden angeordnet ist, kraftübertragend miteinander verbunden sein.
Bei Durchführung des Spritzgießschrittes wird die Werkzeugkavität und insbesondere der vom Hohlprofil-Einlegerteil begrenzte innere Profilraum vollständig mit der schmelzflüssigen Spritzgießmasse gefüllt. Anschließend wird der Innendruckformschritt durchgeführt, der die im Profilraum des Hohlprofil-Einlegerteils befindliche Kunststoffseele unter Formung des Hohlkanals vollständig oder teilweise verdrängt. Auf diese Weise ergibt sich mit Hilfe des Hohlprofil-Einlegerteils ein äußerst bauteilsteifer Aufbau des Kunststoff-Hohllängsträgers.
Alternativ und/oder zusätzlich kann das Hohlprofil-Einlegerteil oder ein weiteres beliebiges Einlegerteil, das im Kunststoffmaterial des Kunststoff-Hohllängsträgers eingebettet ist, mit einer zusätzlichen Versteifungsstruktur versehen sein. Mit Hilfe einer solchen Versteifungsstruktur kann während des Einspritzprozesses und des Innendruckformschrittes eine Deformation des Einlegerteils unterbunden werden.
Das Einlegerteil kann beispielhaft ein flächiges Kunststoff- oder Metallblechteil sein. Bevorzugt kann die Versteifungsstruktur eine Verprägung sein, die materialeinheitlich und einstückig im Einlegerteil ausgebildet ist.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann das Einlegerteil aus zumindest zwei Einzelsegmenten aufgebaut sein, die an einer Flanschverbindung aneinandergefügt sind. In der Flanschverbindung sind die Fügeflansche der beiden Einzelsegmente unter Bildung einer bauteilsteifen Doppelwandstruktur einander überlappt. Bevorzugt kann die Flanschverbindung die Versteifungsstruktur bilden.
Die Versteifungsstruktur kann um eine Profilhöhe von einem Basisabschnitt des Einlegerteils abragen. Bauraumgünstig ist es, wenn die Versteifungsstruktur in den Hohlkanal einragt, wodurch die Außenmaße des Kunststoff-Hohllängsträgers nicht durch die Versteifungsstruktur beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann dem Einlegerteil ein separates Zusatzelement zugeordnet sein, das die Versteifungsstruktur bildet. Das Zusatzelement kann an Fügestellen am Einlegerteil-Basisabschnitt angebunden sein. Zudem kann das Zusatzelement aufgewölbt sein.
In einer technischen Realisierung kann der Kunststoff-Hohllängsträger Bestandteil eines Heckklappen-Innenteils sein, das von einem Heckklappen-Außenteil sichtgeschützt überdeckt ist. Das Heckklappen-Innenteil und das Heckklappen-Außenteil bilden zusammen eine Heckklappe eines Fahrzeugs, wobei das Heckklappen-Innenteil eine lasttragende Heckklappen-Struktur bereitstellt, an der Heckklappen-Komponenten, etwa Scharniere, Deckelpuffer oder Gasfederanbindungen bereitgestellt sind.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 jeweils Ansichten einer Heckklappe eines Fahrzeugs;
3 bis 11 jeweils Ansichten eines Kunststoff-Hohllängsträgers, der Bestandteil eines Heckklappen-Innenteils ist.

In der 1 ist in einer Ansicht von fahrzeughinten ein zweispuriges Fahrzeug mit einer Heckklappe 1 gezeigt. Die Heckklappe 1 schließt einen heckseitigen Laderaum des Fahrzeugs und ist fahrzeugoben über nicht gezeigte Heckklappenscharniere an einem hinteren Dachquerträger des Fahrzeugs angelenkt. Wie aus der 2 hervorgeht, ist die Heckklappe 1 aus einem fahrzeuginneren Heckklappen-Innenteil 3 und einem fahrzeugäußeren Heckklappen-Außenteil 5 aufgebaut. Das Heckklappen-Innenteil 3 bildet eine lasttragende Heckklappen-Struktur und ist vom fahrzeugäußeren Heckklappen-Außenteil 5 sichtgeschützt überdeckt. In der 2 ist das Heckklappen-Außenteil 5 über einen Kleber 7 am Heckklappen-Innenteil 3 angebunden. Sowohl das Heckklappen-Innenteil 3 als auch das Heckklappen-Außenteil 5 sind als Kunststoff-Spritzgießteile gefertigt. Zudem sind das Heckklappen-Innenteil 3 und das Heckklappen-Außenteil 5 im Wesentlichen baugleich so ausgeführt, wie es in der DE 10 2019 209 326 A1 offenbart ist. D.h., dass sowohl das das Heckklappen-Innenteil 3 als auch das Heckklappen-Außenteil 5 rahmenförmig geschlossen eine Heckscheibe 17 umziehen, wobei am Innenumfang des Heckklappen-Außenteils 5 ein Heckscheiben-Flansch 15 (2) angeformt ist, auf dem die Heckscheibe 17 abgestützt ist.
Ein Kern der Erfindung besteht in der speziellen Gestaltung des Heckklappen-Innenteils 2. Das Heckklappen-Innenteil 3 weist - analog zur DE 10 2019 209 326 A1 - als Verstärkungsstruktur einen Kunststoff-Längshohlträger 19 mit einem Hohlkanal 23 auf. Der Kunststoff-Längshohlträger 19 erstreckt sich in der Rahmen-Umfangsrichtung (durchgängig oder mit Unterbrechungen) um die Heckscheibe 17 und ist in der 2 im Querschnitt dargestellt.
Wie aus der 2 hervorgeht, weist der Kunststoff-Längshohlträger 19 ein Hohlprofil-Einlegerteil 21 auf, das im Kunststoffmaterial 20 des Kunststoff-Hohllängsträgers 19 zumindest teilweise eingebettet ist. Das Hohlprofil-Einlegerteil 21 umschließt einen Hohlkanal 23 des Kunststoff-Hohllängsträgers 19 im Querschnitt ringförmig. Die den Hohlkanal 23 begrenzende Innenseite des Hohlprofil-Einlegerteils 21 ist mit Kunststoffmaterial 20 überdeckt, das den Hohlkanal 23 unmittelbar begrenzt.
Gemäß der 2 oder 3 ist das Hohlprofil-Einlegerteil 21 zweiteilig aus einem schalenförmigen Einleger-Grundkörper 25 und aus einem Einleger-Querelement 27 aufgebaut. Sowohl das schalenförmige Einlegerteil 39 als auch das Einleger-Querelement 27 sind beispielhaft als flächige, geformtes Metallblechteile realisiert.
Der schalenförmige Einleger-Grundkörper 25 weist einen Profilboden 29 sowie davon hochgezogene Profilflanken 31 auf. Das Einleger-Querelement 27 ist an Fügestellen 28 an den beiden Profilflanken 31 des Einleger-Grundkörpers 25 (zum Beispiel durch Schweißung) gefügt, so dass die beiden Profilflanken 31 über das Einleger-Querelement 27 kraftübertragend miteinander verbunden sind. Zudem ist gemäß der 2 auf der Oberseite des Einleger-Querelements 27 eine Verstärkungsrippe 22 aus Kunststoffmaterial 20 angespritzt.
Nachfolgend wird anhand der 3 bis 7 ein Verfahren zur Herstellung des in der 2 gezeigten Kunststoff-Hohllängsträgers 19 beschrieben. Demzufolge wird zunächst gemäß der 3 das Hohlprofil-Einlegerteil 21 breitgestellt. Das Hohlprofil-Einlegerteil 21 wird in einem Einlegeschritt (4) in eine Werkzeugkavität 33 eines Spritzgießwerkzeugs 35 eingelegt. Anschließend startet ein Spritzgießschritt (5), bei dem die Werkzeugkavität 33 und insbesondere auch ein vom Hohlprofil-Einlegerteil 21 begrenzter Profilraum 37 (3 oder 4) vollständig mit der schmelzflüssigen Spritzgießmasse 38 gefüllt werden. Im weiteren Prozessverlauf folgt ein Innendruckformschritt (6), in dem eine Gasfüllung G unter Druck in die Werkzeugkavität 33 eingeleitet wird. Dadurch wird die im Profilraum 37 des Hohlprofil-Einlegerteils 21 befindliche, noch schmelzflüssige Kunststoffseele unter Formung des Hohlkanals 23 zumindest teilweise verdrängt. Nach erfolgter Aushärtung der Spritzgießmasse 38 wird ein Entnahmeschritt durchgeführt, in dem der fertiggestellte Kunststoff-Hohllängsträger 19 (7) aus dem Spritzgießwerkzeug 35 entnommen wird.
Nachfolgend werden anhand der 8 bis 11 Kunststoff-Hohllängsträger 19 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben. In der 8 ist ein mit einem Hohlkanal 23 ausgebildeter Kunststoff-Hohllängsträger 19 gezeigt, in dessen Kunststoffmaterial 20 ebenfalls ein Einlegerteil 39 eingebettet ist, um die Bauteilstabilität des Kunststoff-Hohllängsträgers 19 zu steigern. Das schalenförmige Einlegerteil 39 ist im Wesentlichen baugleich geformt wie der Einleger-Grundkörper 25 gemäß der 2 bis 7, und zwar mit einem Profilboden 29 sowie davon hochgezogenen Profilflanken 31.
Wie aus der 8 hervorgeht, weist das Einlegerteil 39 im Bereich des Hohlkanals 23 eine Verprägung 41 auf. Diese wirkt als eine Versteifungsstruktur, mittels der während des Innendruckformschrittes eines Deformation des Einlegerteils 39 unterbunden wird. Die Verprägung 41 ist in der 8 materialeinheitlich und einstückig im Profilboden 29 des schalenförmigen Einlegerteils 39 ausgebildet.
Alternativ dazu ist in der 9 das Einlegerteil 39 aus zwei Einzelsegmenten 43 aufgebaut, die an einer Flanschverbindung F (etwa durch Schweißung) fest miteinander verbunden sind. An der Flanschverbindung F sind Fügeflansche 44 der beiden Einzelsegmente 43 unter Bildung einer bauteilsteifen Doppelwandstruktur einander überlappt. Zudem sind die Fügeflansche 44 vom Profilboden 29 nach oben rechtwinklig abgewinkelt. Die Flanschverbindung F bildet in diesem Fall die Versteifungsstruktur, mittels der während des Innendruckformschrittes eines Deformation des Einlegerteils 39 unterbunden wird.
Wie aus den 8 und 9 weiter hervorgeht, ragt die Verprägung 41 bzw. die Flanschverbindung F um eine Profilhöhe h in den Hohlkanal 23 hinein. Auf diese Weise bleibt das Außen-Aufmaß des Kunststoff-Hohllängsträgers 19 trotz der Verprägung 41 bzw. der Flanschverbindung F unverändert.
In dem, in der 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dem Einlegerteil 39 ein separates Zusatzelement 47 zugeordnet. Das Zusatzelement 47 ist an Fügestellen 49 am Einlegerteil 39 angebunden und bildet zusammen mit dem Profilboden 29 des Einlegerteils 39 eine Versteifungsstruktur, mittels der während des Innendruckformschrittes eines Deformation des Einlegerteils 39 unterbunden wird. In der 10 ist das Zusatzelement 47 zwischen den beiden Fügestellen 49 um eine Profilhöhe h in Richtung Hohlkanal 23 aufgewölbt.
In der 11 ist das Einlegerteil 39, wie in der 9, aus zwei Einzelsegmenten 43 aufgebaut, die an einer Flanschverbindung F (etwa durch Schweißung) fest miteinander verbunden sind. An der Flanschverbindung F sind die Fügeflansche 44 der beiden Einzelsegmente 43 unter Bildung einer bauteilsteifen Doppelwandstruktur einander überlappt. Die Flanschverbindung F bildet in diesem Fall die Versteifungsstruktur, mittels der während des Innendruckformschrittes eines Deformation des Einlegerteils 39 unterbunden wird. Im Unterschied zur 9 sind in der 11 die Fügeflansche 44 nicht hochkant vom Profilboden 29 abgewinkelt, sondern liegen diese vielmehr zusammen mit dem Profilboden in einer Horizontalebene.
Bezugszeichenliste

1: Heckklappe
3: Heckklappen-Innenteil
5: Heckklappen-Außenteil
7: Kleber
15: Heckscheiben-Flansch
17: Heckscheibe
19: Kunststoff-Längshohlträger
20: Kunststoffmaterial
21: Hohlprofil-Einlegerteil
22: Verstärkungsrippe
23: Hohlkanal
25: Einleger-Grundkörper
27: Einleger-Querelement
28: Fügestellen
29: Profilboden
31: Profilflanken
33: Werkzeugkavität
35: Spritzgießwerkzeug
37: Profilraum
38: Spritzgießmasse
39: Einlegerteil
41: Verprägung
43: Einzelsegmente
44: Fügeflansche
47: Zusatzelement
49: Fügestellen
F: Flanschverbindung
h: Profilhöhe
G: Gasfüllung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019209326 A1 [0002, 0017, 0018]
EP 2347920 A1 [0003]
DE 102011112913 A1 [0003]

Claims

Kunststoff-Hohllängsträger (19), der in einem Fluidinnendruck-Spritzgießprozess hergestellt ist, in dem in einem Spritzgießschritt eine schmelzflüssige Spritzgießmasse (38) des Kunststoffes (20) unter Druck und Wärme in eine Werkzeugkavität (33) eines Spritzgießwerkzeugs (35) einspritzbar ist, und in einem Innendruckformschritt ein Fluid (G) in die Werkzeugkavität (33) eingeleitet wird, mittels dem eine noch schmelzflüssige Kunststoffseele verdrängt wird, und zwar unter Formung eines Hohlkanals (23) im Kunststoff-Hohllängsträger (19), dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung der Bauteilstabilität im Kunststoffmaterial (20) des Kunststoff-Hohllängsträgers (19) ein Hohlprofil-Einlegerteil (21) eingebettet ist, der den Hohlkanal (21) mittelbar oder unmittelbar im Querschnitt ringförmig umschließt.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil-Einlegerteil (21) ein oder mehrteilig ausgebildet ist, und dass insbesondere das Hohlprofil-Einlegerteil (21) zumindest zweiteilig aus einem schalenförmigen Einleger-Grundkörper (25) mit Profilboden (29) sowie davon hochgezogenen Profilflanken (31) und aus einem Einleger-Querelement (27) aufgebaut ist, das die beiden Profilflanken (31) des Einleger-Grundkörpers (25) kraftübertragend miteinander verbindet.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzgießschritt die Werkzeugkavität (33), insbesondere der vom Hohlprofil-Einlegerteil (21) begrenzte Profilraum (37) vollständig mit der schmelzflüssigen Spritzgießmasse gefüllt wird, und dass im anschließenden Innendruckformschritt die im Profilraum (37) des Hohlprofil-Einlegerteils (21) befindliche Kunststoffseele unter Formung des Hohlkanals (23) vollständig oder teilweise verdrängt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Hohllängsträgers (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kunststoff-Hohllängsträger (19) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einem Fluidinnendruck-Spritzgießprozess hergestellt ist, in dem in einem Spritzgießschritt eine schmelzflüssige Spritzgießmasse (38) des Kunststoffes (20) unter Druck und Wärme in eine Werkzeugkavität (33) eines Spritzgießwerkzeugs (35) einspritzbar ist, und in einem Innendruckformschritt ein Fluid (G) in die Werkzeugkavität (33) eingeleitet wird, mittels dem eine schmelzflüssige Kunststoffseele verdrängt wird, und zwar unter Formung eines Hohlkanals (23) im Kunststoff-Hohllängsträger (19), dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung der Bauteilstabilität im Kunststoffmaterial des Kunststoff-Hohllängsträgers (19) ein Einlegerteil (39) eingebettet ist, und dass das Einlegerteil (39) im Bereich des Hohlkanals (23) eine Versteifungsstruktur (41; 47; F) aufweist, mittels der während des Einspritzprozesses und des Innendruckformschrittes eine Deformation des Einlegerteils (39) unterbindbar ist.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur eine Verprägung (41) ist, die materialeinheitlich und einstückig im Einlegerteil (39) ausgebildet ist, und/oder dass das Einlegerteil (39) ein flächiges Kunststoff- oder Metallblechteil ist.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegerteil (39) aus zumindest zwei Einzelsegmenten (43) aufgebaut ist, die an einer Flanschverbindung (F) miteinander verbunden sind, an der Fügeflansche (44) der beiden Einzelsegmente (43) unter Bildung einer bauteilsteifen Doppelwandstruktur überlappen, und dass die Flanschverbindung (F) die Versteifungsstruktur (41) bildet.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (41; 47; F) um eine Profilhöhe (h) vom Einlegerteil (39) abragt, und/oder dass die Versteifungsstruktur (41) in den Hohlkanal (23) einragt.
Kunststoff-Hohllängsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur ein Zusatzelement (47) aufweist, das an Fügestellen (49) am Einlegerteil (39) angebunden ist, und dass insbesondere das Zusatzelement (47) zwischen den Fügestellen (49) um eine Profilhöhe (h) aufgewölbt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Hohllängsträgers (19) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.