DE10303368A1

DE10303368A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils

Info

Publication number: DE10303368A1
Application number: DE2003103368
Authority: DE
Inventors: Jens Junggebauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, welches aus wenigstens zwei Einzelkomponenten herstellbar ist, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, umfassend wenigstens ein Bauteil (11) aus Metall und wenigstens einen Teilbereich des Hybridbauteils, der aus Kunststoff besteht, wobei das Metallteil (11) mindestens in dem mit Kunststoff zu versehenden Bereich eine wenigstens einseitige Beschichtung (12) erhält, bevor der Kunststoff in diesem Bereich auf das Metallteil aufgebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, das heißt eines Verbundbauteils, welches aus wenigstens zwei Einzelkomponenten herstellbar ist, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie nach diesem Verfahren hergestellte Hybridbauteile.
Die Einzelkomponenten der erfindungsgemäßen Hybridbauteile sind insbesondere metallische Teile, die mit Kunststoffelementen zu den Hybridbauteilen verbunden werden. Beispielsweise können dies metallische Teile, insbesondere vorgeformte Metallbauteile sein, an die ein Kunststoff beispielsweise angespritzt wird oder die mit einem Kunststoff umspritzt werden. Dazu können zum Beispiel thermoplastische, duroplastische, elastomere Kunststoffschmelzen oder Kombinationen aus diesen verwendet werden. Problematisch ist bei der Herstellung derartiger Hybridbauteile, dass die gegebenenfalls vorgeformten Metallbauteile häufig höhere Maßtoleranzen aufweisen, als dies für die qualitätsgerechte Herstellung der Hybridbauteile, insbesondere das Hinterspritzen beziehungsweise Umspritzen mit Kunststoffschmelzen akzeptabel ist. Dies führt zu Qualitätsmängeln bei den so hergestellten Hybridbauteilen beziehungsweise erschwert einen effizienten und prozesssicheren Herstellungsprozess.
Das für das erfindungsgemäße Hybridbauteil zu verwendende Metallbauteil, welches vorzugsweise mit Kunststoff umspritzt oder hinterspritzt wird, wird nachfolgend auch als Einlegteil bezeichnet. Wenn hierin nachfolgend der Begriff „Anspritzen" verwendet wird, so umfasst dies insbesondere das Umspritzen beziehungsweise Hinterspritzen mit Kunststoff. Die hierzu verwendete Kunststoffschmelze wird auch abgekürzt als „Kunststoff" bezeichnet. Der Hohlraum, in den die Kunststoffschmelze eingespritzt wird, wird Kavität genannt. Das unbeabsichtigte Vordringen des Kunststoffs in Bereiche, in denen dieser nicht vorhanden sein sollte, nennt man „Überspritzen".
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches einen effizienten reproduzierbaren Herstellungsprozess mit hoher Prozesssicherheit und Qualitätssicherheit im Hinblick auf die hergestellten Hybridbauteile ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß wird eine Beschichtung, beispielsweise eine KTL-Beschichtung oder Grundierung, vorzugsweise vor dem Anspritzprozess auf ein Metallteil aufgebracht. Die Beschichtung kann das Metallteil ganz oder nur teilweise bedecken. Die ursprüngliche Funktion der Beschichtung besteht im Korrosionsschutz, in der Gewährleistung von Lackaufbau und Kleberhaftung. Hinzu kommt erfindungsgemäß die Funktion, dass die Beschichtung als toleranzausgleichendes und abdichtendes Medium in der Phase des Hinterspritzens beziehungsweise Umspritzens mit einer Kunststoffschmelze dient. Die Beschichtung nimmt die erforderlichen Abdichtkräfte gegen das „Überspritzen" auf, ohne dass die vorgenannten ursprünglichen Funktionen beeinträchtigt werden.
Gemäß der Erfindung erhält somit das Einlegteil vor dem Anspritzen eine Beschichtung. Dabei ist vorzugsweise die Beschichtungsdicke so stark, dass die genannten Toleranzen und gegebenenfalls Deformationen des Einlegteils dadurch ausgeglichen werden. Die Schichtkonsistenz ist geeignet, Kräfte beschädigungsfrei aufzunehmen und/oder eine Deformation des Einlegteils erlauben. Die Eigenschaften der Beschichtung werden vorzugsweise so ausgelegt, dass eine ungewollte Schädigung wie zum Beispiel ein Abplatzen oder Ablösen der Beschichtung oder von Teilen der Beschichtung beispielsweise durch eine hohe lokale Krafteinleitung vermieden wird. Die Beschichtung sollte weiterhin solche Eigenschaften aufweisen, dass die eingeleiteten Kräfte in der Umgebung der Krafteinleitungsbereiche verteilt und somit lokal reduziert werden. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann vorzugsweise weiterhin die Eigenschaft haben, sich nach dem Anspritzvorgang zurückzustellen, das heißt, dass eine Art „Federungseffekt" vorliegt. Die Beschichtung ist vorzugsweise bei Auftreten einwirkender Kräfte deformierbar, ohne die erwünschten Eigenschaften zu verlieren. Sie hat eine toleranzausgleichende Funktion.
Eine Beschichtung der erfindungsgemäßen Art kann beispielsweise in einer Lackieranlage in einer Serienfertigung aufgebracht werden. Es ist auch beispielsweise möglich, die Beschichtung nach dem Auftragen aufzuschäumen oder zum Aufschäumen oder Aufquellen zu bringen, um die gewünschte Schichtdicke zu erreichen. Die zunächst erzielte Schichtdicke nach dem Anspritzen kann auch beispielsweise durch geeignete Verfahren nachträglich verändert werden. Die Schichtdicke der Beschichtung kann je nach Anforderung innerhalb eines relativ weiten Bereichs variieren.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt die Beschichtung eine solche Affinität zum Kunststoff, dass dadurch eine sichere Verbindung gewährleistet wird. Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung ist es aber beispielsweise auch möglich, sofern die Beschichtung keine ausreichende Affinität zum Kunststoff hat, dass die Verbindung über einen Formschluss erfolgt.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Beschichtung hat vorzugsweise folgende Eigenschaften: Sie bietet einen Abrasions- und Korrosionsschutz für die so beschichteten Metallteile, gewährleistet Lackierbarkeit und weist Hafteigenschaften auf vergleichbar mit einem Kleber. Sie eignet sich als Basis für einen weiteren Lackaufbau, das heißt sie ist lackierfähig.
Die Einlegteile sind im Regelfall vorgeformt und haben Fertigungstoleranzen, die durch die Rohmaßtoleranzen bedingt sind, durch den Umformprozess sowie andere vorlaufende Prozesse wie zum Beispiel eine Wärmebehandlung. Diese Toleranzen (Tol. 1) können sich summieren und deutlich über den Toleranzwerten (Tol. 2) liegen, die zu einer ausreichenden Abdichtung während des Anspritzens akzeptabel sind. Für Tol. 1 liegen die Größenordnungen dieser Toleranzen beispielsweise etwa in einem Bereich von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,4 abhängig von der Bauteilgröße und Ausformung. Für Tol. 2 können die Toleranzen im Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,04 liegen, wiederum abhängig von Kunststoffsorte und Prozessparametern beim Anspritzen. Dies bedeutet, der Unterschied kann im Bereich einer Größenordnung von etwa 1 zu 10 liegen. Mit anderen Worten, die Abdichtsituation während des Anspritzens erfordert wesentlich geringere Toleranzen als die tatsächlichen Toleranzen der Bauteile dies ermöglichen. Erschwerend kann hinzukommen, dass Einlegteile einen sogenannten „Springeffekt" haben. Beim Aufstreifen auf Formkerne beziehungsweise Halteelemente gibt es die Tendenz zum Verschieben, das heißt, das Einlegteil versucht, sich in eine spannungsarme Position zu bewegen. Durch Wärmeeinfluss im Anspritzwerkzeug wird dieser Effekt verstärkt. Dies führt dazu, dass beim Anspritzen neben der Abdichtung des Kavitätsbereiches auch Haltekräfte aufgebracht werden müssen. Diese Kräfte werden über die Beschichtung in das Einlegteil eingeleitet und führen zu einem Beschädigungsrisiko für die Beschichtung sowie zu einer unerwünschten Deformation des Einlegteils. Eine Reduzierung der Kräfte führt in der Regel zum Überspritzen des Teils, was nachteilig für folgende Prozesse sein kann. Dies wäre also kein Mittel zur Vermeidung des Beschädigungsrisikos. Die Abdichtung sowie das Halten des Einlegteils können mit festen oder beweglichen Funktionsbereichen erfolgen, was jedoch immer mit einer Krafteinleitung in das Einlegteil verbunden ist.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen stark schematisch vereinfachten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil.
Das in der Darstellung gezeigte Hybridbauteil kann prinzipiell ein beliebiges Verbundbauteil sein und ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Hybridbauteil 10 umfasst das sogenannte Einlegteil 11 (siehe obige Definition), welches eine vorzugsweise beidseitige Beschichtung 12, 13 erhält, um ein effizientes und prozesssicheres Anspritzen von Kunststoff in einem nachfolgenden Arbeitsgang zu ermöglichen. Dabei wird erfindungsgemäß in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Kantenbereich an das Einlegteil 11 beidseitig jeweils eine Wulst 14, 15 angespritzt, die sich wie man erkennt um den Kantenbereich des Einlegteils 11 herum erstreckt. Aufgrund der Beschichtung 12, 13 des Einlegteils 11 kann in dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigten Anwendungsfall unter anderem eine gute Haftung der aus Kunststoff bestehenden Wulste 14, 15 an dem aus Metall bestehenden Einlegteil 11 erzielt werden. Weiterhin wird wie man in der Zeichnung erkennen kann eine Rippe 16 ebenfalls aus Kunststoff an dem Einlegteil 11 angespritzt, wobei sich der Kunststoff der Rippe 16 durch eine Bohrung 17 des Einlegteils 11 hindurch erstrecken kann, um mit diesem einen Formschluss einzugehen. Andere geometrische Lösungen werden in dieser Prinzipskizze nicht gezeigt, sind jedoch möglich. Das gleiche Prinzip ist anwendbar für Mehrkomponentenlösungen, bei denen verschiedene Kunststoffe angespritzt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, welches aus wenigstens zwei Einzelkomponenten herstellbar ist, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, umfassend wenigstens ein Bauteil aus Metall und wenigstens einen Teilbereich des Hybridbauteils, der aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (11) mindestens in dem mit Kunststoff zu versehenden Bereich eine wenigstens einseitige Beschichtung (12, 13) erhält, bevor der Kunststoff in diesem Bereich auf das Metallteil aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff an das Metallteil (11) angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil mit einer Kunststoffschmelze umspritzt oder hinterspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Metallteil (11) ein Einlegteil ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (11) mindestens in dem Bereich, in dem der Kunststoff aufzubringen ist, vor dessen Aufbringung eine beidseitige Beschichtung (12, 13) erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (11) ein Formteil ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine KTL-Beschichtung oder Grundierung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12, 13) nach dem Auftragen aufgeschäumt wird oder zum Aufschäumen oder Aufquellen gebracht wird, um eine gewünschte Schichtdicke zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung nach dem Anspritzen nachträglich verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (11) wenigstens bereichsweise mit Kunststoff umspritzt oder hinterspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an das Metallteil (11) wenigstens ein Steg, eine Wulst (14, 15) und/oder eine Rippe (16) angespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an das Metallteil (11) in wenigstens einem Kantenbereich eine Wulst (14, 15) angespritzt, insbesondere der Kantenbereich mit der Wulst umspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen des Kunststoffs an das Metallteil (11) ein Formschluss erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der angespritzte Kunststoff durch eine Bohrung (17) oder Durchbrechung des Metallteils (11) hindurch erstreckt und dadurch ein Formschluss erzielt wird.
Hybridbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wurde.
Verwendung eines nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten Hybridbauteils als Verbundbauteil im Kraftfahrzeugbau.