DE10316343A1

DE10316343A1 - Herstellung von Hohlkörpern aus duroplastischen Formmassen

Info

Publication number: DE10316343A1
Application number: DE10316343A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Hermann; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Illzhöfer; Martin Dr.-Ing. Koschmieder; Thomas Dr. Schuh; Fritz Dipl.-Ing. Wazula; Thorsten Dipl.-Ing. Wesse
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einer duroplastischen Formmasse, wobei die Formmasse in ein vorzugsweise zweischalig ausgebildetes Formwerkzeug eingebracht wird. Die Formmasse wird in ihrem Inneren unter Bildung eines Hohlraums mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium beaufschlagt, wobei eine in die Formmasse eingebrachte Folie eine Trennschicht zwischen dem druckbeaufschlagenden Medium und der duroplastischen Formmasse bildet, um Durchbrüche des Mediums durch die Formmasse zu verhindern. Die Formmasse wird durch die druckbeaufschlagte Folie gegen die Innenwände des Werkzeugs gedrückt und die Vernetzungsreaktion der duroplastischen Formmasse ausgelöst. Dies kann beispielsweise durch Beheizung des Werkzeugs erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einer duroplastischen Formmasse.
Hohlkörper dieser Art werden beispielsweise im Automobilbau in Form von Heckdeckeln, Motorhauben oder Ähnlichem eingesetzt, wobei diese Bauteile aus duroplastischen Formmassen nach heutigem Stand der Technik mehrschalig hergestellt und anschließend durch Nieten, Schrauben oder Kleben gefügt werden. Dieser mehrstufige Herstellungsprozess ist aufwendig und teuer.

Für die Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff ist beispielsweise aus der DE 23 60 432 A1 ein Spritzblasverfahren bekannt, bei dem ein Vorformling in eine Blasform eingebracht und durch das Einbringen von Druck auf die gewünschte Form aufgeblasen werden kann. Eine Übertragung dieses Verfahrens, beispielsweise auf Bauteile im Automobilbau, ist nur eingeschränkt möglich, da Thermoplaste nicht ausreichend hitzebeständig sind, was beispielsweise bei den heutigen Trocknungsbedingungen in gängigen Lackierverfahren zu Problemen führen würde. Thermoplaste zeigen ein Kriechverhalten und weisen darüber hinaus auch noch ungünstige Oberflächeneigenschaften auf.

Die Übertragung dieses Blasformverfahrens auf duroplastische Werkstoffe ist nicht ohne weiteres möglich, da duroplastische Formmassen aufgrund ihrer Viskosität und Zusammensetzung eine geringe Eignung zur Dehnung aufweisen und damit die für einen Blasformprozess erforderlichen Umformgrade nicht realisiert werden können. Duroplastische Formmassen zeigen unter Dehnbeanspruchung die Tendenz einer Scherung zwischen Füllstoff, Fasern und Harz und damit auftretender Materialschwächen bis zum Reißen des Materials.

Die DE 199 13 079 A1 zeigt die Verformung eines Schlauches aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff, wobei der Schlauch als ein Gestrick oder Geflecht ausgebildet ist und eine eigenständige textile Faserstruktur aufweist, in die das thermoplastische Matrixmaterial injiziert wird. Dieses Bauteil ist in seiner Herstellung aufwendig und weist eine für den Anwendungsfall ungünstige Oberflächentextur auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einer duroplastischen Formmasse zu entwickeln, mit der ein mehrschaliges Bauteil mit einer Resistenz gegen höhere Temperaturen und einer sehr guten Oberflächeneigenschaft hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die innenseitig in die Formmasse eingebrachte Folie, die mit dem entsprechenden Druck beaufschlagt wird, verhindert einen Durchbruch bzw. ein Aufreißen der duroplastischen Formmasse in Folge der Druckbelastung während des Aufblasens und drückt die Formmasse gleichzeitig an die Innenwände des Werkzeugs. Die Folie umschließt dabei den entstehenden Hohlraum in dem Formkörper und bildet eine Trennschicht zwischen der duroplastischen Formmasse und dem unter Druck stehenden Hohlraum innerhalb der Formmasse. Die Vernetzungsreaktion des duroplastischen Werkstoffes wird in dieser Position initiiert und der Werkstoff ausgehärtet.
Mit Vorteil wird der Druck mittels eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufgebracht, das leicht handhabbar ist und in einfacher Weise nach dem Ausformen des Hohlkörpers wieder aus diesem entfernt werden kann.
Es ist sinnvoll, wenn die Formmasse extrudiert wird und wenn dabei die Folie als Schlauch ausgeführt ist, der beim Extrudieren der Formmasse in diese eingebracht wird. Dies ist eine einfache Möglichkeit, den Schlauch in die Formmasse einzubringen und diese dann in dem Formwerkzeug durch Befüllen des Schlauches unter Druck unter Bildung eines Hohlraumes aufzudehnen. Dabei ist es besonders sinnvoll, wenn der Schlauch koaxial mit der extrudierten Formmasse ausgebracht wird. Dies kann beispielsweise in Art einer Koextrusion erfolgen.
Die Ausbringung der Formmasse kann in gleicher Weise auch durch andere gängige Verfahren beipielsweise Kolbeninjektion, Zahnradpumpen, o.ä. erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform wird die duroplastische Formmasse als zumindest zweiteiliges, plattenförmiges Halbzeug in die Schalen eines Formwerkzeugs verbracht und im Bereich der Grenzfläche zumindest einer der zwei plattenförmigen Formmassen eine schlauchförmig oder sackförmig ausgebildete Folie eingebracht. Damit können auch Halbzeuge blasgeformt werden.
Hierzu kann es allerdings notwendig sein, die duroplastische Formmasse insoweit durch Einblasen von Luft oder Ähnlichem aufzublasen, dass ein für das Einbringen und die Aufnahme der Folie ausreichender Innenhohlraum zur Verfügung steht.
Das Werkzeug wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Vernetzungsreaktion der duroplastischen Formmasse stattfindet, wodurch das Bauteil in seiner aufgeblasenen Form in dem Werkzeug ausgehärtet wird.
Alternativ kann das Formteil zum Initiieren der Vernetzungsreaktion auch einer elektrischen Strahlung wie beispielsweise Mikrowellen- oder UV-Strahlung ausgesetzt werden.
Weiter ist darauf zu achten, dass die Temperatur in dem Extruder und in dem Werkzeug 80°C nicht überschreitet, um ein vorzeitiges Aushärten und eine damit einhergehende Reduzierung der Viskosität der Formmasse zu verhindern.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird an der Außenseite der Formmasse vor dem Aushärten zumindest partiell eine weitere Folie aufgebracht. Diese Folie reduziert durch das Anliegen unter Druck an die expandierende Formmasse die Gefahr von Rissbildungen an dessen Oberfläche. Des Weiteren können mit dieser Folie auch die Oberflächeneigenschaften des entstehenden Kunststoff-Bauteils beeinflusst werden. Beispielsweise durch eine durch die Temperatur des Werkzeugs aufschmelzende Folie, die sich gleichmäßig über die Oberfläche des Bauteils verteilt und mit der bestimmte Eigenschaften realisiert werden können.
Diese Folie an der Außenseite der Formmasse kann entweder mit der Formmasse in das Formwerkzeug eingebracht werden oder bereits im Formwerkzeug befindlich sein, wenn die Formmasse eingebracht wird. Dabei besteht auch die Möglichkeit, vor dem Einbringen der Formmasse die Innenwände des Formwerkzeugs mit der Folie auszukleiden.
Weiter ist es besonders sinnvoll, wenn die duroplastische Formmasse ein SMC-Material, also eine Mischung aus Fasern, Füllstoff und Harz, ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
Beispiel
Der Heckdeckel eines Kraftfahrzeugs wird zweischalig mit einem eingeschlossenen Hohlraum hergestellt und weist damit bei einer hohen Verbundfestigkeit ein niedriges Bauteilgewicht auf. In modernen Lackieranlagen werden solche sichtbaren Kunststoffteile, wie Heckdeckel, grundiert, in einer Vorbereitungszone an der Karosserie angebracht und durchlaufen dann sowohl die KTL-Tauchanlage, wie auch die nachfolgende Decklacklinie, in der diese Kunststoffteile dann online mit der Karosserie lackiert werden. Aufgrund des Durchlaufens der KTL-Tauchanlage und der dabei auftretenden Temperaturen insbesondere beim Trocknungsprozess ist ein wärmeresistenter Kunststoff unverzichtbar.
Die flüssigen Komponenten des Rohmaterials der Formmasse (Harz, Härter, Styrol, Additive) werden in einen Extruder gefüllt, in diesem homogenisiert sowie von eventuell vorhandenen Lufteinschlüssen befreit.
In weiteren Schritten werden der für die Erzeugung eines SMC-Materials notwendige Füllstoff und die ebenfalls notwendigen Fasern der Rohmaterialmischung dem Extruder zugeführt. Als Füllstoff besonders geeignet ist Kalziumcarbonat. Als Fasermaterial werden kurzfaserige Glasfasern zugegeben.
Die homogenisierte duroplastische Formmasse wird über eine Ringdüse extrudiert, so dass sich ein schlauchförmiges Gebilde ergibt. In Form einer Koextrusion wird ein Schlauch aus einer hochdehnfähigen Folie koaxial im Inneren des schlauchförmigen Gebildes aus der duroplastischen Formmasse erzeugt. Die Extrusion sowohl der duroplastischen Formmasse, wie auch des hochdehnfähigen Schlauches, erfolgt direkt in ein geöffnetes Formwerkzeug, im dem der Heckdeckel ausgeformt werden soll.
Das Formwerkzeug ist zweischalig ausgebildet und die Formmasse und die Folie werden gemeinsam in das geöffnete Werkzeug eingebracht. Beim Schließen des Werkzeugs werden die zwei Schalen zusammengeführt. Dabei werden die Formmasse und der Schlauch an einer oder mehreren Quetschkanten abgequetscht.
Ein Blasdorn führt an einer Öffnung des Werkzeugs zu dem Schlauch und über diesen Blasdorn wird ein gasförmiges oder flüssiges Medium, vorzugsweise Luft in den durch das Abquetschen geschlossenen Schlauch eingebracht und dieser über das eingebrachte Medium mit einem Innendruck beaufschlagt.
Das Verschließen des Schlauches an der dem Dorn gegenüberliegenden Seite kann durch Verschweißen sowohl mittels einer Quetschkante als auch mit einer Tauchkante an dem Werkzeug erfolgen.
Vor dem Einbringen der duroplastischen Formmasse und der Schlauchfolie in das Formwerkzeug wird dieses mit einer zusätzlichen Folie ausgelegt, die nach Einbringen der Formmasse zwischen dieser und der Innenwand der Folie befindlich ist. Diese Folie befindet sich nach Schließen des Formwerkzeugs und Aufblasen des Formkörpers an der Außenseite der Formasse und fixiert diese zusätzlich, indem die Formmasse beidseitig durch Folien beaufschlagt ist.
Diese beidseitige Beaufschlagung und die zusätzliche Fixierung der Formmasse an deren Außenseite reduziert auch die Gefahr von Rissausbildungen infolge der Dehnungen während des Aufblasens in diesem Bereich.
Die Folie an der Außenseite der Formmasse kann in gleicher Weise auch erst gemeinsam mit der Formmasse in das Formwerkzeug eingebracht werden und/oder erst durch das Aufblasen der Formmasse zur Anlage an der Werkzeuginnenwand gebracht werden.
Während bei dem Extrusionsvorgang auf eine Führung der Temperatur unterhalb eines Wertes von 80°C zu achten ist, um ein vorzeitiges Aushärten der duroplastischen Formmasse zu vermeiden, wird das Werkzeug oder zumindest dessen Innenwände auf eine Temperatur von ca. 140°C erwärmt.
Wenn die duroplastische Formmasse durch die Ausdehnung der hochdehnfähigen Schlauchfolie unter dem erzeugten Innendruck an die erhitzten Innenwände des Werkzeugs gepresst wird, härtet das Harz unter Bildung einer vernetzten duroplastischen Kunststoffmatrix aus, die durch die Glasfasern und die zugegebenen Füllstoffe verstärkt ist.
Die Vernetzungsreaktion beginnt an der erhitzten Werkzeuginnenwand und setzt sich in Richtung der hochdehnfähigen Folie, die eine Trennwand zwischen der duroplastischen Formmasse und dem den Druck erzeugenden Medium bildet, fort. Die Aushärtung des Bauteils von außen nach innen führt in einem weiteren positiven Effekt dazu, dass aufgrund des bestehenden Innendrucks in der duroplastischen Formmasse verbliebene Lufteinschlüsse aus der Formmasse herausgedrückt werden. Nach vollständiger Aushärtung liegt ein SMC-Bauteil mit einer festen, starren Struktur vor, das in Bezug auf heutige Lackierverfahren temperaturbeständig ist und dessen Oberfläche ggf. bearbeitbar, grundierbar und zur Decklackierung geeignet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einer duroplastischen Formmasse, wobei die Formmasse in ein Formwerkzeug verbracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Formmasse eine Folie eingebracht und die Formmasse mittels eines innenseitig auf die Folie aufgebrachten Drucks unter Bildung eines Hohlraums an die Werkzeugwände gedrückt und in dieser Position ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck mittels eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse extrudiert wird, und die Folie ein Schlauch ist, der beim Extrudieren in die Formmasse eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch koaxial mit der extrudierten Formmasse ausgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die duroplastische Formmasse in zumindest zwei, jeweils plattenförmig ausgebildeten Teilen in die Schalen eines Formwerkzeugs verbracht und im Bereich der Grenzfläche zumindest einer der zumindest zwei plattenförmigen Formmassen eine schlauchförmig oder sackförmig ausgebildete Folie eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsreaktion der duroplastischen Formmasse durch Beheizen der Werkzeugwand initiiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsreaktion der duroplastischen Formmasse mittels einer in den Hohlraum eingebrachten elektromagnetischen Strahlung initiiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Extruder kleiner 80°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Formmasse vor dem Aushärten zumindest partiell eine weitere Folie aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als duroplastische Formmasse ein SMC-Material, bestehend aus Harz, Fasern und Füllstoff verwendet wird.