DE19934545C1

DE19934545C1 - Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund

Info

Publication number: DE19934545C1
Application number: DE1999134545
Authority: DE
Inventors: Wilfried Rostek; Juergen Krogmeier; Wulf Haertel
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2019-07-23

Abstract

Bei dem Verfahren wird eine einem Lager (1) entnommene, gegebenenfalls vorbehandelte Metallplatine (2) in einem Umform-Spritzgießwerkzeug (3) mit zwei zueinander relativ verlagerbaren Werkzeugteilen (4, 5) lagefixiert. Anschließend werden die Werzeugteile (4, 5) unter Verformung der Metallplatine (2) zu einem Profilkörper (6) aufeinander zu bewegt. Danach wird bei miteinander verriegelten Werkzeugteilen (4, 5) Kunststoff in das geschlossene Umform-Spritzgießwerkzeug (3) unter bereichsweisem Formschluss mit dem Profilkörper (6) gespritzt. Nach dem Abkühlen des vorgefertigten Hybridbauteils (21) werden die Werkzeugteile (4, 5) voneinander entfernt und es wird letztlich der Hybridbauteil (21) dem Umform-Spritzgießwerkzeug (3) entnommen.

Description

Hybridbauteile im Metall/Kunststoffverbund werden z. B. dort eingesetzt, wo Metallkonstruktionen verstärkt werden sollen und eine Integration von Funktionen vorgesehen ist. Des Weiteren werden solche Hybridbauteile dann ver wendet, wenn ein niedriges Eigengewicht angestrebt wird. Ferner erlaubt die Kunststoffkomponente die Verwirkli chung spezifischer Oberflächendesigns, so dass ein Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund die Kombination technischer Elemente mit gestalterischen Gesichtspunkten erlaubt.

Bei der Herstellung eines Hybridbauteils geht man bislang so vor, dass zunächst eine Metallplatine einem Lager ent nommen oder von einem Coil abgetrennt wird. Die Metall platine kann dann vorbehandelt, z. B. entsprechend einer bestimmten Kontur gestanzt werden. Bei einer gestapelten Metallplatine kann die Vorbehandlung unter Umständen auch vor dem Lagern erfolgen. Danach wird die Metallplatine in einem Tiefziehwerkzeug durch Zugdruckumformen zu einem Profilkörper (Erstzug) verformt. Es kann aber auch ein bereits vorhandener Profilkörper durch Zugdruckumformen zu einem Profilkörper mit anderen Abmaßen (Weiterzug) ohne beabsichtigte Veränderung der jeweiligen Material dicke verformt werden. Das Tiefziehen der Metallplatine zum Profilkörper kann hierbei mit starren Werkzeugen wie Matrize und Ziehstempel, mit nachgiebigen Werkzeugen wie Ziehstempel und Gummikissen, mit Wirkmedien wie Flüssig keiten und Gasen oder auch mit einer Wirkenergie wie z. B. einem magnetischen Feld durchgeführt werden.

Nach dem Tiefziehen wird der so gebildete Profilkörper in der Regel in dieser Fertigungsstätte gelagert und dann zu einer anderen Fertigungsstätte transportiert, wo er zunächst ebenfalls gelagert und dann in einem Spritzgieß werkzeug zum Hybridbauteil vervollständigt wird.

Ähnlich dem Extrudieren wird beim Spritzgießen der zu verarbeitende Kunststoff durch eine Schnecke gefördert, homogenisiert und bei Thermoplasten durch Friktion und Zylinderbeheizung plastifiziert. Die Schnecke führt neben der rotatorischen auch eine translatorische Bewegung aus und übernimmt dadurch die Funktion eines Kolbens. Beim Spritzvorgang schiebt dann die Schnecke die Kunststoff masse in das Spritzgießwerkzeug. Die vorgegebenen Hohl räume zwischen der Form und dem Profilkörper werden hier bei gefüllt und auf diese Weise der Profilkörper durch Formschluss mit dem Kunststoff verbunden.

Da die Herstellung des Profilkörpers aus einer Metallpla tine bislang durchweg in einer anderen Fertigungsstätte als die Vervollständigung des Profilkörpers mit Kunst stoff zu einem Hybridbauteil erfolgt, sind mit dieser se quentiellen Herstellungsweise eine Reihe von Arbeitsgän gen verbunden, welche das Endprodukt, nämlich den Hybrid bauteil unter betriebswirtschaftlichen Aspekten zwangs läufig verteuert. Es sind zusätzliche Werkzeuge und Hand lingseinrichtungen für die Entnahme des Profilkörpers aus dem Tiefziehwerkzeug, für seine Lagerung, für seinen Transport von einer Fertigungsstätte zu anderen, für die dortige erneute Lagerung und für die Beschickung des Spritzgießwerkzeugs erforderlich. Auch der zeitliche Be darf für die Herstellung eines Hybridbauteils ist demnach hoch. Da es sich bei einem Hybridbauteil in der Regel um ein Massenprodukt handelt, ist das Handling zwischen den beiden in verschiedenen Fertigungsstätten stattfindenden Arbeitsgängen umständlich und damit unwirtschaftlich.

Durch die DE 195 13 949 A1, die DE 195 19 752 A1, die DE 42 33 254 C2, die DE 33 23 346 A1 und die DE 197 29 486 C2 ist es bekannt, durch Stege verbundene Metallstreifen zu umspritzen und nachfolgend die verbindenden Metallstege zu durchtrennen sowie dabei den Metallgrat umzubiegen.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hy bridbauteils im Metall/Kunststoffverbund zu schaffen, das mit einem geringeren personellen, vorrichtungstechnischen und zeitlichen Aufwand ein höheres wirtschaftliches Aus bringen gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass nunmehr die Verfahren des Tiefziehens und des Spritzgießens so miteinander kombiniert werden, dass nur noch ein einziges Werkzeug in einer einzigen Fertigungsstätte zur Herstel lung eines Hybridbauteils benötigt wird. Auf diese Weise wird das Handling zwischen dem Tiefziehen und dem Spritz gießen (Lagern, Transportieren, erneutes Lagern) völlig eingespart und der Fertigungszyklus eines Hybridbauteils wesentlich verkürzt. Das wirtschaftliche Ausbringen wird deutlich erhöht.

Im Rahmen der Erfindung wird nunmehr eine Metallplatine - wie auch schon beim Stand der Technik - entweder einem Lager entnommen oder von einem Coil abgetrennt. Diese Me tallplatine kann dann vorbehandelt, z. B. entsprechend der gewünschten späteren Konfiguration gestanzt und anschlie ßend in einem Umform-Spritzgießwerkzeug mit mindestens zwei zueinander relativ verlagerbaren Werkzeugteilen la gefixiert werden. Als Halbzeuge bzw. Materialien für die Metallplatinen können Tiefziehstahl mit diversen Be schichtungen oder höherfeste Werkstoffe zum Einsatz ge langen. Auch Engineered Blanks (Tailored Blanks mit nicht linearem Schweißverlauf) sowie Patchwork Blanks sind denkbar. Hierunter wird eine partielle Verstärkung von flächigen Platinen durch örtliches Aufsetzen von Blech stücken beliebiger Kontur durch Lasern, Punktschweißen oder Kleben verstanden. Ferner kann Aluminium als Werk stoff eingesetzt werden. Andere Metalle wie Kupfer etc. sind ebenfalls denkbar.

Nach der exakten Positionierung der Metallplatine in dem Umform-Spritzgießwerkzeug werden die Werkzeugteile auf einander zu bewegt, wobei die Metallplatine in der ge wünschten Weise zu einem Profilkörper verformt wird. Un abhängig davon, ob die Werkzeugteile nun hydraulisch oder mechanisch geschlossen und verriegelt werden, können bei dieser Maßnahme beliebige Arbeitsgänge wie insbesondere Tiefziehen, Prägen, Lochen oder Durchstellen durchgeführt werden.

Nach dem Umformen (Tiefziehen) bleiben die Werkzeugteile in der Regel verriegelt und der Profilkörper im Umform- Spritzgießwerkzeug lagefixiert. In Abhängigkeit der je weiligen Bauteilkontur kann es ggf. erforderlich sein, dass die Werkzeugteile, evtl. auch nur partiell, etwas zurückgefahren werden, um Platz zum Einspritzen des Kunststoffs zu schaffen. Anschließend wird in das Umform- Spritzgießwerkzeug an vorbestimmten Stellen Kunststoff eingespritzt, der sich aufgrund der inneren Formgebung der Werkzeugteile dann so in dem Umform-Spritzgießwerk zeug verteilt, dass ein mindestens bereichsweiser Form schluss des Kunststoffs mit dem metallischen Profilkörper hergestellt wird. Dieser Formschluss kann beispielsweise durch partielles Umgreifen des Profilkörpers erreicht werden oder auch durch ein quasi Vernieten. Darüberhinaus können beim Spritzgießen Versteifungsrippen mit einge bracht werden, die dann mit dem Profilkörper ebenfalls in der jeweils geeigneten Weise verklammert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 erblickt. Danach werden zusammen mit der Metallplatine weitere Funktionskomponenten in dem Umform-Spritzgieß werkzeug positioniert. Solche Funktionskomponenten können Befestigungselemente, Mutterneinleger oder weitere ein zelne Metallprofile sein, welche dann die Fertigung eines auch komplexen Hybridbauteils ermöglichen. Alle diese Einzelteile werden über den Kunststoff zum Hybridbauteil miteinander verbunden.

Darüberhinaus erlaubt es die Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3, dass im Zuge des Spritzgießens Bereiche des Profilkörpers durch den hydrostatischen Systemdruck weiter verformt werden. Auf diese Weise braucht mithin nicht schon beim Tiefziehen die Endkontur des Profilkörpers erzeugt zu werden. In diesem Zusammen hang sind herkömmliche Arbeitsgänge, wie Inserttechnik, Outserttechnik und In-mould-assembling integrierbar.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich nungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufschema der Herstellung eines Hy bridbauteils im Metall/Kunststoffverbund;

Fig. 2 in der Perspektive einen Längenabschnitt eines solchen Hybridbauteils;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Hybridbauteil der Fig. 2 und

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar stellung der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Lager für gestapelte Metall platinen 2 bezeichnet. Die Metallplatinen 2 können vor der Stapelung behandelt, beispielsweise nach einer vorbe stimmten Konfiguration gestanzt sein.

Von dem Lager 1 wird jede einzelne Metallplatine 2 direkt oder indirekt - unter Einschaltung einer z. B. stanzenden Zwischenbehandlung - in nicht näher dargestellter Weise gemäß den Pfeilen PF zu einem Umform-Spritzgießwerkzeug 3 überführt, das zwei zueinander relativ verlagerbare Werk zeugteile 4, 5 (Untergesenk 4, Obergesenk 5) aufweist. Die Werkzeugteile 4, 5 werden mit Hilfe nicht näher dar gestellter hydraulisch beaufschlagbarer Zylinder verla gert und durch diese in der geschlossenen Stellung auch miteinander verriegelt.

Die Formkonturen der beiden Werkzeugteile 4, 5 sind so gestaltet, dass mit ihnen aus jeder Metallplatine 2 ein im Querschnitt U-förmiger Profilkörper 6 mit einem Boden 7, zwei Schenkeln 8 und zwei Flanschen 9 hergestellt wer den kann. Darüberhinaus werden mit Hilfe der beiden Werkzeugteile 4, 5 in der vertikalen Mittellängsebene VMLE des Profilkörpers 6 im Abstand zueinander am Boden 7 nach innen ausgeformte kugelabschnittsförmige Mulden 10 mit Lochungen 11 erzeugt (siehe auch Fig. 2 bis 4).

Nach dem Tiefziehen wird bei miteinander verriegelten Werkzeugteilen 4, 5 Kunststoff über Kanäle 12-17 in den Werkzeugteilen 4, 5 derart in das Umform-Spritzgießwerk zeug 3 gespritzt, dass der Kunststoff entsprechend den Darstellungen der Fig. 2 bis 4 mit den Flanschen 9 des Profilkörpers 6 einen Formschluss durch Umklammerung 18 eingeht, dass kreuzförmige Rippen 19 zwischen dem Boden 7 und den Schenkeln 8 des Profilkörpers 6 erzeugt werden, und dass die Rippen 19 über die gelochten Mulden 10 am Boden 7 mit diesem bei 20 quasi vernietet werden.

Auf diese Art und Weise wird ein Hybridbauteil 21 im Me tall/Kunststoffverbund geschaffen. Dieses wird dann nach Abkühlung und dem Öffnen des Umform-Spritzgießwerkzeugs 3 diesem gemäß dem Pfeil PF1 in Fig. 1 entnommen und der Weiterverwendung zugeführt.

Bezugszeichenaufstellung

1

- Lager f.

2

- Metallplatinen

3

- Umform-Spritzgießwerkzeug

4

- Werkzeugteil v.

3

5

- Werkzeugteil v.

3

6

- Profilkörper

7

- Boden v.

6

8

- Schenkel v.

6

9

- Flansche v.

6

10

- Mulden an

7

11

- Lochungen in

10

12

- Kanal in

5

13

- Kanal in

5

14

- Kanal in

4

15

- Kanal in

4

16

- Kanal in

5

17

- Kanal in

4

18

- Umklammerung v.

9

19

- Rippen

20

- Vernietung

21

- Hybridbauteil
PF - Pfeile
PF1 - Pfeil
VMLE - vertikale Mittellängsebene v.

6

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (21) im Metall/Kunststoffverbund, bei welchem eine einem Lager (1) entnommene oder von einem Coil abgetrennte, gegebenenfalls vorbehandelte Metallplatine (2) in einem Umform-Spritzgießwerkzeug (3) mit mindestens zwei zueinander relativ verlagerbaren Werkzeugteilen (4, 5) lagefixiert wird und anschließend die Werk zeugteile (4, 5) unter Verformung der Metallplatine (2) zu einem Profilkörper (6) aufeinander zu bewegt werden, worauf bei miteinander verriegelten Werkzeug teilen (4, 5) Kunststoff in das geschlossene Umform- Spritzgießwerkzeug (3) unter bereichsweisem Form schluss mit dem Profilkörper (6) gespritzt wird, und dass nach dem Abkühlen des so gefertigten Hybridbau teils (21) die Werkzeugteile (4, 5) voneinander ent fernt werden und danach der Hybridbauteil (21) dem Umform-Spritzgießwerkzeug (3) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zusammen mit der Metallplatine (2) weitere Funktionskomponenten in dem Umform-Spritzgießwerkzeug (3) positioniert wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem im Zuge des Spritzgießens Bereiche des Profilkörpers (6) durch den hydrostatischen Systemdruck weiter verformt werden.