DE202006019341U1

DE202006019341U1 - Organoblechstrukturbauteil

Info

Publication number: DE202006019341U1
Application number: DE200620019341
Authority: DE
Original assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Current assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2016-12-21

Abstract

Organoblechstrukturbauteil (10, 20, 30) mit einem strukturversteifenden Kunststoffeinleger (12, 22 32), der mit einem thermoplastischen Material (14, 24, 34) derart hinterspritzt bzw. zumindest teilweise umspritzt ist, dass der Kunststoffeinleger (12, 22, 32) und das thermoplastische Material 14, 24, 34 eine stoffschlüssige Verbindung miteinander bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Organoblechstrukturbauteil.
Im modernen Kraftfahrzeugbau werden als Strukturbauteile in hohem Maße Leichtbauteile verwendet. Um einerseits Gewicht einzusparen, andererseits aber die notwendige Festigkeit zu erzielen, wurde in der EP 0 370 342 B1 als Leichtbauteil ein Hybridbauteil vorgeschlagen, das einen schalenförmigen Grundkörper aus Metall mit Verstärkungsrippen aufweist, wobei die Verstärkungsrippen aus angespritztem Kunststoff bestehen und wobei die Verbindung der Verstärkungsrippen mit dem Grundkörper an diskreten Verbindungsstellen über Durchbrüche im Grundkörper erfolgt, durch die der Kunststoff hindurchreicht und über die Flächen der Durchbrüche hinausreicht.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 203 10 656 U1 ist ein weiteres Hybridbauteil für Kraftfahrzeuge bekannt, das aus einer dreidimensional verformten Blechschale mit daran angespritzten Verstärkungsrippen aus Kunststoff besteht. Die Blechschale weist diskrete Anbindungsstellen für den Kunststoff in Gestalt von Höckern, Näpfen und/oder Durchbrüchen auf. Die diskreten Anbindungsstellen sind in zumindest zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet und zwischen jeder Anbindungsstelle der einen Ebene und zumindest einer der Anbindungsstellen der anderen Ebene besteht eine Verbindung über den Kunststoff.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein Organoblechstrukturbauteil mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen.
Organobleche an sich sind bekannt. Unter einem Organoblech wird ein plattenförmiges Halbzeug aus faserverstärktem, thermoplastischem Kunststoff bezeichnet. Diese Art von Halbzeug ist insbesondere in der Verarbeitung von gewebeverstärkten Thermoplasten verbreitet.
Gemäß der Erfindung wird ein Organoblechstrukturbauteil vorgeschlagen, das – ohne metallische Verstärkung – aus einem strukturversteifenden Kunststoffeinleger besteht, der mit einem hinter- bzw. umspritzen Kunststoffmaterial eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist hier eine Verbindung zu verstehen, bei der die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Es handelt sich um eine nicht-lösbare Verbindung, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lässt.
Das erfindungsgemäße Organoblechstrukturbauteil kann als flächiges Halbzeug oder als geformtes Strukturbauteil, bspw. für den Karosserierohbau aber auch für andere Anwendungen, in denen leichte, aber verwindungssteife Strukturen benötigt werden, vorliegen.
Erfindungsgemäß kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem strukturversteifenden Kunststoffeinleger und dem im folgenden auch als Grundmaterial bezeichneten hinterspritzen bzw. umspritzen Material über das gesamte Bauteil oder auch nur abschnittsweise vorliegen. Der strukturversteifende Kunststoffeinleger kann in sich wiederum geeignete Verstärkungsmaterialien, wie bspw. Glasfasern oder dergleichen, enthalten. Für die Herstellung eines erfindungs gemäßen Organoblechstrukturbauteils wird zunächst eine Kunststoffplatte bereitgestellt, die ein Verstärkungsmaterial enthält, dessen Matrixmaterial aus Kunststoff besteht. Das Verstärkungsmaterial kann bspw. Glasfaser sein. In einem nächsten Schritt wird die Kunststoffplatte hinterspritzt bzw. umspritzt und der Stoffschluss wird durch Einstellung der geeigneten Temperatur und/oder des geeigneten Drucks hergestellt. Zwischen diesen beiden Prozessschritten kann ggf. noch ein Schritt eingefügt werden, bei dem aus der Kunststoffplatte ein Formteil erstellt wird. Alternativ können Formgebung und Umspritzung bzw. Hinterspritzung in einem Arbeitsgang erfolgen, indem die Kunststoffplatte mit Verstärkungsmaterial in eine Form eingelegt wird und das zum Umspritzen bzw. Hinterspritzen dienende thermoplastische Material vor oder nach dem Formgebungsvorgang zugegeben wird.
Die Erfindung ermöglicht es, metallische Verstärkungen in Leichtbauteilen zu minimieren oder sogar vollständig zu substituieren. Aufgrund der erfindungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindung zwischen den strukturversteifenden Kunststoffeinlegern und dem hinterspritzten Material werden die mechanischen Eigenschaften und somit auch die Festigkeit des erzielten Strukturbauteils deutlich verbessert. Wie bereits angedeutet, besteht die Möglichkeit, den zu umspritzenden Kunststoffeinleger in einem Arbeitsgang in der Spritzgussform mitzuformen, was mit einem beträchtlichen Kostenvorteil verbunden ist, da das Erstellen eines Halbzeugs entfallen kann.
Durch die Reduzierung bzw. vollständige Substitution von Stahl ist die Korrosionsgefahr reduziert bzw. ausgeschlossen, und es wird eine weitere Gewichtsreduzierung des Leichtbauteils erzielt. Darüber hinaus ist bei einer völligen Substitution von Stahl das Leichtbauteil unter der Alt autoverordnung einfacher zu entsorgen. Der Kunststoffeinleger ist bei der vorliegenden Erfindung werkzeugschonender als Stahl.
Aufgrund der erfindungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kunststoffeinleger und dem hinterspritzen bzw. umspritzten Material sind in dem Kunststoffeinleger Durchspritzpunkte oder tiefgezogene Näpfe oder dergleichen nicht zwingend erforderlich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteils.
2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteils.
3 zeigt in seitlicher Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteils.
In den 1 bis 3 sind verschiedene Möglichkeiten einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteils 10, 20, 30 schematisch und nicht maßstabsgetreu veranschaulicht.
Die erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteile 10, 20, 30 umfassen jeweils einen strukturversteifenden Kunststoffeinleger 12, 22, 32. Der strukturversteifende Kunststoffeinleger enthält vorzugsweise ein Verstärkungsmaterial, bei dem es sich bspw. um Glasfasern handeln kann. Der strukturversteifende Kunststoffeinleger 12, 22, 32 ist erfindungsgemäß mit einem thermoplastischen Material 14, 24, 34 hinterspritzt (1 und 2) bzw. zumindest teilweise umspritzt (3). Die Umspritzung in der Ausführungsform der 3 bezieht sich auf die Kanten des Kunststoffeinlegers 32, die zur Erhöhung der Struktursteifigkeit teilweise umspritzt sind (vgl. Bezugszeichen 36 und 38). Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Verwindungssteifigkeit, können (nicht dargestellte) Verstärkungsrippen vorgesehen sein, bspw. Verstärkungsrippen, die die umspritzten Kanten 36, 38 verbinden.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele weisen eine relativ einfache geometrische Struktur auf. Es können jedoch auch komplexere Strukturen auf einfache Art und Weise gebildet werden. Durch das Umspritzen bzw. Hinterspritzen mit thermoplastischen Material 14, 24 sind vielfältige Möglichkeiten in direkten Ausformen von Funktionselementen 16, 26 gegeben. So können bspw. Kabelführungen, Konsolen, Befestigungselemente usw. im Arbeitsgang des Hinterspritzens direkt mitgespritzt werden, wodurch sich vielfältige Integrationsmöglichkeiten eröffnen.
Die Erfindung ist in vielen Bereichen einsetzbar. So ist insbesondere eine Verwendung im Kraftfahrzeugbau vorteilhaft, da ohne Verlust an notwendiger Verwindungssteifigkeit Strukturbauteile in Leichtbauweise bereitgestellt werden können, die eine weitere Gewichtsreduzierung gestatten. Die Erfindung ermöglicht – wie eingangs bereits ausgeführt – einen Verzicht auf Stahleinlagen, wodurch die Korrosionsgefahr eliminiert wird. Dadurch ist die Oberfläche nach dem Spritzguss auch beschädigungsfrei.
Wesentlicher Aspekt bei dem erfindungsgemäßen Organoblechstrukturbauteil ist die Tatsache, dass der strukturversteifende Kunststoffeinleger und das thermoplastische Material eine stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen. Die Einstellung der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt über die Prozessparameter, insbesondere Massetemperatur und Werkzeugtemperatur sowie Druck. Als weiterer Prozessparameter ist die Dicke des Einlegeteils (Kunststoffplatte) zu nennen. Die notwendige bzw. gewünschte Verwindungssteifigkeit wird durch die Formgebung des Strukturbauteils, die Form der Hinterspritzung bzw. Umspritzung (bspw. mit Verstärkungsrippen) und/oder die Materialdicken (die über die Länge des Strukturbauteils auch variieren können) eingestellt.
Erfindungsgemäß gehen die zum Einsatz kommenden Materialien, nämlich der strukturversteifende Kunststoffeinleger und das thermoplastische Material, ohne Einsatz von Fügemitteln, Haftvermittlern oder konstruktiver Verknüpfungspunkte eine stoffschlüssige Verbindung miteinander ein. Die stoffschlüssige Verbindung beruht u.a. auf dem identischen Hinterspritz- bzw. Matrixmaterial des Verstärkungseinlegers. Zum Hinterspritzen bzw. Umspritzen und für die Matrixmaterialien des Kunststoffeinlegers kommen sämtliche thermoplastischen Materialien in Betracht.
Weitere Einsatzbereiche der Erfindung sind überall dort, wo möglichst leichte, aber tragfähige Strukturen benötigt werden. Dies sind neben dem Automobilbau (Heckklappen, Dachmodule, Türmodule, Montageträger, Frontend- und Heckendgestaltungen, Armaturenträger usw.) der Flugzeugbau, der Nutzfahrzeugbau und Dinge des täglichen Bedarfs, wie bspw. Kinderwagen, Skistiefel, Skateboard und dergleichen.

Claims

Organoblechstrukturbauteil (10, 20, 30) mit einem strukturversteifenden Kunststoffeinleger (12, 22 32), der mit einem thermoplastischen Material (14, 24, 34) derart hinterspritzt bzw. zumindest teilweise umspritzt ist, dass der Kunststoffeinleger (12, 22, 32) und das thermoplastische Material 14, 24, 34 eine stoffschlüssige Verbindung miteinander bilden.
Organoblechstrukturbauteil nach Anspruch 1, das als flächiges Halbzeug vorliegt.
Organoblechstrukturbauteil nach Anspruch 1, das als geformtes Strukturbauteil vorliegt.
Organoblechstrukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die stoffschlüssige Verbindung abschnittsweise vorliegt.
Organoblechstrukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die stoffschlüssige Verbindung über das gesamte Bauteil vorliegt.
Organoblechstrukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der strukturversteifende Kunststoffeinleger (12, 22, 32) ein geeignetes Verstärkungsmaterial enthält.
Organoblechstrukturbauteil nach Anspruch 6, bei dem das Verstärkungsmaterial Glasfasern sind.
Organoblechstrukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das durch Hinterspritzen bzw. Umspritzen einer verstärkungsmaterialenthaltenden Kunststoffplatte mit einem thermoplastischen Material gebildet ist, wobei ein Stoffschluss zwischen Kunststoffplatte und thermoplastischen Material durch Einstellung einer geeigneten Temperatur und/oder eines geeigneten Drucks erzielt wird.
Organoblechstrukturbauteil nach Anspruch 8, bei dem die Kunststoffplatte vor dem Hinterspritzen bzw. Umspritzen als Formteil ausgebildet ist.
Organoblechstrukturbauteil nach Anspruch 8, bei dem Formgebung der Kunststoffplatte und Umspritzung bzw. Hinterspritzung mit thermoplastischen Material in einem Arbeitsgang erfolgen.