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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verbundformteil aus einer
Metallplatte und einem Kunststoffteil, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verbundformteil aus einer Metallplatte und
einem Kunststoffteil sowie ein Verfahren a ihrer Herstellung, bei we1-Höhen: burchgan#5b0htL'nq-£Ii
in der Metallplatte ausgebildet und mit Kunststoff derart gefüllt sind, daß der
Kunststoff in innigem Kontakt mit der Oberfläche der MetallpJ atte auf jeuer S=
der Durchgangsbohrangen steht, wobei die kunststoffteile fest :#r der Metallplatte
durch d#e Kraft festgelegt sind, die durch den Unterschied des Wärineausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Metall und dem Kunststoff erzeugt wird.
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Man hat bereits verschiedene Arten von Verbundformteilen der genannten
Art vorgeschlagen und benutzt. Die herkömmlichen Verbundformteile haben jedoch verschiedene
Nachteile.
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Wenn beispielsweise das kunststoffteil so ausgebildet ist, daß es
einen Flansch hat, der direkt mit dem Einguß bzw. der Eingußöffnung in Verbindung
steht, durch den bzw. durch die der geschmolzene Kunststoff injiziert wird, ergeben
sich durch große Restspannungen verschiedene Fehler, wie ein Reißen des Kunststoffteils
oder ein Neigen oder Verformen dieses Teils.
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Um dies zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, den geschmolzenen Kunststoff
aus Eingießöffnungen zu injizieren, die an den vorstehender inden einer Vielzahl
von Kunststoffvorsprüngen an der Metallplatte auszubilden sind. Obwohl diese Lösung
das vorstehenwe Problem, nämlich das der Rißbildung oder Verformung des Runststoffteils
löst, führt es zu Schwankungen der Höhen dieser Vorsprünge. Da eine große Anzahl
von Eingießöffnungen verwendet wird, wird zusätzlich die Herstellung der Form schwierig,
außerdem werden längere Prozeßzeiten erforderlich.
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Wenn eine Eingießöffnung an einem Zwischenabschnitt eines langen
Gießlaufteils angeordnet ist, konzentriert sich die Spannung in nachteiliger Weise
an der Eingießöffnung und führt zur Rißbildung. Wenn man in diesem Fall das Formteil
für sich beläßt, wölben sich die Eingußöffnung und das Gießlaufteil mit dem Riß.
Die Wölbung des Gießlaufteils übt ihrerseits einen Zug für die Zugkraft auf auf
das feil aus, wodurch sich eine Wölbung des Formteils selbst einstellt Weitere Machteile
der bckannten Lösung sind, daß der Gegenstand und d tasche der in einer Vielzahl
von Durchgangsbohrungen der lkietallplatte gebildeten Kunststoffteile miteinander
durch die Gießlaufteile 8 verbunden sind Das Gießlaufteil oder die Gießlaufteile
werden so ausgebildet, daß sie eine gleichförmige Höhe und Breite haben, unabhängig
davon, ob sie sich längs der minimalen Abstandslinie zwischen benachbarten Flanschen
erstrecken oder nicht. In diesem Fall wird die Spannung an einer Verbindungsstelle
zwischen dem Gießlauf und dem Flansch konzentriert, was zu einer Rißbildung führt.
Da das Gießlaufteil eine gleichförmige Steifigkeit über seiner gesamten Länge hat,
stellen sich zusätzlich unerwünschte Neigungen und Verdrehungen der Kunststoffvorsprünge
durch die Restspannung des Gießlaufteils ein.
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In Anbetracht dieser Umstände hat man ein Verbundformteil aus einer
Metallplatte mit wenigstens drei Durchgangsbohrungen und Runststoffvorsprüngen vorgeschlagen,
die rechtwinklig zur Ebene der Metallplatte vorstehen. Es sind Kunststoffflansche
vorgesehen, die mit beiden Oberflächen der Metallflächen in Kontakt stehen. Die
Flansche der beiden Seiten der Metallplatte sind einstückig miteinander durch die
Kunststoffüllung jeder Durchgangsbohrung verbunden. Wenigstens ein Teil einer jeden
Durchgangsbohrung ist von den Kunststoffflanschen auf beiden Seiten mit der Metallplatte
abgedeckt.
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Mit diesem Verbundformteil können die Probleme des Standes der Technik
zwar gelöst werden, jedoch werden auf diesem Gebiet der Technik auch andere Lösungen
benötigt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
ein Verbundformteil mit einer Metallplatte und. einem Kunststoffteil zu schaffen,
die eine gute Dimensionsgenauigkeit, Dimensionsstabilität und Antirißeigenschaft
haben, um so die vorstehenden P obleme des Standes der Technik auszuräumen Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe durch ein Verbundformteil aus einer Metallplatte und aus einem
Kunststoffteil gelöst, bei dem wenigstens eine Durchgangsbohrung aus einer Vielzahl
von Durchgangsbohrungen in der Metallplatte an einer Stelle angeordnet ist, die
der Stellung der Eingußöffnung der Form entspricht, so daß die Restspannung in dem
die Durchgangsbohrungen verbindenden Kunststoffteil entspannt oder aufgehoben werden
kann.
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Das erfindungsgemäße Verbundformteil hat eine Metallplatte mit einer
Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangsbohrungen, ein erstes Kunststoffteil,
welches einen innigen Kontakt mit einer der Oberflächen der Metallplatte hat und
sich so erstreckt, daß es wenigstens zwei der Durchgangsbohrungen miteinander verbindet,
sowie ein zweites Kunststoffteil, das sich durch die Durchgangsbohrungen erstreckt
oder diese füllt, so daß es ein Stück mit dem ersten Kunststoffteil bildet und in
innigem Kontakt mit der anderen Oberfläche der Metallplatte steht sowie Abschnitte
aufweist, die unter den Durchgangsbohrungen liegen und deren Flächen größer sind
als diejenigen der zugeordneten Durchgangsbohrungen, wobei wenigstens eine der Durchgangsbohrungen
sich an einer Stelle befindet, die der Eingußöffnung in die Form für den geschmolzenen
Kunststcff entspricht.
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Der Ausdruck "Eingußöffnung der Form für geschmolzenen Kunststoff
wird hier so verwendet, daß er den Einguß im
breitesten Sinne einschließlich
der Eingußöffnungen in einer Form mit einem vorgegebenen Formhohlraum bedeutet.
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Anhand der Zeichnungen werden der -Stand der Technik und die Erfindung
beispielsweise näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1a ein herkömmliches Vcrbundformtei] rin der Seitenansicht;
Fig. 1b das #erbundformteil von Fig la in der Draufsicht, Fig. ic das Verbundformteil
verformt oder verwunden in der Seitenansicht; Fig. 2 ein weiteres herkömmliches
Verbundformteil in der Seitenansicht mit einem Riß und einer Wölbung, weil ein Einguß
direkt an dem Gieß laufteil ausgebildet ist; Fig. 3 eine Draufsicht auf das Gießlaufteil
des herkömmlichen Verbundformteils; Fig. 4a in einer Seitenansicht ein weiteres
herkömmliches Verbundformteil; Fig. 4b eine Draufsicht auf das Verbundformteil von
Fig. 4R, Fig. 5a eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbundformteils mit einer
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Form; Fig. 5b eine Draufsicht auf
das Verbundformteil und die Form von Fig. 5a, Fig. 6a eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Verbundformteils und einer für das Herstellungsverfahren benutzten Form zur Erläuterung
des Formprozesses zusammen mit der Form des Gießlaufteils;
Fig.
6b eine Draufsicht auf das Verbundformteil und die Form von Fig. 6a; Fig. 7a eine
Seitenansicht eines weiteren Verbundformteils der Erfindung mit einer anderen Gießlaufteilform;
Fig 7b eine Draufsicht auf das Verbundformteil von Fig. 7a; Fiq. -# eine Seitensnsicht
eines Verbundformteils der Erfindung, wobei das Teil durch einen Riß verformt ist,
der in dem Gießlaufteil erzeugt ist und Fig. 9 in einem Diagramm die Beziehung zwischen
der Anzahl der Gießlaufteile ausgehend von der Durchgangsbohrung unter einem Einguß
und dem Betrag der Restspannung.
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Ehe näher auf die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
eingegangen wird, soll zunächst anhand der Fig. 1 bis 4 der Stand der Technik mit
seinen Problemen und. NachteiLen erläutert werden.
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Fig. la bis 1c zeigen zusammen einen typischen herkömmlichen Verbundteil.
Wenn ein Einguß 6 in direkter Verbindung mit einem Flansch 4 aus Kunststoff ausgebildet
wird, stellt sich in dem Kunststoffteil nach der Verfestigung eine hohe Restspannung
ein, so daß ein Riß C im Produkt ausgebildet wird, wie dies in Fig. ib gezeigt ist,
oder daß eine Verformung des Kunststoffs eintritt, beispielsweise eine Neigung D
eines senkrechten Kunststoffvorsprungs, wie dies in Fig. 1c gezeigt ist.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, den geschmolzenen
Kunststoff aus Eingußöffnungen zu injizieren,
die in Verbindung
mit den oberen Enden einer Vielzahl von Kunststoffvorsprüngen 5 steht. Solch eine
L-ösung führt jedoch zu Schwankungen der Höhen der Kunststoffvorsprünge, obwohl
sie hinsichtlich der Unterbindung der genannten Fehler, nämlich der Neigung der
Kunststoffvorsprünge D (Fig. 1c/der Rißbildung C im Kunststofflansch (Fig. 1c) wirksam
ist. Zusätzlich währen die Herstellung der Form und die Dauer der Prozeßzeit sehr
lange, da diese Lösung eine große Anzahl von Eingußöffnungen verwendet, durch welche
das geschmolzene Harz injiziert wird.
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Wenn eine Eingußöffnung an einem Zwischenabschnitt eines langen Gießlaufteils
8 ausgebildet wird, wird die Spannung nachteiligerweise an dem Einguß konzentriert,
was zu einer Rißbildung führt. Wenn zusätzlich ein solches Formteil während einer
langen Zeit verbleibt, werden die Eingußöffnung 6' und das gerissene Gießlaufteil
8' zweckmäßigerweise gewölbt. Die Wölbung des Gießlaufteils führt seinerseits zu
einer Zug- oder Druckkraft auf das Bauelement, was eine Wölbung dieses Elements
hervorruft.
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Weitere Nachteile der herkömmlichen Verbundformteile sind, daß die
Gießlaufteile, welche die Kunststoffflansche 4 entsprechend der Vielzahl von Durchgangsbohrungen
1 in der Metallplatte verbinden, so ausgeführt sind, daß sie eine gleichförmige
Höhe und Breite über ihren Gesamtlängen unabhängig davon haben, ob die Gießlaufteile
sich über Linien von minimalen Abständen zwischen den jeweiligen benachbarten Xunststoffflanschen
4 erstrecken. Entsprechend dieser Anordnung stellt sich, wie in Fig. 3 gezeigt ist,
eine Spannungskonzentration in jedem Gießlaufteil 8 an Abschnitten des Gießlaufteils
ein, an denen dieses mit den Kunststoffflanschen 4 verbunden ist, was häufig zu
einer Rißbildung an diesen Abschnitten führt. Da das verfestigte Gießlaufteil eine
gleichförmige Steifigkeit hat, ergeben sich durch die Restspannung in dem verfestigten
Gießlaufteil Neigungen der Kunststoffvorsprünge 5 in Richtung der in den Fig. 4a
und 4b gezeigten Pfeile oder Drehverformungen dieser Vorsprünge.
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Bemerkenswert ist, daß diese Probleme oder Nachteile des Standes
der Technik durch die Erfindung, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht,
im wesentlichen gelöst sind, bzw. vermieden werden.
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In Fig. 5a und 5b ist ein erfindungsgemäßes Verbundformteil in der
Seitenansicht bzw. in der Draufsicht zusammen mit einer Form gezeigt. Die Form 3
hat eine obere und eine untere Formhälfte, die ZuS:LirL~C# einen Formhohlraum zwischen
sich bilden, in welchem eine Metallplatte 2 angeordnet ist, die Durchgangsbohrungen
aufweist. Der Formhohlraum hat Räume für die Aufnahme des geschmolzenen Harzes,
das nach seiner Verfestigung Kunststoffvorsprünge 5 bildet, die ein Stück mit Kunststoffflanschen
4 bilden, die so ausgebildet sind, daß sie jeweils über oder unter den Bohrungen
1 liegen und miteinander durch die Kunststoffüllung oder die Raumausfüllung in den
jeweiligen Durchgangsbohrungen verbunden sind. Die Kunststoffflansche 4 haben einen
Durchmesser, der größer ist als der der zugehörigen Durchgangsbohrung 1. Bei diesem
Verbundformteil werden die Kunststoffvorsprünge 5 fest an der Metallplatte durch
die Kraft abgestützt, die aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Metall und dem Kunststoff erzeugt wird.
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Wie aus den Fig. 5a und 5b zu ersehen ist, ist erfindungsgemäß in
der Metallplatte 2 an einem Abschnitt entsprechend dem Einguß 6 oder genau unter
dem Einguß, durch welchen der geschmolzene Kunststoff ursprünglich in den Formhohlraum
injiziert wird, eine zusätzliche Durchgangsbohrung 7 ausgebildet.
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Gleichzeitig sind Gießlaufteile 8, durch welche der geschmolzene Kunststoff
strömt, von der Durchgangsbohrung 7 ausgehend und in den Durchgangsbohrungen 1 endend
ausgebildet, an den die Kunststoffflansche 4 und somit die Vorsprünge 5 vorgesehen
werden.
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Der Durchmesser und das Volumen der Kunststoffflansche 4 werden so
gewählt, daß sie größer sind als die der Durchgangsbohrung 7.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, die Restspannung in dem ersten Kunststoffteil
zu entspannen und die Verankerungskraft des ersten Kunststoffteils an der Metallplatte
ausreichend zu steigern, wofür ein Volumen des Abschnitts des erwähnten. zweiten
Kunststoffteils entsprechend der Durchgangsbohrung verwendet wird, beispielsweise
das Kunstharz, wobei dessen Volumen größer als das Volumen der zugehörigen Durchgangsbolirung
ist, d.h. des Volumens, welches als Produkt der Stärke der Metallplatte und der
Fläche der Durchgangsbohrung gegeben ist. Die Fläche des erwähnten Abschnitts des
zweiten Kunststoffteils wird größer ausgelegt. als die Fläche der zugehörigen Durchgangsbohrung.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das erste Kunststoffteil
durch einen verfestigten Gießlaufteil oder verfestigte Gießlaufteile, die sich von
der Durchgangsbohrung an der dem Einguß entsprechenden Stelle aus erstrecken, und
von den Kunststoffbauteilen gebildet, die den anderen Durchgangsbohrungen entsprechen
oder davon gebildet werden und mit einer Oberfläche der Metallplatte in Kontakt
stehen, während das zweite Kunststoffteil von dem Kunststoffflansch gebildet wird,
der so ausgebildet ist, daß er unter der Durchgangsbohrung liegt, die dem Einguß
entspricht, und der mit der anderen Oberfläche der Metallplatte und den Kunststoffflanschen
in Kontakt steht, die so ausgebildet sind, daß sie unter den anderen Durchgangsbohrungen
liegen und ebenfalls mit der anderen Oberfläche der Metallplatte in Kontakt stehen.
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Erfindungsgemäß kann das Gießlaufteil vielfältige Formen aufweisen.
Fig. 6a und 6b zeigen ein Beispiel der Form eines Gießlaufteils. Bei diesem Beispiel
hat das Kunststoffflansche 4 verbindende Gießlaufteil 8 keine gleichförmige Höhe
oder Stärke.
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Statt dessen hat das Gießlaufteil 8 eine vergleichsweise große Höhe
und eine große Breite an seinen Abschnitten um die
Kunststoffflansche
4 herum, während Höhe und Breite in Richtung von den Kunststoffflanschen 4 weg allmählich
reduziert werden.
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D.h. mit-anderen-Worten, daß das Gießlaufteil einen Abschnitt hat,
dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse des Gießlaufteils kleiner als
die gleiche Querschnittsfläche der Abschnitte des Gießlaufteils ist, an denen dieses
mit den jeweiligen Kunststoffflanschen verbunden ist. Durch diese Anordnung ist
es möglich, die Dimensiollsstabilität des Verbundfornteils weiter zu verbessern
D-rch,.ei.n Dt nrlar en des Gießlauft:eils, beispielsweise an dem Mittelabschnitt,
wie dies erfindungsgemäß der Fall ist, wird die durch die Restspannung verursachte
Verformung auf den Bereich des verdünnten Abschnitts des Gießlaufteils konzentriert,
so daß sich eine plastische Verformung oder eine Rißbildung an diesem Abschnitt
einstellt, um die Restspannung des Verbundformteils freizusetzen. Dies hat zur Folge,
daß die Dimensionsstabilität bzw. Abmessungsstabilität des Verbundformteils erheblich
verbessert ist. Insbesondere im Falle des in Fig. 6b gezeigten Teils erfolgt der
größte Teil der Verformung aufgrund der Restspannung um den verengten Mittelabschnitt
des Gießlaufteils herum, da dieser mittlere verengte Abschnitt vergleichsweise flexibel
ist, so daß die unerwünschte Neigung und Verdrehungsverformung des Kunststoffvorsprungs
ziemlich ausgeschlossen wird.
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Fig. 7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung,
die eine unterschiedliche Form des Gießlaufteils hat. Beitdieser Ausführungsform
ist das Gießlaufteil 8 an mehr als zwei Abschnitten verengt. Das Gießlaufteil hat
den gleichen Vorteil wie die in den Fig. 6a und 6b gezeigte Ausführungsform.
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Die gezeigte Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn eine
Durchgangsbohrung 1 in dem Abschnitt der Metallplatte ausgeführt ist, der unter
dem Mittelabschnitt des Gießlaufteils liegt und in direkter Verbindung mit dem Einguß
steht.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundformteils mit den beschriebenen strukturellen Merkmalen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundformteils
wird eine Metallplatt& in einer Form fest angeordnet, die einen vorher festgelegten
Formhohlraum hat.
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Die Metallplatte hat eine Durchgangsbohrung, die in einem Abschnitt
ausgebildet ist,. der dem Einguß der Form für das Injizieren des gesPimoizenen Kunststoffs
gegenüberliegt Weiterhin ist wenigstens eine Duwchgangsbohrung an einem Abschnitt
der Metallplatte vorgesehen, die dem Einguß nicht gegenüberliegt. Der geschmolzene
Kunststoff wird durch den Einguß der Form zum Injizieren des Kunststoffs eingeführt,
um den Formhohlraum der Form aufzufüllen. Man läßt den Kunststoff aushärten, so
daß sich ein erstes Kunststoffteil-in innigem Kontakt mit einer der Oberflächen
der Metallplatte und ein zweites Kunststoffteil bildet, das ein Stück mit dem ersten
Kunststoffteil bildet. Das zweite Kunststoffteil erstreckt sich durch die Durchgangsbohrungen
und hat Vorsprünge, die den jeweiligen Durchgangsbohrungen entsprechen, deren Fläche
größer ist als die der entsprechenden Durchgangsbohrungen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Durchgangsbohrung
in dem Abschnitt der Metallplatte ausgebildet, die dem Einguß gegenüberliegt, durch
den der geschmolzene Kunststoff anfänglich in die Form eingeführt wird. Diese Durchgangsbohrung
kann als Behälter oder als Sammelraum für den geschmolzenen Kunststoff dienen, da
die Durchgangsbohrung dem Einguß direkt gegenüberliegt. Deshalb wird verglichen
mit dem Fall, in welchem der Kunststoff direkt in die Abschnitte des Formhohlraums
eingeführt wird, wo die Kunststoffflansche oder Kunststoffvorsprünge ausgebildet
sind, die molekulare Orientierung verbessert und die Restspannung freigesetzt. Dies
hat zur Folge, daß die mechanische Festigkeit erheblich gesteigert und dementsprechend
die Abmessungsgenauigkeit und Abmessi;ngsstabilität
des Teils
erheblich verbessert wird. Da die Gießlaufteile so ausgebildet sind, daß sie von
der Stelle der Durchgangsbohrung gegenüber der Eingußöffnung ausgehen, wird die
Neigung zur Erzeugung einer Verformung oder Neigung erheblich unterdrückt, die in
Fig. 8 mit 5' bezeichnet ist und die wahrscheinlich, wenn die Kunststoffflansche
direkt durch ein Gießlaufteil verbunden werden, infolge einer Rißbildung im Gießlaufteil
eintreten würden.
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Die nachstehende Tabelle zeigt den Zeitablauf in Stunden, ehe in
einem Versuchsstück, wie es in Fig 8 gezeigt ist und das aus Polyacetal geformt
ist, ein Riß erzeugt wird.
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Dieser Zeit ist der Zeitablauf gegenübergestellt, bei welchem ein
Riß in Versuchsstücken auftritt, die keine Durchgangsbohrung-7 haben und die unter
den gleichen Formungsbedingungen geformt sind, wobei die Versuchsstücke kontinuierlich
auf 905 C erhitzt sind. Aus der Tabelle wird ersichtlich, daß durch das erfindungsgemäße
Verfahren das Auftreten von Rissen weitgehend vermieden wird, bzw. die Antirißeigenschaft
erheblich verbessert ist.
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Tabelle
| Art des Versuchsteils Zeitablauf in Studen ehe ein |
| Riß beobachtet wird |
| Ohne Durchgangsbohrung 7 730 |
| Mit Durchgangsbohrung 7 1580 |
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl n der Gießlaufteile, die sich von
der Durchgangsbohrung aus erstrecken, welche dem Einguß gegenüberliegt, und dem
Betrag der Restspannung Mr. Man sieht aus Fig. 9, daß der Betrag der Restspannung
drastisch
zunimmt, wenn die Zahl der Gießlaufteile über 3 ansteigt. Bevorzugt wird deshalb,
daß die Anzahl der sich von der Durchgangsbohrung aus erstreckenden Gießlaufteile
nicht größer als 3 ist. Vorzugsweise sind diese Gießlaufteile in einem gleichen
Winkelabstand angeordnet. Wenn die Gießlaufteile nicht in gleichem Winkelabstand
angeordnet sind, d.h.
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wenn die Gießlaufteile in einer Richtung konzentriert sind, wird eine
unausgeglichene Verteilung der Restspannung in dem Kunststoff an der Metallplatte
erzeugt, was zu einer unerwünschten Wölbung uld Verwerfung der Metallplatte führt.
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Erfindungsgemäß wird also gegenüber dem Stand der Technik eine höhere
Dimensionsgenauigkeit erhalten. Infolge des verringerten Betrags der Restspannung
ergibt sich eine verbesserte Beständigkeit, wie Dimensionsstabilität, Antireißeigenschaft
und dergleichen des Verbundformteils bei einem langen Einsatz.
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Das Verbundformteil und das Herstellungsverfahren nach der Erfindung
eignet sich besonders auf Gebieten, bei denen Verbundformteile gefordert werden,
die eine speziell geringe Wölbung des-Bauteils aufweisen sollen.
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