DE4404127A1 - Polymer-Platte mit einer Abdichtungsmembran zur Herstellung von elektrischen und mechanischen Verbindungen durch die Platte hindurch und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Polymer-Platte mit einer Abdichtungsmembran zur Herstellung von elektrischen und mechanischen Verbindungen durch die Platte hindurch und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polymer- Platte mit einer Abdichtungsmembran zur Herstellung von elektrischen und mechanischen Verbindungen durch die Platte hindurch. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Platte und auf ein Verfahren zur Ver- bzw. Bearbeitung dieser Platte.
Üblicherweise werden bisher Fahrzeugtür-Aufbauten herge­ stellt aus einer Außenseiten-Platte 3 und einer Innensei­ ten-Platte 2 (vgl. Fig. 1), die aus Stahl ausgestanzt wer­ den und unter Verwendung vieler kleiner Stahlstücke mit­ einander verschweißt werden, um eine zusätzliche Struktur­ festigkeit zu erzielen. Die Metalle verleihen je nach ih­ rer Dicke eine gute Steifheit (Steifigkeit). Außerdem wei­ sen diese Aufbauten eine Einrichtung zum Abdichten des in­ neren Fahrgastraumes gegen Feuchtigkeit von außen auf. Diese Abdichtungseinrichtung hat im allgemeinen die Form eines Stückes Kunststoffilm 5 oder es werden Durchführungsdichtungen oder Dichtungsmassen verwendet, um die Löcher abzudichten, die in der Innenseiten-Türplatte 2 vorgesehen sind zur Herstellung von mechanischen oder elektrischen Verbindungen.
Mit der steigenden Nachfrage nach Treibstoffeinsparungen haben die Automobil-Hersteller jedoch in den letzten Jah­ ren Ausschau gehalten nach neuen Materialien, welche diese traditionellen Materialien in Automobilen ersetzen sollen. Die Materialien der Wahl waren für die meisten Automobil­ hersteller Polymere. Die Hersteller haben versucht, über­ all wo sie konnten, in den Aufbau und die Karosserie des Fahrzeugs Polymere zu integrieren, um das Gewicht herabzu­ setzen und dadurch Kraftstoffeinsparungen zu erzielen. Die Hersteller haben festgestellt, daß eine beträchtliche Ge­ wichtsverminderung erzielt werden kann durch Herabsetzung des Gewichtes der Türplatten. Deshalb wurden von den Her­ stellern für diesen Zweck Fahrzeugtür-Platten entwickelt, die entweder teilweise oder vollständig aus Polymerharzen bestehen.
Einer der Nachteile der Verwendung von Polymeren ist der niedrige Elastizitätsmodul der Polymeren. Wegen des nied­ rigen Elastizitätsmoduls im Vergleich zu traditionellem Stahl fehlt den Polymeren manchmal die für Automobil-Ka­ rosserieteile erforderliche Steifheit (Steifigkeit). Die­ ser Nachteil wurde teilweise beseitigt durch Zugabe von Füllstoffen zu dem Polymerharz, die den Elastizitätsmodul und damit die Steifheit (Steifigkeit) erhöhen.
Wenn nun eine Platte 2 aus einem Harz geformt wird, ent­ steht die Notwendigkeit, daß eine zusätzliche Verfahrens­ stufe durchgeführt werden muß, um ein Loch in die innere Platte hineinzuschneiden, das die Herstellung von mechani­ schen oder elektrischen Verbindungen erlaubt. Wenn ein Loch durch Spritzgießen in der Platte 2 geformt wird, muß das Loch mit einer Durchführungsdichtung oder einem wet­ terdichten Material, wie einer Gummidichtung, versiegelt werden, weil das Harz nicht glatt um das Loch herumfließt und weil um die Peripherie des Loches herum häufig Risse auftreten.
Die zusätzlichen Bearbeitungsstufen des Einschneidens von Zugangslöchern führt zu zusätzlichen Herstellungskosten und Abfallmaterial, das aus der Platte herausgeschnitten werden muß.
Die Tür muß dann wie eine Metalltür mit einer Kunststoffo­ lie bzw. -platte abgedichtet werden oder die Löcher müssen mit einer Durchgangsdichtung oder einer Gummidichtung ver­ siegelt werden, um eine gute Wetterabdichtung zwischen der Außenseiten-Oberfläche der Platte 4 und der Innenseiten- Oberfläche der Platte 5 aufrechtzuerhalten. Diese zusätz­ lichen Bearbeitungsstufen erhöhen die Kosten für die Teile, die Arbeit und den Zusammenbau.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platte mit einer Abdichtungsmembran zur Herstellung von elektrischen und mechanischen Verbindungen durch die Platte hindurch. Die Erfindung umfaßt einen Fabrikationsgegenstand, der eine Polymer-Platte enthält, die mindestens einen dünnen Poly­ mermembran-Abschnitt aufweist, bei dem die Membran mit der Platte eine Einheit bildet (zusammenhängt) und einen sol­ chen Elastizitätsmodul und eine solche Dicke hat, daß die Membran eine Abdichtung (Versiegelung) gegenüber einem durch diese Membran hindurch eingeführten Gegenstand dar­ stellt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Ver­ fahren zur Herstellung der obengenannten Platte mit der(den) Membran(en).
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugtür- Aufbaus;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Platte mit einer Membran, durch die ein Metallstab hindurchge­ führt ist und der durch die Membran abgedichtet wird;
Fig. 3 eine Aufrißansicht der Membran mit dem Abdich­ tungs-Penetrationsschlitz.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Platte 2 mit min­ destens einer Membran 4 dargestellt, die als Abdichtungs- Penetrationsschlitz dient, durch den elektrische und me­ chanische Verbindungen hergestellt werden können. Die Platte weist eine große Anzahl von Anwendungsbereichen auf. Zu Beispielen für die Anwendungsbereiche dieser Plat­ ten gehören Computer und Automobile. Diese Beispiele sol­ len jedoch die Erfindung lediglich erläutern und die Er­ findung ist keineswegs darauf beschränkt. Die Anwendungs­ bereiche dieser Platte 2 sind so zu verstehen, daß sie auch solche Anwendungsbereiche umfassen, die für den Fach­ mann auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Die Platte 2 kann für die meisten Anwendungszwecke eingesetzt werden, bei denen elektrische oder mechanische Verbindungen durch eine Platte hindurch hergestellt werden müssen und eine Staub- oder Feuchtigkeits-Sperre erforderlich ist.
Die Fig. 1 zeigt einen Fahrzeugtür-Aufbau. Die Platte 2 des Fahrzeugtür-Aufbaus weist einen großen Flansch auf, der sich auf drei Seiten der Platte 2 erstreckt. Die Platte 2 kann eine Membran 4 aufweisen, die irgendwo er­ forderlich ist in der Platte 2, sogar einschließlich des Flansches 6. Deshalb kann eine Membran 4 erzeugt werden irgendwo in der Platte, wo eine elektrische oder mechani­ sche Verbindung hergestellt werden soll.
Die Platte wird hergestellt entweder aus einem ungefüllten Polymer (Polymer ohne Füllstoff) oder einem gefüllten Po­ lymer (Polymer mit Füllstoff). Zu Beispielen für Polymere, die zur Herstellung der Platte auf der Innenseite verwen­ det werden können, gehören die folgenden, ohne daß die Er­ findung darauf beschränkt ist: Polyphenylenoxid (PPO), Po­ lyphenylenoxid/Polystyrol (PPO/PS)-Mischungen, Polycarbo­ nat/Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS)-Copolymere, ther­ moplastische Polyolefine(TPO), Polypropylen (PP), Vi­ nylester, Polyurethane und Polycarbonat/Polybutadien­ terephthalat(PC/PBT) -Mischungen. Die bevorzugten Polymeren sind Polycarbonat/Polybutadienterephthalat (PC/PBT)-Mi­ schungen.
Die Polymeren können unvermischte Polymere sein oder sie können stark gefüllt sein. Je stärker die Füllung, um so höher ist im allgemeinen der Elastizitätsmodul, wodurch die Steifheit (Steifigkeit) verbessert wird. Gefüllte Po­ lymere können für Strukturanwendungszwecke (Bauzwecke) er­ forderlich sein.
Zu Beispielen für die Füllstoffe, die in dem Polymerharz zur Herstellung der Innenseiten-Platte verwendet werden können, gehören, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt ist: kurze Glasfasern, Mineralfasern, Mineralien wie Talk und beliebige andere faserförmige Füllstoffe mit einem Aspektverhältnis von mehr als 1 : 1. Die bevorzugten Füll­ stoffe sind Glasfaser-Endlosmatten-Verstärkungsmate­ rialien.
Wenn die Platte in einem Fahrzeugtür-Aufbau verwendet wird (vgl. Fig. 1), dann wird die Platte 2 mittels einer Ver­ bindungseinrichtung mit einer Außenseiten-Platte 3 verbun­ den. Die Außenseiten-Platte 3 kann aus einem Metall oder einem Polymer bestehen. Bei den Verbindungseinrichtungen handelt es sich um solche, die an sich bekannt sind, und um solche, wie sie auf verwandten Anwendungsgebieten eingesetzt werden, auf die hier ausdrücklich Bezug genom­ men wird.
Die Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Membran 4 und der die Membran umgebenden Platte 2. In der Fig. 2 bildet die Membran 4 mit der Platte 2 eine Einheit (ist damit verbunden). Die Membran wird verwendet zur Herstel­ lung, eines Abdichtungs-Penetrationsschlitzes 7 (vgl. Fig. 3) zur Herstellung elektrischer und/oder mechanischer Ver­ bindungen. In der Fig. 2 ist beispielsweise ein Metallstab 15 für die Betätigung einer konventionellen Türverriege­ lungseinrichtung (nicht dargestellt) durch die Membran 4 hindurchgeführt. Der Schlitz ist geformt in der Gleitrich­ tung des Stabes 15. Die Membran 4 bildet eine Abdichtung 11 gegenüber dem Metallstab 15. Die Außenseite der Membran 4 bildet den unteren Abschnitt eines ausgesparten oder konkaven Bereichs in der Platte, um die Möglichkeit des Eindringens von Wassertropfen durch den Schlitz minimal zu halten.
Die Qualität der Abdichtung 11 beruht auf zwei Faktoren. Der erste Faktor ist der Elastizitätsmodul des Materials in der Membran und der zweite Faktor ist die Dicke der Membran. Wenn der Elastizitätsmodul oder die Dicke zu hoch ist, bildet die Membran keine gute Abdichtung. Wenn die Membran zu dünn ist, besteht die Gefahr, daß sie bricht oder reißt. Im allgemeinen beruht die Qualität der Abdich­ tung 11 auf den Erfordernissen der jeweiligen Situation, so daß die Kombination aus dem Elastizitätsmodul und der Dicke der Membran ebenfalls auf der jeweiligen Situation beruht. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Dicke der Membran 4 etwa 0,025 bis etwa 0,51 mm (0,001-0,020 inches) beträgt und daß die Dicke der Membran 4 besonders bevorzugt etwa 0,025 bis etwa 0,25 mm (0,001-0,010 inches) beträgt. Vor­ zugsweise ist der Elastizitätsmodul des Polymers der Mem­ bran 4 kleiner als 35200 kg/cm² (500 000 psi) und beson­ ders bevorzugt ist der Elastizitätsmodul des Polymers der Membran 4 kleiner als 17600 kg/cm² (250 000 psi).
Die Fig. 3 zeigt eine Aufrißansicht eines Teils einer mit einer Membran versehenen erfindungsgemäßen Platte. In der Fig. 3 bildet die Membran 4 eine Einheit mit der Platte 2 (ist damit verbunden) und ein Penetrationsschlitz 7 ist in der Membran vorgesehen. Der Penetrationsschlitz 7 kann vorgeformt werden durch Einschneiden (Schlitzen) der Mem­ bran 4 während oder nach der Formgebung, wodurch der End­ verbraucher nur ein Biegemoment auf den Schlitz 7 einwir­ ken lassen muß, um ihn zu öffnen, bevor er eine mechani­ sche oder elektrische Verbindung durch den Schlitz 7 hin­ durch herstellt. Der Penetrationsschlitz 7 kann ferner in die Membran 4 eingeschnitten werden durch Verwendung eines scharfen Gegenstandes, wie z. B. einer Rasierklinge.
Die Platte 2 in der Fig. 1 kann durch Formpressen (Kom­ pressionsformen) oder Spritzgießen hergestellt werden. Beim Formpressen unter Verwendung einer wärmehärtbaren Verbindung wird der Polymer-Rohling einer ausreichenden Wärme ausgesetzt, so daß der Rohling ausreichend weich oder plastifiziert wird, so daß er in den Formhohlraum hineinfließen kann. Der fließfähige Kunststoff wird für eine ausreichende Zeitspanne unter Druck gehalten, so daß das Material polymerisieren oder vernetzen und aushärten kann. Beim Spritzgießen wird eine wärmehärtbare oder ther­ moplastische Verbindung erhitzt und dann unter Druck bei einer ausreichend niedrigen Viskosität eingespritzt, so daß das Polymer die Form vollständig ausfüllen kann.
Wenn die Platte unter Verwendung eines thermoplastischen vorgeformten ebenen Polymer-Rohlings formgepreßt wird, wird der Rohling mit einer Verstärkung in dem Rohling ge­ formt. Der Rohling wird auch geformt mit ausgenommenen Teilen in den Bereichen, in welche die Membranen 4 einge­ formt werden sollen. Der Rohling wird dann vor dem Einset­ zen in das Werkzeug in dem erforderlichen Ausmaß erhitzt, so daß er in den Formhohlraum hineinfließen kann. Der Formhohlraum ist so gestaltet, daß der Teil des Hohlraums, der der Membran entspricht, so abgesetzt ist, daß keine signifikante Menge an Füllstoff in diesen der Membran der Platte entsprechenden Teil des Hohlraums gelangen kann. Der Polymerrohling wird dann komprimiert, wobei der Roh­ ling gepreßt wird, so daß er die Form der Platte annimmt, und das Polymer wird in den der Membran der Platte ent­ sprechenden Hohlraum hineingepreßt.
Beim Spritzgießen wird ein gefülltes oder ungefülltes Po­ lymer bis auf die erforderliche Viskosität erhitzt, dann wird es in eine Form gespritzt. Auch hier ist der Form­ hohlraum so gestaltet, daß der Teil des Hohlraums, der der Membran entspricht, so abgesetzt ist, daß keine signifi­ kante Menge an Füllstoff in diesen Teil des der Membran der Platte entsprechenden Hohlraums gelangen kann. Das in die Form eingespritzte Polymer zwingt das Harz, die Ge­ stalt der Platte anzunehmen, und preßt das Polymer in den Hohlraum, der der Membran der Platte entspricht.
Wenn beispielsweise beim Spritzgießen eine Glasfaser-End­ losmatte oder -gewebe als Verstärkung verwendet wird, muß die Verstärkung vor dem Einspritzen des Polymers in die Form gelegt werden. Das Polymer, ein wärmegehärteter Reak­ tionsspritzgieß-Formkörper muß in dieser Situation eine viel niedrigere Viskosität haben, um in die Matte oder in das Gewebe und um diese(s) herum eindringen zu können.
Selbstverständlich können auch verschiedene andere Modifi­ kationen und Abänderungen, die für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich sind, vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Der Bereich der nachfolgenden Patentan­ sprüche ist daher keineswegs auf die Angaben in der vor­ stehenden Beschreibung beschränkt, sondern diese umfassen alle patentierbaren neuen Merkmale der Erfindung ein­ schließlich der Merkmale, die vom Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, als Äqui­ valente derselben angesehen werden.

Claims (30)

1. Fabrikationsgegenstand, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er umfaßt eine Polymer-Platte, die mindestens einen dünnen Polymer- Membran-Abschnitt aufweist, in dem die Membran eine Ein­ heit mit der Platte bildet (damit verbunden ist) und einen solchen Elastizitätsmodul und eine solche Dicke hat, daß die Membran eine Abdichtung gegenüber einem durch diese Membran hindurch eingeführten Gegenstand darstellt.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer-Platte einen Füllstoff enthält.
3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ausgewählt wird aus einer Gruppe, die besteht aus Glasfasern, Mineralfasern, Mineralien und ei­ ner Glasfaser-Endlosmatte.
4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Glasfaser ist.
5. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Mineralfaser ist.
6. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus Mineralien besteht.
7. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Endlosfaser-Matte ist.
8. Gegenstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer-Membran einge­ schnitten (geschlitzt) bzw. eingekerbt ist.
9. Gegenstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Dicke von etwa 0,025 bis etwa 0,51 mm (0,001-0,020 inches) hat.
10. Gegenstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zur Erzeugung eines Schlitzes für ein stabförmiges Element verwendet wird.
11. Gegenstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer einen Elasti­ zitätsmodul von kleiner als 35200 kg/cm² (500 000 psi) hat.
12. Gegenstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran wenig oder keinen Füllstoff enthält.
13. Formgebungsverfahren zur Herstellung der Polymer- Türplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
  • a) Erhitzen einer Polymer-Vorform;
  • b) Komprimieren der Polymer-Vorform in einer Form zur Formung einer Platte mit einer Membran, die wenig oder keinen Füllstoff enthält; und
  • c) Abkühlen der Platte.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ausgewählt wird aus einer Gruppe, die be­ steht aus Polyphenylenoxid, Polyphenylenoxid/Polystyrol- Mischungen, Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copo­ lymeren, Polypropylen, Vinylestern, Polyurethanen und Po­ lycarbonat/Polybutadienterephthalat-Mischungen.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polymer-Vorform verstärkt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Glasfasern handelt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Mineralfasern handelt.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Mineralien handelt.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um eine Endlosfaser-Matte handelt.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran Füllstoffe enthält.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran wenig oder keinen Füllstoff enthält.
22. Formgebungsverfahren zur Herstellung einer Polymer- Türplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
  • a) Erhitzen eines Polymers;
  • b) Einspritzen des Polymers in eine Form zur Formung ei­ ner Platte mit einer Membran, die wenig oder keinen Füllstoff enthält; und
  • c) Abkühlen der Platte.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ausgewählt wird aus einer Gruppe, die be­ steht aus Polyphenylenoxid, Polyphenylenoxid/Polystyrol- Mischungen, Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copo­ lymeren, Polypropylen und Polycarbonat/Polybutadien­ terephthalat-Mischungen.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polymer-Vorform verstärkt ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Glasfasern handelt.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Mineralfasern handelt.
27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Füllstoff um Mineralien handelt.
28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran Füllstoffe enthält.
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran wenig oder keinen Füllstoff enthält.
30. Formgebungsverfahren zur Herstellung einer Polymer- Türplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
  • a) Einführen einer Endlosfaser-Matte in eine Form;
  • b) Erhitzen eines wärmegehärteten Polymers;
  • c) Einspritzen des Polymers in eine Form zur Formung ei­ ner Platte mit einer Membran; und
  • d) Abkühlen der Platte.
DE4404127A 1993-06-28 1994-02-09 Plattenförmiges Erzeugnis mit Abdichtungsmembran Expired - Fee Related DE4404127B4 (de)

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