DE60114275T2

DE60114275T2 - Verfahren zur Herstellung eines verstärkten thermoplastischen Werkstücks und Form

Info

Publication number: DE60114275T2
Application number: DE60114275T
Authority: DE
Inventors: Charles-Guillaume Blanchon
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-03-17
Also published as: US6749784B2; EP1136239B1; FR2806349A1; EP1136239A2; EP1136239A3; FR2806349B1; US20010045684A1; DE60114275D1; ES2248250T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus verstärktem Kunststoff bestehenden Teils aus einer drapierbaren Matte und mittels einer Form.
Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich die Herstellung eines Strukturteils für Kraftfahrzeuge.
Es ist bekannt, drapierbare Matten zu verwenden, die von Geweben aus Polypropylenfäden und Glasfasern gebildet sind. Ein Beispiel hierfür ist das Material, welches unter der Handelsbezeichnung TWINTEX durch die Gesellschaft VETROTEX in den Handel gebracht wird.
Aus der Patentanmeldung EP 0 416 216 ist ein Verfahren zur Herstellung von Innenwänden- oder platten für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei dieses Verfahren in einer zweiteiligen Form durchgeführt wird, deren einer Teil einen Pressfinger trägt.
Es besteht Bedarf, die Dauer der Zyklen zur Herstellung der Teile aus verstärktem Kunststoff zu verkürzen, so dass höhere Geschwindigkeiten erzielt werden.
Die Erfindung wird dem dank eines neuartigen Verfahrens zur Herstellung eines aus verstärktem Kunststoff bestehenden Teils aus einer drapierbaren Matte mittels einer Form gerecht, die ein erstes und ein zweites Teil umfasst, welche zueinander beweglich sind, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:

– Auflegen der Matte auf den ersten Teil der geöffneten Form,
– Andrücken der Matte gegen diesen ersten Teil an einer oder mehreren Stellen mittels eines oder mehrerer Stößel, der bzw. die an dem zweiten Teil der Form angebracht ist bzw. sind und gegenüber diesem zweiten Teil beweglich ist bzw. sind,
– Schließen der Form und Verdichten der Matte,
– Ausformen des Teils.

Dank der Erfindung wird die drapierbare Matte auf relativ einfache und schnelle Weise an der Vertiefung der Form vorgeformt, da die zu diesem Zweck eingesetzten Stößel direkt an dem zweiten Teil der Form angebracht sind.
Auf diese Weise kann vermieden werden, außerhalb der Form angeordnete Betätigungsmitteln zu verwenden, um die Matte vor dem Schritt des Verdichtens vorzuformen.
Vorteilhafterweise wird die Matte vor ihrem Auflegen auf den ersten Teil der Form vorerhitzt.
Die Matte wird vorteilhafterweise gegen den ersten Teil der Form zunächst im Wesentlichen in dessen Mitte, angedrückt, um deren Informbringen zu erleichtern.
Auf diese Weise kann die Matte gegen den ersten Teil der Form zunächst mittels eines oder mehrerer, im Wesentlichen in der Mitte der Form befindlicher Stößel, und dann mittels weiterer Stößel angedrückt werden, wobei die Stößel, die am Weitesten von der Mitte der Form entfernt sind, zuletzt betätigt werden.
Somit ist es einfacher, die Matte den Konturen der Vertiefung der Form folgen zu lassen.
Des Weiteren ermöglicht dies, das Risiko der Bildung von unerwünschten Falten zu verringern.
Vorteilhafterweise wird der Teil der Matte, welcher nach dem Verschließen der Form aus der Trennebene übersteht, abgeschnitten.
Dieses Abschneiden kann bereits beim Verschließen der Form, d.h. an einer heißen Matte, oder nach einer vorbestimmten Abkühlzeit der Matte vollzogen werden.
Vorzugsweise wird das Abschneiden mit Hilfe von Schneidemitteln durchgeführt, die an einem gegenüber der Form beweglichen Setzstock angebracht sind.
Die Seitenwand dieses Setzstockes ist in einer besonderen Ausführung derart angeordnet, dass sie zusammen mit der Form eine Druckkammer bildet, die ermöglicht, einen Thermoplasten auf die Matte aufzuformen.
Die Verwendung eines solchen Setzstocks ermöglicht das Abschneiden der Matte und das Ausbilden der Druckkammer in einem Schritt, was weiterhin dazu beiträgt, die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
In einer besonderen Ausführung wird vor dem Verschließen der Form ein Thermoplast durch Extrusion wenigstens lokal auf die Matte aufgeformt.
In einer Variante wird ein Thermoplast nach dem Verschließen der Form in diese eingespritzt und somit auf die Matte aufgeformt.
Weiterhin weist in einer besonderen Ausführung der erste Teil der Form eine oder mehrere Nuten und der zweite Teil der Form eine oder mehrere Rippen auf, wobei die Rippen derart angeordnet sind, dass sie in diese Nut oder Nuten eingreifen und somit beim Schließen der Form die Matte entlang der Kontur der Nut oder Nuten zumindest teilweise abschneiden.
Mit einer solchen Ausführung kann nun der Einsatz eines Setzstockes, wie er oben definiert ist, vermieden werden.
Es kann ferner ein teilweises Zuschneiden des herzustellenden Teils entlang einer vorgegebenen Kontur vollzogen werden, wobei dieses Teil beim Öffnen der Form mit der übrigen Matte einfach durch Materialbrücken verbunden wird, die ganz leicht gebrochen oder durchgeschnitten werden können.
In einer besonderen Ausführung bildet der erste Teil der Form einen Stempel mit einer Vertiefung im oberen Teil, so dass das erhaltene Teil einen im Allgemeinen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Steg des U eine Mulde aufweist, deren Konkavität der Seite zugewandt ist, die der Konkavität des U gegenüberliegt.
Diese Stempelform ist insbesondere an die Herstellung eines Stoßfängerträgers für Kraftfahrzeuge angepasst.
Vorteilhafterweise umfasst der zweite Teil der Form einen oder mehrere Stößel, die angeordnet sind, um in die vorgenannte Vertiefung einzugreifen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Form für die Formung einer Matte aus verstärktem Kunststoff, umfassend einen ersten und einen zweiten Teil, die zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen oder mehrere, am zweiten Teil angebrachte Stößel aufweist, die derart gegenüber diesem Teil beweglich sind, dass sie zumindest lokal die Matte gegen den ersten Teil drücken, und dass sie wenigstens ein Schneidemittel aufweist, mit dem der Teil der Matte, der nach dem Schließen der Form aus der Trennebene übersteht, abgeschnitten werden kann.
Der erste Teil kann eine Vertiefung aufweisen, und wenigstens einer der Stößel weist vorteilhafterweise ein Ende auf, dessen Profil im Wesentlichen der Form dieser Vertiefung entspricht.
Somit kann dieser Stößel bei der Verdichtung der Matte mitwirken.
Der eine der beiden Teile der Form kann eine oder mehrer Nuten und der andere Teil eine oder mehrer Rippen aufweisen, welche angeordnet sind, um in diese Nut oder Nuten derart einzugreifen, dass das hergestellte Teil wenigstens teilweise zugeschnitten wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Teil aus verstärktem Kunststoff, das durch Durchführung des Verfahrens, wie es weiter oben definiert ist, erhalten wird.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, werden hiervon nun Ausführungsformen, die als nicht einschränkende Beispiele zu verstehen sind, anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen:
die 1 bis 4 auf schematische Weise vier aufeinenderfolgende Schritte eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
die 5 und 6 auf schematische Weise die Schritte eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
7 eine schematische Ansicht in der Perspektive eines Stoßfängerträgers, der durch das in den 5 und 6 veranschaulichte Verfahren hergestellt wird,
8 ein Beispiel zum Aufformen eines Thermoplasten auf die drapierbare Matte, und
9 auf schematische Weise eine erfindungsgemäße Form mit mehreren Stößeln.
In den 1 bis 4 ist eine erfindungsgemäße Form 1 im Querschnitt dargestellt, die einen ersten Teil oder unteren Teil 2 sowie einen zweiten Teil oder oberen Teil 3 umfasst, die vertikal zueinander beweglich sind.
Die einander gegenüberliegenden Flächen 4 und 5 der Teile 2 und 3 der Form weisen eine Form auf, die derart gewählt ist, dass sie einer drapierbaren Matte 6, die vor dem Verschließen der Form zwischen ihnen eingelegt wird, die für das herzustellende Teil gewünschte Form verleihen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die verwendete Form 1 eine Form mit positiver Trennebene 15, d.h. dass die drapierbare Matte 6 mit einer Kraft in die Form 1 eingeklemmt wird, die von dem Druck abhängt, welcher durch den oberen Teil 3 auf den unteren Teil 2 ausgeübt wird.
In dem beschriebnen Ausführungsbeispiel wird die Oberseite 4 des unteren Teils 2 der Form 1 von einem Stempel 17 gebildet, welcher angeordnet ist, um in einen entsprechenden, am oberen Teil 3 der Form vorgesehenen Hohlraum 18 einzugreifen.
Beim genaueren Betrachten der 1 wird man feststellen, dass der Stempel 17 nur schräge Flächen aufweist, so dass das Herausziehen des Teils beim erneuten Öffnen der Form erleichtert und dass auch sichergestellt wird, dass die Matte 6 zwischen den zwei Teilen 2 und 3 der Form 1 an allen Punkten ihrer Oberfläche komprimiert wird.
Die vorgenannte Fläche 4 weist im Querschnitt im Allgemeinen die Form eines U auf, dessen Konkavität nach unten weist, wobei der Steg des U eine Vertiefung 7 aufweist, deren Konkavität nach oben gerichtet ist.
Ein Stößel 8 ist am oberen Teil 3 der Form angebracht und ist vertikal zu diesem beweglich.
Der Stößel 8 besitzt ein unteres Ende 9, das im Wesentlichen das gleiche Profil wie die Vertiefung 7 aufweist.
Dieser Stößel 8 erstreckt sich in dem beschriebenen Beispiel über die gesamte Länge der Vertiefung 7.
Ein Setzstock 10, der (nicht dargestellte) Schneidemittel umfasst, ist außerhalb des oberen Teils 3 der Form 1 angebracht.
Der Setzstock 10 ist mit nicht dargestellten Antriebsmitteln verbunden, die ermöglichen, diesen gegenüber dem oberen Teil 3 nach unten zu bewegen, um den Teil der Matte 6 abzuschneiden, der aus der Trennebene 15 übersteht.
Es werden nun verschiedene Schritte der Herstellung eines aus verstärktem Kunststoff bestehenden Teils aus der Matte 6 beschrieben.
Zu Beginn des Verfahrens befindet sich die Form 1 in der geöffneten Stellung, wie dies in 1 dargestellt ist.
Die vorerhitzte Matte 6 wird mittels eines an sich bekannten Werkzeugs zum Greifen und Ablegen, das zur Wahrung der Klarheit der Zeichnung nicht dargestellt worden ist, auf dem unteren Teil 2 der Form 1 abgelegt.
Nach dem Ablegen der Matte 6 wird der Stößel 8 herabgelassen, so dass dessen unteres Ende 9 die Matte 6 gegen die Vertiefung 7 des unteren Teils 2 drückt, wie dies in 2 dargestellt ist.
Auf diese Weise wird ein erstes teilweises Informbringen der Matte 6 in der Form 1 vollzogen.
Anschließend wird der obere Teil 3 der Form 1 herabgelassen, so dass die gesamte Matte 6 und insbesondere ihre Abschnitte 12, die sich oberhalb der Flanken des Stempels 17 erstrecken, gegen den unteren Teil 2 gedrückt werden.
3 zeigt die geschlossene Form 1.
Man wird feststellen, dass der Stößel 8 während des Herablassens des oberen Teils 3 der Form 1 in der Vertiefung 7 in Eingriff bleibt.
Anschließend wird – wie in 4 dargestellt – der Setzstock 10 heruntergefahren, um den umfangseitigen Teil 16 der Matte 6 abzuschneiden, der aus der Trennebene 15 vorsteht.
Nun erfolgt das Verdichten der Matte 6 durch Zusammenpressen des unteren Teils 2 und des oberen Teils 3 der Form 1, indem mittels des oberen Teils 3 und des Stößels 8 ein gegebener Druck ausgeübt wird.
Anhand der soeben formulierten Beschreibung wird verständlich, dass die verschiedenen Arbeitsschritte ab dem Ablegen der Matte 6 in der Form 1 schnell aneinander gereiht werden können.
Auf diese Weise ist es möglich, hohe Produktionsgeschwindigkeiten zu erzielen.
In den 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die im Querschnitt dargestellte Form 20 einen unteren Teil 21 und einen oberen Teil 22.
Die allgemeine Form der Vertiefung der Form 20 ist mit derjenigen der Form 1 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels vergleichbar.
Der untere Teil 21 der Form 20 unterscheidet sich von dem unteren Teil 2 dadurch, dass er Nuten 23 aufweist, die im Wesentlichen entlang der Kontur des herzustellenden Teils angeordnet sind.
Der obere Teil 22 der Form unterscheidet sich von dem unteren Teil 1 dadurch, dass er Rippen 24 aufweist, die geeignet sind, während des Verschließens der Form 20 in diese Nuten 23 einzugreifen.
Nach dieser Ausführungsform wird die drapierbare Matte 6 gegen den unteren Teil 21 der Form 20 mit Hilfe des Stößels 8 gedrückt, der – so wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel – am oberen Teil 22 der Form angebracht und gegenüber diesem beweglich ist.
Anschließend erfolgt das Verschließen der Form 20, was zu der in 6 dargestellten Ausbildung führt.
Die Rippen 24 schneiden die Matte 6 entlang einer vorbestimmten Kontur ab, indem sie in die Nuten 23 eingreifen.
7 zeigt in der Perspektive und auf schematische Weise ein Teil 30, das mit der soeben beschriebenen Form 20 erhalten wird.
Das Teil 30 bildet in dem beschriebenen Beispiel einen Stoßfängerträger für Kraftfahrzeuge.
Es weist im Querschnitt im Allgemeinen eine U-Form auf, wobei der Steg des U eine Mulde 31 aufweist, deren Konkavität der Seite zugewandt ist, welche der Konkavität des U gegenüberliegt.
Diese Mulde 31 entspricht der Vertiefung 7.
Es ist ersichtlich, dass die Rippen 24 und die Nuten 23 ermöglichten, ein Vorausstanzen des Teils durchzuführen, dessen Folge die Ausschnitte 32 sind.
Die Einfassung 33 des Teils 30 ist mit diesem lediglich mittels Materialbrücken 34 verbunden, die sich zwischen den Ausschnitten 32 erstrecken und leicht durchgeschnitten werden können.
Es kann der Setzstock 10 verwendet werden, um mit dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 2 der Form eine Druckkammer 40 zu bilden, wie dies unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wird.
Genauer gesagt wird zwischen dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 2 der Form, oberhalb der Matte 6 ein Zwischenraum ausgebildet, und die Innenfläche 10 des Setzstocks 19 wird im Bereich dieses Zwischenraums positioniert, um diesen zu verschließen.
Ein nicht dargestellter Kanal zum Einspritzen eines Thermoplasten unter Druck ermöglicht, eine gewisse Menge 41 Thermoplast in die Form in Kontakt mit der Matte 6 in den vorgenannten Zwischenraum einzuspritzen, um beispielsweise Versteifungsrippen zu bilden.
In einer Variante weist die Form keinen Einspritzkanal auf, und der Thermoplast wird durch Extrusion in der Form vor deren Verschließen abgeschieden.
In diesem Fall stellt das Zusammenpressen der beiden Teile der Form das Ausbreiten des Materials in der Form sicher.
In den Ausführungsbeispielen, die soeben beschrieben wurden, ist die drapierbare Matte 6 von einer TWINTEX-Matte gebildet.
Selbstverständlich können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, andere Werkstoffe in Mattenform verwendet werden, die geeignet sind, zu dem gleichen Ergebnis oder zu einem ähnlichen Ergebnis zu führen.
Die Ausführungsformen, die soeben beschrieben wurden, besitzen keinerlei einschränkenden Charakter.
Es ist insbesondere möglich, weitere Stößel an der Form anzubringen.
Beispielsweise ist in 9 eine Form 1' dargestellt, die sich von der Form 1 dadurch unterscheidet, dass sie zusätzliche umfangseitige Stößel 8' aufweist, die auf beiden Seiten des mittleren Stößels 8 angeordnet sind.
Um die Matte 6 teilweise in Form zu bringen, wird zunächst der mittlere Stößel 8 und werden anschließend die umfangseitigen Stößel 8' herabgelassen.
Die Verwendung mehrerer Stößel, wie dies soeben beschrieben wurde, ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Geometrie des herzustellenden Teils komplex ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus verstärktem Kunststoff bestehenden Werkstücks, insbesondere eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs, aus einer drapierbaren Matte (6) mittels einer Form (1; 20) umfassend einen ersten und einen zweiten Teil (2; 21; 3; 22), die relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist: – Einlegen der Matte in den ersten Teil (2; 21) der geöffneten Form, wobei der erste Teil (2; 21) in seinem oberen Bereich einen Stempel (17) mit einer Vertiefung (7) bildet, so dass das erzeugte Werkstück (30) einen im Allgemeinen U-förmigen Querschnitt aufweist, bei dem der Steg des U eine Mulde (31) aufweist, deren Konkavität der Seite zugewandt ist, die dem U gegenüberliegt, – Andrücken der Matte (6) gegen diesen ersten Teil (2; 21) in einem oder mehreren Bereichen mittels eines oder mehrerer Stößel (8), der bzw. die an dem zweiten Teil (3; 22) der Form relativ zu diesem zweiten Teil beweglich angebracht ist bzw. sind, wobei der zweite Teil (3; 22) der Form einen oder mehrere Stößel (8) aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie in die Vertiefung (7) in dem ersten Teil eingreifen, – Schließen der Form (1; 20), wobei ein Teil der Matte nach dem Schließen der Form von der Trennebene übersteht, – Verdichten der Matte (6), – Abschneiden des Teils der Matte (16), der von der Trennebene (15) übersteht, – Entformen des Teils.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte (6) vor ihrem Einlegen in die Form vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte (6) gegen den ersten Teil (2; 21) der Form, zunächst im Wesentlichen in der Mitte derselben, angedrückt wird.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte (6) gegen den ersten Teil (2; 21) der Form zunächst mittels eines bzw. mehrerer im Wesentlichen in der Mitte der Form (1; 20) befindlicher Stößel (8), und dann allmählich mittels weiterer Stößel angedrückt wird, wobei die Stößel, die am Weitesten von der Mitte der Form entfernt sind, zuletzt betätigt werden.
Verfahren nach einem der beiden vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschneiden durch an einem Setzstock (10) angebrachte Schneidemittel erfolgt.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Seitenwand (19) des Setzstocks derart angeordnet ist, dass sie zusammen mit der Form eine Druckkammer (40) bildet und dass in dieser Druckkammer (40) ein Thermoplast (41) auf die Matte (6) abgegossen wird.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Thermoplast vor dem Schließen der Form (1) durch Extrusion auf die Matte (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Thermosplast nach dem Schließen der Form in diese eingespritzt wird und somit auf die Matte (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (21) der Form eine bzw. mehrere Nuten (23) und der zweite Teil (22) der Form eine bzw. mehrere Rippen (24) aufweist, wobei die Rippen derart angeordnet sind, dass sie in diese Nut bzw. Nuten (23) eingreifen und somit beim Schließen der Form (20) zumindest teilweise die Matte (6) entlang der Kontur der Nut bzw. Nuten (23) abschneiden.
Form zum Formen einer Matte aus verstärktem Kunststoff, umfassend einen ersten und einen zweiten Teil (2; 21; 3; 22), die relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen bzw. mehrere am zweiten Teil (3; 22) angebrachte Stößel (8) aufweist, die derart beweglich relativ zu diesem Teil gelagert sind, dass sie zumindest bereichsweise die Matte gegen den ersten Teil (2; 21) andrücken, bevor die Form (1; 20) geschlossen wird, und dass sie mindestens ein Schneidemittel aufweist, mit dem der Teil der Matte, der aus der Trennebene übersteht, nach dem Schließen der Form abgeschnitten werden kann, wobei der erste Teil (2; 21) einen Stempel (17) mit einer Vertiefung (7) in seinem oberen Bereich bildet, so dass das erzeugte Werkstück (30) einen im Allgemeinen U-förmigen Querschnitt aufweist, bei dem der Steg des U eine Mulde (31) aufweist, deren Konkavität der Seite zugewandt ist, die dem U gegenüberliegt, und der zweite Teil (3; 22) der Form einen oder mehrere Stößel (8) aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie in die Vertiefung (7) in dem ersten Teil eingreifen.
Form nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil der Form eine bzw. mehrere Nuten (23) und der andere eine bzw. mehrere Rippen (24) aufweist, wobei die Rippen derart angeordnet sind, dass sie in diese Nut bzw. Nuten (24) derart eingreifen, dass sie das erzeugte Werkstück teilweise ausschneiden.
Werkstück aus verstärktem Kunststoff, erzeugt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.