HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Harzfüllungen und
insbesondere Harzfüllungen, die zur Erhöhung einer
Verformungsfestigkeit eine Strukturverstärkung erfordern.
Stand der Technik
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Es ist bekannt, Außenfüllungen einer Fahrzeugkarosserie aus
einem Harzmaterial mittels Spritzgußverfahren herzustellen.
Solche Harzaußenfüllungen erfordern häufig eine
Strukturverstärkung, um den Widerstand gegen Verformung durch
eine auf eine Außenoberfläche der Füllung ausgeübte Kraft zu
erhöhen. Beispielsweise erfordert eine Harzaußenfüllung einer
Fahrzeugtüreinheit eine Verstärkung im oberen Bereich der
Füllung, wo die Füllung in Richtung auf den oberen Rand, der
die Fensterumrandung begrenzt, gebogen ist. Eine solche
Verstärkung wird benötigt, um Preßtestanforderungen zu
erfüllen, denen die Türfüllungen unterworfen werden.
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In der Vergangenheit wurde eine solche Strukturverstärkung zur
Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des oberen Bereichs der
Tür-Harzaußenfüllung bewerkstelligt, indem man zwischen ihrem
vorderen und hinteren Rand ein separates Stück mit der
Innenoberfläche der Außenfüllung verband, um ein hohles
Trägerteil zu bilden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt, die
einen Querschnitt des oberen Bereichs einer solchen Türfüllung
zeigt, bei der zur Erzeugung eines Trägerteils 6 ein separates
Stück 2 mit der Innenoberfläche einer Tür-Außenfüllung 4
verbunden ist. Wie man erkennen kann, erzeugt dies eine
doppelte Dicke im Bereich der Verbindungsstellen 8. Dies führt
zu dem unerwünschten Ergebnis, daß an der Außenoberfläche der
Außenfüllung Einfallstellen auftreten, die der
Oberflächen
verbindung entsprechen. Die Einfallstellen schaden der
Erscheinungsbildbeschaffenheit der Außenoberfläche der
Außenfüllung. Außerdem führt das Verbinden eines separaten
Verstärkungsteils mit der Außenfüllung aufgrund der
zusätzlichen Unkosten, die für die Werkzeugausrüstung
erforderlich sind, die benötigt wird, um das separate Teil
herzustellen und um die beiden Teile miteinander zu verbinden,
zu höheren Herstellungskosten. Weiter wird das Gesamtgewicht
der Außenfüllung aufgrund der doppelten Wanddicke im Bereich
der Verbindungsstelle erhöht.
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Eine andere Konstruktion, die man erwogen hat, um der
Anforderung für eine Strukturverstärkung in der Fläche des
gebogenen oberen Bereichs einer Tür-Harzaußenfüllung zu
entsprechen, ist in Fig. 2 gezeigt, bei der Rippen 10 und 12
als integrale Teile an die Innenoberfläche der Tür-Außenfüllung
4 angeformt sind. Während solche Rippen die Steifigkeit der
Füllung in ihrem oberen gebogenen Bereich erhöhen, erzeugen
solche angeformten Rippen auch Einfallstellen in der dem Ort
der Rippen entgegengesetzten Außenoberfläche, wodurch die
Erscheinungsbildbeschaffenheit der Außenoberfläche der Füllung
Schaden erleidet.
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Die EP-A-0, 545, 693 und der Artikel in Kunststoffe, Band 81, Nr.
3, März 1991, Seiten 192-198 offenbaren jeweils zur Verwendung
als Fahrzeugtürfüllung geeignete strukturverstärkte Füllungen,
die eine Spritzguß-Harzfüllung mit einem angeformten hohlen
Verstärkungsträger umfassen, der sich über die Füllung
erstreckt. Die EP-A-0,545,693 offenbart weiter einen
Verstärkungsträger, der sich in einem mittleren Bereich
zwischen einem oberen und unteren Rand der Füllung über die
Füllung erstreckt, um die Verformungsfestigkeit zu erhöhen. Der
Artikel in Industrial and Production Engineering, Band 15, Nr.
1, Seiten 9-12 und der Artikel in Kunststoffberater, Band 36,
Nr. 1/2, Seiten 29-33 offenbaren jeweils ein Verfahren zum
Herstellen solcher Füllungen, bei denen Harz in einen
Eingußkanal in der zu verstärkenden Fläche eingespritzt wird,
gefolgt von der Einspeisung eines Gases in den Eingußkanal,
wobei das Gas innerhalb des Harzes im Eingußkanal einen hohlen
Abschnitt bildet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Harzfüllung
mit einer Strukturverstärkung in Bereichen, die eine erhöhte
Verformungsfestigkeit erfordern, auf eine derartige Weise
bereitzustellen, daß eine
Hochqualitäts-Außenoberflächenbeschaffenheit für die Füllung beibehalten wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Harzfüllung mit
Strukturverstärkung bei minimaler Werkzeugausrüstung und
minimalen Herstellungskosten bereitzustellen.
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Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, eine Harzfüllung mit
Strukturverstärkung auf eine Weise bereitzustellen, die dem
resultierenden Produkt so wenig Gewicht wie möglich
hinzugefügt.
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Die vorstehenden und andere Ziele werden gemäß der Erfindung
erreicht, indem eine strukturverstärkte Fahrzeugtürfüllung
gemäß Anspruch 1 hiervon bereitgestellt wird.
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Ein solcher angeformter hohler Verstärkungsträger kann durch
bekannte Verfahren von Gas-unterstütztem Spritzgießen in einer
Harzfüllung erzeugt werden, wie beispielsweise von Ken C. Rusch,
Gas-Assisted Injection Molding - A New Technology is
Commercialized, Plastics Engineering, Band 45, Nr. 7, Juli
1989, beschrieben wird. Beim Gas-unterstützten
Spritzgußverfahren wird eine Form teilweise mit Kunststoff gefüllt, und
ein Gas wird in den Strom des Kunststoffes eingepreßt, um einen
Hohlkanal im Kunststoff zu erzeugen, der den geschmolzenen
Kunststoff aus den dickeren Abschnitten verdrängt und ihn in
äußerste Enden des Werkzeugs drückt, um das Formteil
vollzufüllen. In der vorstehenden Abhandlung von Rusch wird das
Gas durch eine Düse eingepreßt, die im Einspritzeinlauf
eingebaut ist. Jedoch sind Verfahren entwickelt worden, die als
Cinpress II bekannt sind, bei denen Gas durch eine Düse, die
vom Einlauf entfernt angeordnet ist, in den geschmolzenen
Kunststoff in der Form eingepreßt wird.
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Während bis heute entwickelte Gas-unterstützte
Spritzgußverfahren zu einer Minimierung von Einfallstellen führen, die
ein um einige Größenordnungen geringeres Ausmaß aufweisen als
dasjenige, das sich bei einer herkömmlichen
Spritzgußtechnologie ergeben würde, erscheinen Einfallstellen immer noch
dort, wo eine Wand an eine andere Wand angrenzt, obwohl sie
stark reduziert sind. Da sogar kleinste Einfallstellen für eine
Oberflächenbeschaffenheit der Klasse A für die Außenoberfläche
einer Außenfüllung einer Kraftfahrzeugkarosserie nicht
annehmbar sind, ist es ein weiterer Aspekt der Erfindung, den
angeformten hohlen Verstärkungsträger in einem Bereich einer
vorgesehenen Charakterlinie auf einer Außenoberfläche einer
Außenfüllung zu bilden, so daß jegliche Verformung oder
Änderung in der Außenoberfläche aufgrund der Bildung des
angeformten hohlen Verstärkungsträgers mit der vorgesehenen
Charakterlinie verschmilzt.
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Die Bereitstellung eines angeformten hohlen Verstärkungsträgers
in einer Außenfüllung einer Fahrzeugkarosserie gemäß der
Erfindung wird verwendet, um einen angeformten Scheuerstreifen
auf der Außenfüllung einer Fahrzeugtür-Außenfüllung zu
erzeugen, während gleichzeitig eine Strukturverstärkung im
mittleren Bereich der Außenfüllung bereitgestellt wird. Da ein
angeformter Scheuerstreifen gemäß der Erfindung inhärent
Charakterlinien aufweist, wo die Ausbauchung durch den Kanal
erzeugt wird, der durch Gas-unterstütztes Spritzgießen erzeugt
wird, bleiben jegliche Einfallstellen oder eine andere Änderung
in der Außenoberfläche unbemerkt, weil sie vollständig mit den
Charakterlinien verschmelzen.
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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines oberen Bereichs
einer Fahrzeugtür-Außenfüllung, die eine Strukturverstärkung
gemäß dem Stand der Technik umfaßt.
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines oberen Bereichs
einer Fahrzeugtür-Außenfüllung, die eine weitere
Ausführungsform einer Verstärkung gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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Fig. 3 ist eine schematische Perspektivansicht einer Tür-
Außenfüllung und einer Spritzgußvorrichtung zum Erzeugen einer
Türfüllung, wobei die gezeigte Türfüllung nicht gemäß der
Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, ist.
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Fig. 4 ist eine teilweise Querschnittsansicht durch die
Linie BB in Fig. 3 und zeigt weiter die Formhälften, die den
Hohlraum bilden, der die zu bildende Tür-Außenfüllung begrenzt.
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Die Fig. 5-7 sind schematische Darstellungen, die die
aufeinander folgenden Schritte bei dem Gas-unterstützten
Spritzgußverfahren zeigen, das verwendet wird, um eine Tür-
Außenfüllung mit einem hohlen Verstärkungsträger im oberen
Bereich der Türfüllung zu bilden.
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Fig. 8 ist eine teilweise Querschnittsansicht durch eine
Form, die verwendet wird, um einen integralen hohlen
Verstärkungsträger, der auch dem Zweck eines
Form-Scheuerstreifens dient, durch das Gas-unterstützte Spritzgußverfahren
gemäß den Prinzipien der Erfindung zu bilden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Obwohl Teile der folgenden Beschreibung für die wie
beanspruchte Erfindung nicht direkt von Belang sind, sind sie
zum Verstehen des gesamten Verfahrens zur Herstellung einer
Fahrzeugtürfüllung nützlich, die die Merkmale der Erfindung
umfaßt.
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Mit Bezug auf Fig. 3 ist dort eine Fahrzeugtür-Außenfüllung
14 gezeigt, die aus einem Harzmaterial spritzgegossen ist, das
durch einen Anguß 16 mittels eines primären Eingußkanals 18 und
eines Einlaufs 20 zugeführt wird. In einem oberen Bereich 22
der Außenfüllung 14, die im allgemeinen bei Annäherung an die
Fensterumrandung der Tür gebogen ist, ist dort ein angeformter
hohler Träger 24 vorgesehen.
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Mit Bezug auf Fig. 4 sind dort die Formhälften 26, 28 zum
Bilden des oberen Abschnitts 22 mit dem angeformten hohlen
Träger 24 gezeigt. Ein Formhohlraum 30, der zwischen den
Formhälften 26 und 28 begrenzt wird, schließt einen inneren
oder sekundären Eingußkanal 32 ein, der als Eingußkanal wirkt,
in dem das Harzmaterial mittels eines Angusses 16, eines
primären Eingußkanals 18 und eines Einlaufs 20 eingespritzt
wird. Ein Hohlkanal 34 wird durch Gas-unterstütztes
Spritzgießen im sekundären Eingußkanal 32 gebildet, wobei ein
Inertgas, wie z. B. Stickstoff, durch eine Gasdüse 36 in den
sekundären Eingußkanal 32 eingepreßt wird. Die Kombination von
hoher Oberflächenspannung und geringer Viskosität der
Schmelzharzmasse im mittleren Abschnitt des sekundären
Eingußkanals 32 führt zur Bildung des Hohlkanals 34 und
folglich zur Bildung des angeformten hohlen Trägers 24. Der
Druck des eingepreßten Gases wird bis zur Abkühlung der Form
konstant gehalten und dann vor dem Öffnen der Form durch eine
geeignete Formentlüftung entspannt.
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Die Fig. 5-7 veranschaulichen schematisch verschiedene
Stufen des Formens einer Tür-Außenfüllung durch Spritzgießen
unter der Verwendung von Gas-unterstütztem Spritzgußverfahren.
Diese Figuren veranschaulichen den Formhohlraum, wobei die
Formhälften von den Figuren entfernt sind. Wie in Fig. 5
gezeigt, wird ein kurzer Schuß vom oberen Teil der Form mittels
des Angusses 16, des primären Eingußkanals 18 und des Einlaufs
20 eingeführt (siehe die Fig. 3 und 4). Das Harzmaterial
füllt den sekundären Eingußkanal 32, und wenn sich das
Harzmaterial weiter in den Hohlraum 34 unter dem sekundären
Eingußkanal 32 ausgebreitet hat, wie in Fig. 6 gezeigt, wird
mittels der Gasdüse 36 (siehe Fig. 4) ein Gas in den
sekundären Eingußkanal 32 eingepreßt, das simultan den
Hohlkanal 34 bildet und das geschmolzene Harzmaterial nach
unten drückt, um den Rest des Hohlraums 30 aufzufüllen. Nach
Abkühlen werden die Formhälften 26 und 28 (Fig. 4) entfernt,
und es wird die Tür-Außenfüllung mit dem angeformten hohlen
Träger 24 erhalten.
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Folglich wird die Steifigkeit des Produkts während des Formens
aufgrund der Bildung des angeformten Trägers 24 erzeugt, und
das Auftreten einer Einfallstelle am Ort des Trägers wird
aufgrund des Gas-unterstützten Spritzgußverfahrens minimiert.
Die Erzeugung des angeformten hohlen Trägers während des
Spritzgußverfahrens zur Erzeugung der Außenfüllung vermeidet
die Kosten, die zum Formen eines separaten Bauteils
erforderlich sind, sowie die weiteren Kosten für ein Verbinden
des separaten Bauteils mit der Füllung, wie es mittels des
bekannten Standes der Technik zur Erhöhung der
Verformungsfestigkeit erforderlich ist. Die Herstellung einer Tür-
Außenfüllung mit einem angeformten hohlen Träger gemäß der
Erfindung umfaßt nur die geringfügigen Herstellungskosten eines
Nachrüstens von Gas-unterstütztem Spritzgußgerät zu einer
herkömmlichen Spritzgußvorrichtung, mit dem Ergebnis, daß das
Produkt, verglichen mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik,
mit geringeren Kosten hergestellt werden kann. Weil die
Erfindung das Erfordernis beseitigt, zwei separate Bauteile
miteinander zu verbinden, um die Strukturverstärkung für die
Füllung zu bilden, wird außerdem das Gewicht der Füllung
verringert, und es wird das Auftreten einer Einfallstelle auf
der Rückseite der Oberflächenverbindung oder auf der Rückseite
irgendwelcher Rippen, wie zuvor erörtert, auf eine Weise
minimiert, die die Gesamterscheinungsbildbeschaffenheit des
Produkts verbessert.
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Man hat gefunden, daß das Gas-unterstützte Spritzgußverfahren
mit jeglichem Thermoplast arbeitet, einschließlich der Klasse
von Thermoplasten, die für das Erzeugen von
Oberflächenbeschaffenheiten der Klasse A wohlbekannt sind, die für die
Außenoberfläche einer Außenfüllung einer
Kraftfahrzeugkarosserie verwendet werden können.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend
beschriebene Verfahren beschränkt. Es ist gemäß den Prinzipien
der Erfindung zusätzlich möglich, ein Verfahren zum Einspritzen
des Harzes in einen sekundären Eingußkanal direkt von einem
Anguß ohne die Verwendung eines primären Eingußkanals und eines
Einlaufs, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, zu verwenden.
Obwohl das vorstehende Beispiel in Zusammenhang mit der
Herstellung einer Außenfüllung für eine Tür steht, sollte es
weiter offensichtlich sein, daß die Prinzipien der Erfindung
auf andere Bauteile angewandt werden könnten, wie z. B. andere
Außenfüllungen für Fahrzeuge, wie z. B. eine Motorhaube, einen
LKW-Deckel, einen Kotflügel und ein Dach.
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Da das Gas-unterstützte Spritzgußverfahren das Auftreten von
Einfallstellen nicht notwendigerweise beseitigt, obwohl wie
vorstehend erörtert solche Einfallstellen signifikant reduziert
werden, kann es gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung in
gewissen Fällen wünschenswert sein, die Außenoberfläche der
Außenfüllung zu gestalten, daß sie eine Charakterlinie an der
Stelle aufweist, an der eine Einfallstelle erzeugt werden kann.
Dies wird durch Bezugszeichnen 38 in Fig. 4 dargestellt, in
der eine Charakterlinie gegenüber einem Bein 40 eines
angeformten Trägers 24 gezeigt ist.
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Die Prinzipien der Erfindung werden angewandt, um eine
Strukturverstärkung an einer mittigen Stelle einer Tür-
Außenfüllung bereitzustellen, wo herkömmlicherweise ein
Scheuerstreifen angeordnet ist. In der Vergangenheit umfaßte
der Steuerstreifen ein separates Bauteil, das in einer in der
Außenfüllung gebildeten Vertiefung angebracht war. Die
vorliegende Erfindung beseitigt nicht nur die Notwendigkeit für
ein separates Scheuerstreifen-Bauteil, sondern stellt auch eine
Strukturverstärkung bereit. Wie in Fig. 8 gezeigt, in der
gleiche Bezugszeichnen gleiche Teile bedeuten, wird ein
angeformter hohler Träger in der Form eines "T" durch das
Gasunterstützte Spritzgußverfahren erzeugt, das zuvor beschrieben
wurde. Durch geeignetes Gestalten der Form und durch die
Verwendung des Gas-unterstützten Spritzgußverfahrens bildet der
angeformte hohle Träger, der für eine Versteifung des mittleren
Abschnitts der Außenfüllung sorgt, gleichzeitig einen
Scheuerstreifen 42. Auf eine Weise, die zu derjenigen analog
ist, die vorstehend in Verbindung mit den Fig. 3 und 4
erörtert wurde, wird ein Hohlkanal 44 durch Gas-unterstütztes
Spritzgießen erzeugt, indem man ein geeignetes Inertgas durch
eine Gasdüse 46 einführt, was bewirkt, daß der geschmolzene
Kunststoff gleichzeitig den Kanal bildet und verschoben wird,
um die äußersten Enden der Form auszufüllen, die eine Rippe 48
einschließen kann, um am mittleren Abschnitt der so gebildeten
Füllung eine zusätzliche Versteifung und strukturelle
Festigkeit bereitzustellen. Die Erzeugung jeglicher
Einfallstellen an den Punkten 50, 52 wird aufgrund der
Charakterlinien verdeckt, die als Folge der Konstruktion des
Scheuerstreifens 42 anwesend sind. Folglich werden jegliche
Einfallstellen vollständig verdeckt, dadurch daß sie mit den
vorgesehenen Charakterlinien verschmelzen.