WO2010034411A1

WO2010034411A1 - Werkzeug und verfahren zur herstellung von flächigen gegenständen mit anbauteilen

Info

Publication number: WO2010034411A1
Application number: PCT/EP2009/006571
Authority: WO
Inventors: Holger Kalus
Original assignee: Johnson Controls Interiors Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Es wird ein Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils (8), insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, mittels eines flächigen Halbzeugs (7) und mittels eines Anbauteils (4) vorgeschlagen, wobei das Werkzeug ein Unterwerkzeug (1) und ein Oberwerkzeug (6) aufweist, wobei zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug ein dreidimensional geformtes, jedoch hauptsächlich flächig erstrecktes Formvolumen ausgebildet ist, wobei im Unterwerkzeug und/oder im Oberwerkzeug als Teil des Formvolumens wenigstens eine Ausnehmung (3) vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung zur wenigstens temporären Aufnahme des Anbauteils (4) vorgesehen ist und wobei die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung thermisch vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs entkoppelt vorgesehen ist. Ferner wird ein Verfahren zur Fertigung eines Bauteils und ein Bauteil, insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen.

Description

WERKZEUG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FLÄCHIGEN GEGENSTÄNDEN MIT ANBAUTEILEN

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Ausstattungsteils für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Fertigung dieses Bauteils sowie das betreffende Bauteil.

Solche Werkzeuge bzw. Verfahren bzw. Bauteile sind grundsätzlich allgemein bekannt. So ist es beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 45 711 A1 bekannt, dass ein Fahrzeug-Dachhimmel eine Schale einschließt, die eine erste Schicht aufweist, die aus einer Polymerharztafel hergestellt ist, wobei die Harztafel mit Glasfasern durchsetzt ist, und wobei der Fahrzeug-Dachhimmel eine zweite Schicht aus einem Fasermaterial aufweist, das Schalldämpfungseigenschaften hat. Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 1 715 066 A1 bekannt, dass zum Umformen und Presshärten von Metallblechen eine Vorrichtung verwendet wird, die bereichsweise beheizt werden kann und durch gezielte Temperierung das Werkstoffgefüge beeinflussen kann.

Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist, dass entweder spezifische Vorrichtungen verwendet werden, die eine Temperierung erfordern, um die Gefügeeigenschaften eines Metalls gezielt zu beeinflussen, oder dass bei flächig erstreckten Formbauteilen alle Teile eines solchen Formbauteils den gleichen Temperaturanforderungen genügen müssen.

Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug, ein Verfahren und ein Bauteil bereit zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet oder diese zumindest reduziert, so dass ein breiterer Anwendungsbereich eines solchen Bauteils bzw. Fertigungsverfahrens zur kostengünstigen Herstellung von Fahrzeugkomponenten bereit gestellt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, mittels eines flächigen Halbzeugs und mittels eines Anbauteils, wobei das Werkzeug ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug aufweist, wobei zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug ein dreidimensional geformtes, jedoch hauptsächlich flächig erstrecktes Formvolumen ausgebildet ist, wobei im Unterwerkzeug und/oder im Oberwerkzeug als Teil des Formvolumens wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist, wobei ferner die Ausnehmung zur wenigstens temporären Aufnahme des Anbauteils vorgesehen ist, wobei die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung thermisch vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs entkoppelt vorgesehen ist.

Es ist hierdurch erfindungsgemäß in besonders vorteilhafter weise möglich, dass auch solche Anbauteile bei der Herstellung in einem erfindungsgemäßen Werkzeug Verwendung finden können, die eigentlich für die bei der Herstellung bzw. Formgebung des Bauteils herrschenden Temperaturen nicht geeignet sind bzw. solche Temperaturen zumindest nicht für längere Zeitdauer Stand halten können. Hierdurch ist es insbesondere möglich, elektronische Bauteile bzw. empfindliche sonstige Bauteile in Anbauteile für zu formende Ausstattungsteile zu integrieren, so dass nachfolgende Herstellungsvorgänge, beispielsweise für Klebungen, für Klipsungen oder dergleichen Verbindungsarbeiten vermieden werden können, so dass zum einen Gewicht eingespart werden kann, weil Verbindungselemente nicht benötigt werden und zum anderen, weil Zeit eingespart werden kann, da die entsprechenden Verbindungsprozesse bereits bei der Formgebung des Bauteils bzw. des Ausstattungsteils funktional integriert werden.

Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung thermisch derart vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs entkoppelt vorgesehen ist, dass die Oberfläche der Ausnehmung bei Betriebstemperatur des Werkzeugs um 10 K bis 100 K, bevorzugt um 20 K bis 80 K, besonders bevorzugt um 30 K bis 70 K, kälter ist als der Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs.

Durch eine solche thermische Entkopplung der Oberfläche der Ausnehmung derart vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, zum einen eine effiziente Fertigung bzw. Formgebung des Bauteils insbesondere hinsichtlich seines flächigen Halbzeugs zu realisieren und anderseits dennoch temperaturempfindliche Bauteile bzw. zumindest im Vergleich zu den Formgebungstemperaturen des Werkzeugs vergleichsweise empfindliche Bauteile in den Herstellungsprozess mit zu integrieren.

Ferner ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs unabhängig temperierbar vorgesehen ist.

Mittels einer solchen aktiven bzw. unabhängigen Temperierbarkeit der zum Formvolumen weisenden Oberfläche der Ausnehmung vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs ist es erfindungsgemäß auch möglich, umgekehrt eine höhere Temperatur im Bereich der Oberfläche der Ausnehmung zu realisieren. Alternativ hierzu ist es mittels dieses Merkmals möglich, auch aktiv die Temperatur im Bereich der Oberfläche der Ausnehmung abzusenken bzw. eine aktive Kühlung herbeizuführen.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs mittels eines thermischen Isolators getrennt ausgebildet ist.

Durch eine solche thermische Isolation der zum Formvolumen weisenden Oberfläche der Ausnehmung vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs ist es erfindungsgemäß in besonderer Weise vorteilhaft möglich, die thermische Entkopplung in besonders einfacher und kostengünstiger Weise durchzuführen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Ausnehmung auf einem Flächenbereich von 5% bis 50%, bevorzugt auf einem Flächenbereich von 7% bis 40%, besonders bevorzugt auf einem Flächenbereich von 10% bis 30% der Abwicklung des Bauteils angeordnet ist.

Durch die solchermaßen vergleichsweise eingeschränkte Flächenbelegung der Ausnehmung bzw. des Anbauteils im Vergleich zur Abwicklung der Gesamtfläche des Bauteils ist es erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise möglich, dass der Herstellungsprozess bzw. Thermoformprozess des flächigen Halbzeugs zur Herstellung des Bauteils durch die Anwesenheit des thermisch entkoppelten Anbauteils bzw. durch die thermisch entkoppelte Ausnehmung nicht maßgeblich gestört ist, so dass hinsichtlich der Formgebung bzw. der Thermoformgebung des flächigen Halbzeugs auf bekannte und kostengünstig implementierbare Herstellungstechnologien zurückgegriffen werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Bauteils, insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, mittels eines flächigen Halbzeugs und mittels eines Anbauteils, unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs mit einem Unterwerkzeug, einem Oberwerkzeug und einer im Unterwerkzeug und/oder im Oberwerkzeug vorgesehenen Ausnehmung, wobei in einem ersten Schritt die Ausnehmung thermisch getrennt vom Rest des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs temperiert wird, dass in einem zweiten Schritt das Anbauteil in die Ausnehmung des Unterwerkzeugs und/oder des Oberwerkzeugs eingebracht wird, dass in einem dritten Schritt das flächige Halbzeug in das Werkzeug eingebracht wird und dass in einem vierten Schritt das Werkzeug zur Ausformung des Bauteils mit angeformtem Anbauteil geschlossen wird.

Durch ein solches Herstellungsverfahren zur Fertigung eines erfindungsgemäßen Bauteils ist es erfindungsgemäß in besonders vorteilhafter Weise möglich kostengünstig Kraftfahrzeugausstattungsteile herzustellen. Im ersten Schritt wird das Werkzeug, d.h. das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug temperiert, wobei bei dieser Temperierung die Ausnehmung bzw. die Mehrzahl von Ausnehmungen thermisch getrennt ist bzw. sind vom Rest des Unterwerkzeugs bzw. Oberwerkzeugs. Im zweiten Schritt wird das Anbauteil in die Ausnehmung des Unterwerkzeugs und/oder des Oberwerkzeugs eingebracht. In einem dritten Schritt wird das flächige Halbzeug in das Werkzeug eingebracht. Der erste, zweite und dritte Verfahrensschritt können in beliebiger zeitlicher Abfolge oder auch zeitlicher Überlappung vorgenommen werden. In einem vierten Schritt wird das Werkzeug zur Ausformung des Bauteils mit eingeformtem Anbauteil geschlossen.

Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß, dass das in die Ausnehmung des Unter- oder Oberwerkzeugs eingelegte Anbauteil hinsichtlich seiner mit dem flächigen Halbzeug zu verbindenden Oberflächenbereich derart strukturiert ist bzw. geformt ist, dass eine besonders gute Verbindung des Anbauteils mit dem flächigen Halbzeug erzielt wird. Ein Beispiel für eine solche Oberflächengestaltung ist, dass das Anbauteil eine Mehrzahl von Materialstäben oder Materialstacheln, die sich gegebenenfalls in ihrer Verlaufsrichtung vom Anbauteil weg verjüngen können, in Richtung auf das Formvolumen hin angeordnet sind. Hierbei kommt es durch den Thermoformprozess während des vierten Verfahrensschritts (Schließen der Werkzeughälften des Werkzeugs) zu einer besonders innigen Verschmelzung von thermoplastischen Materialkomponenten des flächigen Halbzeugs einerseits und des Anbauteils andererseits (bzw. insbesondere der in Richtung zum flächigen Halbzeug hin ausgerichteten Materialelemente, wie zum Beispiel Materialstacheln).

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bauteil mittels eines flächigen Halbzeugs und mittels eines Anbauteils hergestellt ist, wobei das Anbauteil eine geringere Temperaturfestigkeit aufweist als es zur Formgebung des flächigen Halbzeugs erforderlich ist.

Die Figuren stellen beispielhaft und schematisch eine Ausführung der Erfindung dar.

Figur 1 zeigt ein Teil eines Werkzeugs mit zwei Ausnehmungen.

Figur 2 zeigt den in Figur 1 dargestellten Teil des Werkzeugs mit in die Ausnehmungen eingelegten Anbauteilen.

Figur 3 zeigt das Gesamtwerkzeug in geöffneter Einstellung mit eingebrachtem flächigen Halbzeug und eingebrachten Anbauteilen.

Figur 4 zeigt das Gesamtwerkzeug in geschlossener Position.

Figur 5 zeigt das Bauteil mit angeformtem Anbauteil. Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt das Unterwerkzeug 1 eines als Presswerkzeug ausgebildeten Werkzeugs 2 zur Herstellung von Bauteilen, im Ausführungsbespiel von flächigen Ausstattungsteilen für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Türverkleidungen oder dergleichen. Grundsätzlich kann die Erfindung auch bei Spritzgießwerkzeugen und ähnlichen eingesetzt werden.

Das temperierbare Unterwerkzeug 1 ist mit Ausnehmungen 3 zur Aufnahme von in Figur 2 dargestellten Anbauteilen 4 ausgestattet, wobei das Unterwerkzeug 1 im Bereich der Ausnehmungen 3 mit Einrichtungen 5 zur thermischen Trennung ausgestattet ist. Die Einrichtungen 5 können als thermische Isolatoren oder vom Unterwerkzeug 1 unabhängig temperierbar ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, Anbauteile 4 aus einem Werkstoff einzusetzen, dessen Verarbeitung die Temperatur des Unterwerkzeugs 1 an sich entgegen stehen würde. Insbesondere können die Anbauteile aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, welcher bei der Temperatur des Unterwerkzeug 1 schmelzen würde, aber durch eine isolierende oder gekühlte Einrichtung 5 daran gehindert wird.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, wird nachfolgend zwischen dem temperierten Oberwerkzeug 6 und dem temperierten Unterwerkzeug 1 ein im Ausführungsbeispiel flächiges Halbzeug 7 aus einem faserverstärkten Kunststoff eingeführt und durch Schließen des Werkzeugs 2 zu einem dreidimensionalen Bauteil 8 verpresst. Dabei kommt das sich erwärmende Halbzeug 7 in Kontakt mit den Anbauteilen 4 und verbindet sich mit diesen stoff- und/oder formschlüssig (Figur 4).

Nach dem Entformen (Figur 5) sind die Anbauteile 4 fester Bestandteil des Bauteils 8. Es ergibt sich damit gemäß der vorliegenden Erfindung der wesentliche Vorteil, dass solche Anbauteile nicht mehr separat mittels eines Verbindungsprozesses mit einem (allein aus dem flächigen Halbzeug 7) geformten Bauteil verbunden werden müssen. Hierdurch werden nicht nur Kosten eingespart, sondern auch eine bessere Wiederverwertbarkeit bzw. Recyclingfähigkeit erzielt.

Als Halbzeug kommt beispielsweise ein Kunststoff-Holzfaserwerkstoff zum Einsatz, welcher bei Werkzeugtemperaturen von 220⁰C verpressbar ist. Erfindungsgemäß ausgeführte Ausnehmungen 3 können selbstverständlich alternativ oder zusätzlich auch im Oberwerkzeug 6 angeordnet werden.

Bezugszeichenliste:

1 Unterwerkzeug

2 Werkzeug

3 Ausnehmung

Anbauteil

5 Einrichtung

Oberwerkzeug

7 Halbzeug

Bauteil

Claims

Patentansprüche

1. Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils (8), insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, mittels eines flächigen Halbzeugs (7) und mittels eines Anbauteils (4), wobei das Werkzeug ein Unterwerkzeug (1) und ein Oberwerkzeug (6) aufweist, wobei zwischen dem Unterwerkzeug (1 ) und dem Oberwerkzeug (6) ein dreidimensional geformtes, jedoch hauptsächlich flächig erstrecktes Formvolumen ausgebildet ist, wobei im Unterwerkzeug (1 ) und/oder im Oberwerkzeug (6) als Teil des Formvolumens wenigstens eine Ausnehmung (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (3) zur wenigstens temporären Aufnahme des Anbauteils (4) vorgesehen ist, wobei die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung (3) thermisch vom Rest des Unterwerkzeugs (1 ) und/oder Oberwerkzeugs (6) entkoppelt vorgesehen ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung (3) thermisch derart vom Rest des Unterwerkzeugs (1 ) und/oder Oberwerkzeugs (6) entkoppelt vorgesehen ist, dass die Oberfläche der Ausnehmung (3) bei Betriebstemperatur des Werkzeugs um 10 K bis 100 K, bevorzugt um 20 K bis 80 K, besonders bevorzugt um 30 K bis 70 K, kälter ist als der Rest des Unterwerkzeugs (1 ) und/oder Oberwerkzeugs (6).

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung (3) vom Rest des Unterwerkzeugs (1 ) und/oder Oberwerkzeugs (6) unabhängig temperierbar vorgesehen ist.

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Formvolumen weisende Oberfläche der Ausnehmung (3) vom Rest des Unterwerkzeugs (1) und/oder Oberwerkzeugs (6) mittels eines thermischen Isolators getrennt ausgebildet ist.

5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (3) auf einem Flächenbereich von 5% bis 50%, bevorzugt auf einem Flächenbereich von 7% bis 40%, besonders bevorzugt auf einem Flächenbereich von 10% bis 30% der Abwicklung des Bauteils (8) angeordnet ist.

6. Verfahren zur Fertigung eines Bauteils (8), insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, mittels eines flächigen Halbzeugs (7) und mittels eines Anbauteils (4), unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs mit einem Unterwerkzeug (1 ), einem Oberwerkzeug (6) und einer im Unterwerkzeug (1 ) und/oder im Oberwerkzeug (6) vorgesehenen Ausnehmung (3), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Ausnehmung (3) thermisch getrennt vom Rest des Unterwerkzeugs (1 ) und/oder Oberwerkzeugs (6) temperiert wird, dass in einem zweiten Schritt das Anbauteil (4) in die Ausnehmung (3) des Unterwerkzeugs (1) und/oder des Oberwerkzeugs (6) eingebracht wird, dass in einem dritten Schritt das flächige Halbzeug (7) in das Werkzeug eingebracht wird und dass in einem vierten Schritt das Werkzeug zur Ausformung des Bauteils (8) mit angeformtem Anbauteil (4) geschlossen wird.

7. Bauteil (8), insbesondere Ausstattungsteil für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bauteil (8) mittels eines flächigen Halbzeugs (7) und mittels eines Anbauteils (4) hergestellt ist, wobei das Anbauteil (4) eine geringere Temperaturfestigkeit aufweist als es zur Formgebung des flächigen Halbzeugs (7) erforderlich ist.