WO2013104397A2 - Metallic carrier component having a composite adhesion surface, hybrid component and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
The present invention relates to a metallic carrier component having a composite adhesion surface for a polymer structure that is to be injection-molded and to a corresponding hybrid component, to the methods for producing, on the one hand, the metallic carrier component, and, on the other hand, the hybrid component. The composite adhesion surface on the carrier component is present on at least one surface portion of the metallic carrier component and comprises a conversion layer produced on the surface of the metallic carrier component and a primer layer applied to the conversion layer.
Description
Metallisches Trägerbauteil mit Verbundhaftungsoberfläche, Hybridbauteil und Metallic carrier component with composite adhesion surface, hybrid component and
Herstellungsverfahren production method
Die Erfindung betrifft ein metallisches Trägerbauteil mit einer Verbundhaftungsoberfläche für eine anzuspritzende Polymerstruktur und ein entsprechendes Hybridbauteil aus dem Trägerbauteil und der angespritzten Polymerstruktur. Ferner werden Verfahren zur Herstellung einerseits des metallischen Trägerbauteils und andrerseits des Hybridbauteils offenbart. The invention relates to a metallic carrier component having a composite adhesion surface for a polymer structure to be sprayed on and a corresponding hybrid component comprising the carrier component and the molded polymer structure. Furthermore, methods are disclosed for producing, on the one hand, the metallic carrier component and, on the other hand, the hybrid component.
Zur Herstellung von Hybridbauteilen aus einem Metall-Polymer-Verbund wird häufig mittels Spritzgussverfahren eine Polymerstruktur in ein Metallbauteil eingefügt, um dem Bauteil bei vergleichsweise geringem Gewicht eine verbesserte Torsions- und For the production of hybrid components from a metal-polymer composite, a polymer structure is often inserted into a metal component by means of injection molding in order to provide the component with comparatively low weight, an improved torsional and
Crashsteifigkeit zu verleihen. Verwendung finden derartige Hybridbauteile beispielsweise im Fahrzeugbau als tragende Teile oder Kraft aufnehmende Teile mit untergeordneten Sichtanforderungen. To give crash stiffness. Such hybrid components are used, for example, in vehicle construction as load-bearing parts or force-absorbing parts with subordinate visual requirements.
Allerdings ist die Anbindung des Polymers an den metallischen Werkstoff mit However, the bonding of the polymer to the metallic material is with
Schwierigkeiten verbunden. Materialschrumpf des Polymers und unterschiedliche Difficulties connected. Material shrinkage of the polymer and different
Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien führen zu einer Enthärtung zwischen Metallbauteil und Polymerstruktur, so dass die gewünschten mechanischen Eigenschaften nicht erreicht werden. So ist ohne Vorbehandlung der Metalloberfläche die Bindung des angespritzten Kunststoffbauteils an dem metallischen Trägerbauteil aufgrund unterschiedlicher chemischer und physikalischer Eigenschaften der beiden Bauteilwerkstoffe gering. Expansion coefficients of the materials used lead to a softening between metal component and polymer structure, so that the desired mechanical properties are not achieved. Thus, without pretreatment of the metal surface, the bonding of the molded plastic component to the metallic support component is low due to different chemical and physical properties of the two component materials.
Bekanntermaßen kann die Haftung zwischen dem Metallbauteil und der Polymerstruktur durch eine Haftvermittlerschicht verbessert werden. Hierfür können Schmelzklebstoffe auf Co-Polyamid-Basis eingesetzt werden. As is known, the adhesion between the metal component and the polymer structure can be improved by a primer layer. For this purpose, hot melt adhesives based on co-polyamide can be used.
So beschreibt die EP 1 808 468 B1 den Einsatz von reaktiven Schmelzklebstoffen in Hybridbauteilen. Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen aus Metallen und Polymeren offenbart, bei dem die Metalle mit den Polymeren durch
Schmelzklebstoffe auf Co-Polyamid-Basis verbunden werden, die zusätzlich Isocyanat und Epoxid enthalten. Thus, EP 1 808 468 B1 describes the use of reactive hotmelt adhesives in hybrid components. A process for the production of hybrid components from metals and polymers is disclosed, in which the metals with the polymers by Co-polyamide-based hot melt adhesives are added, which additionally contain isocyanate and epoxide.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein metallisches Trägerbauteil mit einem verbesserten Haftungsgrund auf der Oberfläche zu schaffen, das sich somit besonders zur Herstellung eines Hybridbauteils eignet. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a metallic support member having an improved adhesion base on the surface, which is thus particularly suitable for the production of a hybrid component.
Diese Aufgabe wird durch das metallische Trägerbauteil mit den Merkmalen des This object is achieved by the metallic support member having the features of
Anspruchs 1 gelöst. Claim 1 solved.
Ein entsprechend verbessertes Hybridbauteil mit verbesserter Haftung zwischen metallischem Trägerbauteil und Polymerstruktur und daher mit verbesserten A correspondingly improved hybrid component with improved adhesion between metallic carrier component and polymer structure and therefore with improved
mechanischen Eigenschaften wird durch das Hybridbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 4 offenbart. mechanical properties is disclosed by the hybrid component with the features of claim 4.
Weiter ergibt sich die Aufgabe, kostengünstig einen weiter verbesserten Haftungsgrund auf einem metallischen Trägerbauteil für eine angespritzte oder anzuspritzende Furthermore, there is the task of inexpensively a further improved adhesion to a metallic support member for a molded or to be sprayed
Polymerstruktur zu schaffen, um insbesondere gewichtsreduzierte Bauteile für den Kraftfahrzeugbau mit zusätzlich verbessertem Korrosionsschutz fertigen zu können. To provide polymer structure, in particular to be able to produce weight-reduced components for the automotive industry with additional improved corrosion protection.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. This object is achieved by the method having the features of claim 6.
Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 löst schließlich die Aufgabe der Bereitstellung verbesserter Hybridbauteile. Finally, the method with the features of claim 9 solves the problem of providing improved hybrid components.
Weiterbildungen der Gegenstände und Verfahren sind in den Unteransprüchen ausgeführt. Further developments of the objects and methods are set forth in the subclaims.
Das erfindungsgemäße metallische Trägerbauteil mit einer Verbundhaftungsoberfläche für eine anzuspritzende Polymerstruktur, die an wenigstens einem Oberflächenabschnitt des metallischen Trägerbauteils vorliegt, hat eine auf der metallischen The metallic carrier component according to the invention with a composite adhesion surface for a polymer structure to be sprayed, which is present on at least one surface section of the metallic carrier component, has one on the metallic one
Trägerbauteiloberfläche erzeugte Konversionsschicht und eine auf die Carrier component surface generated conversion layer and one on the
Konversionsschicht aufgebrachte Primerschicht. So liegt erfindungsgemäß ein kostengünstiges Verbundhaftungssystem bzw. eine Verbundhaftungsoberfläche auf dem metallischen Trägerbauteil ausgebildet vor, das die hohen Automobilanforderungen an Funktion, Prozess und Umwelt erfüllt und insofern beste Haftungseigenschaften mit einfacher Herstellbarkeit verbindet. Durch die Konversionsschicht wird nicht nur die
Anbindung der Primerschicht an den metallischen Träger verbessert, sondern auch ein erhöhter Korrosionsschutz geschaffen. Conversion layer applied primer layer. Thus, according to the invention, a cost-effective composite adhesion system or a composite adhesion surface is formed on the metallic support component, which fulfills the high automotive requirements for function, process and environment and thus combines best adhesion properties with ease of manufacture. The conversion layer is not only the Improved connection of the primer layer to the metallic carrier, but also created an increased corrosion protection.
Das metallische Trägerbauteil kann ein endgeformtes Bauteil, etwa ein Druckgussbauteil, oder ein Metallhalbzeug, ein Blech, ein Rohr oder ein Profil sein; es kann dem The metallic support member may be a final molded component, such as a die cast component, or a semi-finished metal product, a sheet, a pipe or a profile; it can do that
Leichtbaugedanken folgend insbesondere aus einem Leichtmetall umfassend Aluminium oder Magnesium bzw. entsprechenden Legierungen bestehen. Bei dem metallischen Trägerbauteil kann es sich aber auch um ein Stahlbauteil oder ein Stahlhalbzeug handeln. Following lightweight construction, in particular, consist of a light metal comprising aluminum or magnesium or corresponding alloys. However, the metallic carrier component may also be a steel component or a semi-finished steel product.
Als Primer eignet sich ein Co-Polyamid; bekannt sind etwa die unter der Marke As a primer, a co-polyamide is suitable; well known are those under the mark
VESTAMELT® beworbenen Primerprodukte wie VESTAMELT® X 1333 von Evonik. Diese Haftvermittler VESTAMELT® bieten durch geschlossene Isocyanatketten die Möglichkeit der Verarbeitung als Lack oder Pulver, bei gleichzeitig hoher Bindungsenergie zum anzuspritzenden Polymer, insbesondere zu Polyamid. VESTAMELT ® advertised primer products such as VESTAMELT® X 1333 from Evonik. These adhesion promoters VESTAMELT® offer by closed isocyanate chains the possibility of processing as a paint or powder, at the same time high binding energy to be sprayed polymer, especially polyamide.
Die Konversionsschicht kann eine nasschemisch erzeugte Konversionsschicht sein; derartige Konversionsschichten können mit den Produkten der Marken Alodine® 4595, Alodine® 2040, Alodine® 400 (Fa. Henkel, Deutschland) hergestellt werden. The conversion layer may be a wet-chemically generated conversion layer; Such conversion coatings can 400 (Messrs. Henkel, Germany) are prepared with the products of brands Alodine® 4595, Alodine ® 2040 Alodine ®.
In Frage kommt auch eine grünchromatierte Konversionsschicht, die bei einem AI- Trägerbauteil etwa mit ALFIPAS® 731 der Firma AluFinish erzeugt werden kann. Also suitable is a green-chromate conversion layer, which can be produced in an Al support component, for example, with ALFIPAS® 731 from AluFinish.
Mit einem solchen erfindungsgemäßen metallischen Träger mit With such a metallic support according to the invention
Verbundhaftungsoberfläche kann durch Anspritzen einer Polymerstruktur ein Composite adhesion surface may be formed by molding a polymer structure
erfindungsgemäßes Hybridbauteil Hybrid component according to the invention
mit verbesserten Haftungseigenschaften und daher hoher mechanischer Belastbarkeit gefertigt werden. be made with improved adhesion properties and therefore high mechanical strength.
Eine geeignete Polymerstruktur kann eine thermoplastische Polymerstruktur, bevorzugt eine Polyamidstruktur sein. A suitable polymer structure may be a thermoplastic polymer structure, preferably a polyamide structure.
Das Hybridbauteil ist als Kraftfahrzeugbauteil geeignet, insbesondere als ein The hybrid component is suitable as a motor vehicle component, in particular as a
Kraftfahrzeugbauteil mit untergeordneten Sichtanforderungen, etwa als Cockpitquerträger oder ein Frontendträger.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines metallischen Trägerbauteils mit einer wie vorstehend dargelegten Verbundhaftungsoberfläche umfasst zunächst, dass die Verbundhaftungsoberfläche aus einer Konversionsschicht und einer Primerschicht gebildet wird. Dabei wird zunächst die Konversionsschicht auf der metallischen Motor vehicle component with subordinate visual requirements, such as a cockpit cross member or a front end carrier. The method according to the invention for producing a metallic carrier component with a composite adhesion surface as outlined above comprises first of all that the composite adhesion surface is formed from a conversion layer and a primer layer. First, the conversion layer on the metallic
Trägerbauteiloberfläche erzeugt und dann der Primer auf die Konversionsschicht aufgebracht. Durch Verfahrenskombination der Vorbehandlung zur Erzeugung der Konversionsschicht mit dem darauf aufgebrachten Haftvermittler bzw. Primer wird ein metallisches Trägerbauteil geschaffen, das für eine haftungsfördernde und dauerfeste Verbindung mit einer Polymerstruktur bearbeitet ist. Sowohl die Konversionsschicht als auch die Primerschicht tragen zu einem verbesserten Korrosionsschutz des metallischen Trägerbauteils bei. Carrier component surface generated and then applied the primer on the conversion layer. By method combination of the pretreatment for producing the conversion layer with the adhesion promoter or primer applied thereon, a metallic carrier component is created which is processed for an adhesion-promoting and durable bond with a polymer structure. Both the conversion layer and the primer layer contribute to improved corrosion protection of the metallic support component.
Das Aufbringen des Primers kann durch Pulverbeschichten etwa durch elektrostatisches Pulverbeschichten geschehen und eine Wärmebehandlung umfassen. Alternativ kann es durch Applizieren einer Lösung, die den Primer enthält, bevorzugt durch eine The application of the primer can be done by powder coating such as by electrostatic powder coating and include a heat treatment. Alternatively, it may preferably be achieved by applying a solution containing the primer through a
Bandbeschichtung, erfolgen. Coil coating, done.
Das Erzeugen der Konversionsschicht kann nasschemisch durch Tauchen oder Sprühen, bevorzugt in mehreren Tauch- oder Sprühstufen ausgeführt werden; die nasschemische Vorbehandlung kann mit Alodine® 4595, Alodine® 2040 oder Alodine® 400 vorgenommen werden. Das alternativ mögliche Grünchromatieren kann beispielsweise mit ALFIPAS® 731 ausgeführt werden. The generation of the conversion layer can be carried out wet-chemically by dipping or spraying, preferably in several dipping or spraying steps; wet chemical pretreatment can be carried out with Alodine 4595 ®, Alodine ® 2040 or Alodine ® 400th The possible alternative Grünchromatieren can be done for example with ALFIPAS ® 731st
Bevorzugt sollte die Oberfläche, an der die Verbundhaftungsoberfläche gebildet wird, vor dem Erzeugen der Konversionsschicht gereinigt, entfettet und/oder von einer Oxidschicht befreit werden. Preferably, the surface on which the composite adhesion surface is formed, should be cleaned, degreased and / or freed from an oxide layer prior to generating the conversion layer.
Nach dem Erzeugen der Konversionsschicht und vor dem Aufbringen des Primers wird vorgeschlagen, die Oberfläche ein oder mehrmals zu spülen und zu trocknen. After generating the conversion layer and before applying the primer, it is proposed to rinse the surface one or more times and to dry it.
Das Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils umfasst die Schritte: The method for producing a hybrid component according to the invention comprises the steps:
- Erzeugen einer Verbundhaftungsoberfläche auf zumindest einem Abschnitt der Producing a composite adhesion surface on at least a portion of
Oberfläche des metallischen Trägerbauteils, Surface of the metallic carrier component,
- Einlegen des metallischen Trägerbauteils in eine Spritzgusskavität eines Inserting the metallic carrier component into an injection molding cavity of a
Spritzgusswerkzeugs, Injection mold,
- Spritzgießen der Polymerstruktur an die Verbundhaftungsoberfläche der metallischen
Trägerbauteiloberfläche des metallischen Trägerbauteils. - Injection molding of the polymer structure to the composite adhesion surface of the metallic Carrier component surface of the metallic support member.
Weiter kann die Herstellung des Hybridbauteils das Umformen, Verformen oder Biegen des metallischen Trägerbauteils mit dem Verbundhaftungsschichtsystem vor dem Further, the manufacture of the hybrid component may involve forming, deforming or bending the metallic support member with the composite adhesive layer system prior to
Spritzgießen, bevorzugt zu einem Hohlprofil umfassen. Injection molding, preferably to form a hollow profile.
Ferner kann die Formgebung auch durch hydraulisch Ausformen des zu dem Hohlprofil geformten metallischen Trägers durch einen Innenhochdruckumformvorgang Furthermore, the shaping can also be achieved by hydraulically shaping the metallic carrier formed to form the hollow profile by means of a hydroforming process
vorgenommen bzw. ergänzt werden. be made or supplemented.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. These and other advantages will be set forth by the following description with reference to the accompanying figure. The reference to the figure in the description is to facilitate the understanding of the subject matter.
Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der The figure is merely a schematic representation of an embodiment of the
Erfindung und zeigt ein Verfahrensfließschema zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Hybridbauteils. Invention and shows a process flow diagram for the production of a hybrid component according to the invention.
So betrifft die Erfindung die Herstellung eines metallischen Trägerbauteils mit einer Verbundhaftungsoberfläche für eine anzuspritzende Polymerstruktur und weiter ein entsprechendes Hybridbauteil aus dem metallischen Trägerbauteil mit einem zumindest lokal umgebenden Spritzgussbauteil. Thus, the invention relates to the production of a metallic carrier component with a composite adhesion surface for a polymer structure to be sprayed and further to a corresponding hybrid component of the metallic carrier component with an at least locally surrounding injection-molded component.
Zur Schaffung von Hybridbauteilen, insbesondere auch in Leichtbauweise wird ein Polymer, bevorzugt ein Thermoplast im Spritzgussverfahren an das metallische To create hybrid components, especially in lightweight construction, a polymer, preferably a thermoplastic injection-molded to the metallic
Trägerbauteil, das aus Stahl oder bevorzugt aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium besteht, geometriegebend angespritzt. Dabei soll eine dauerfeste Verbindung zwischen der Metalloberfläche und dem Kunststoff entstehen. Dies ist zwischen Carrier component, which consists of steel or preferably of a light metal such as aluminum or magnesium, molded geometry. This is to create a permanent bond between the metal surface and the plastic. This is between
Thermoplasten, darunter insbesondere Polyamiden, und Metallen aufgrund der chemischen Eigenschaften ohne Vorbehandlung nicht möglich. Thermoplastics, including in particular polyamides, and metals due to the chemical properties without pretreatment not possible.
Dazu wird erfindungsgemäß auf das metallische Trägerbauteil, das ein Bauteil oder Halbzeug sein kann, das erfindungsgemäße Verbundhaftungsschichtsystem aufgebracht, das aus einem Haftvermittler bzw. Primer und einer den Haftungsgrund für den Primer vorbereitenden Konversionsschicht besteht.
Der erste Schritt zur Herstellung des Verbundhaftungsschichtsystems besteht so in der chemischen Vorbehandlung der metallischen Trägerbauteiloberfläche zur Erzeugung der Konversionsschicht, wie in der Figur skizziert ist. Hierbei wird das Metallisches For this purpose, the composite adhesion layer system according to the invention is applied to the metallic support component, which may be a component or semifinished product, which consists of an adhesion promoter or primer and a conversion layer preparing the adhesion primer for the primer. The first step in the preparation of the composite adhesion layer system is thus the chemical pretreatment of the metallic support component surface to produce the conversion layer, as outlined in the figure. Here is the metallic
Trägerbauteil als Halbzeug oder Fertigbauteil einer haftungsfördernden und Carrier component as a semi-finished or prefabricated an adhesion-promoting and
korrosionshemmenden Oberflächenvorbehandlung unterzogen. subjected to corrosion-inhibiting surface pretreatment.
Die Konversionsschicht wird vor dem Aufbringen des Primers durch Tauchung oder Sprühen nasschemisch appliziert. Alternativ kann auch grünchromatiert werden. The conversion layer is applied wet-chemically before application of the primer by dipping or spraying. Alternatively, green chromating can be used.
Geeignete Prozesse zur nasschemischen Erzeugung der Konversionsschicht verwenden Alodine® 4595, Alodine® 2040 oder Alodine® 400, bevorzugt Alodine ® 4595 von Henkel, Düsseldorf, Deutschland. Für die Grünchromatierung kann, wenn es sich bei dem metallisches Trägerbauteil um Aluminium handelt, ALFIPAS 731 der Firma AluFinish, Andernach, Deutschland, eingesetzt werden. Suitable processes for wet-chemical production of the conversion layer using Alodine ® 4595, Alodine ® 2040 or Alodine ® 400, preferably Alodine ® 4595 from Henkel, Dusseldorf, Germany. For the green chromating, if the metallic carrier component is aluminum, ALFIPAS 731 from AluFinish, Andernach, Germany, can be used.
Die Konversionsschicht bietet so nicht nur einen optimalen Haftungsgrund für die The conversion layer offers not only an optimal liability reason for the
Primerschicht, sondern bildet auch bereits einen Korrosionsschutz aus. Primer layer, but also already forms a corrosion protection.
Vor der Aufbringung der Konversionsschicht wird das metallische Trägerbauteil gereinigt, entfettet und - etwa bei Verwendung von Aluminium - von der Oxidhaut befreit. Nach der Aufbringung erfolgen Spülvorgänge und Trocknung. Before the application of the conversion layer, the metallic support component is cleaned, degreased and - freed from the oxide skin - for example when using aluminum. After application rinsing and drying.
Es folgt, wie der Figur zu entnehmen ist, das Auftragen des Primers auf die mit der Konversionsschicht versehene Oberfläche. It follows, as can be seen from the figure, the application of the primer to the surface provided with the conversion layer.
Vorzugsweise besteht der Primer aus einem thermoplastischen auf einem Co-Polyamid basierenden Schmelzklebstoff, wie von der Firma Evonik, Essen, Deutschland unter dem Namen VESTAMELT® vertrieben. Ein besonders geeigneter Schmelzklebstoff aus der VESTAMELT® -Reihe ist VESTAMELT® X1333. Die Primerschicht stellt nicht nur einen hervorragenden Haftungsgrund für die anzuspritzende Polymerstruktur, insbesondere wenn diese aus einem Polyamid besteht, bereit, sondern bietet einen zusätzlichen Korrosionsschutz. Preferably, the primer consists of a thermoplastic co-polyamide-based hot melt adhesive as sold by Evonik, Essen, Germany under the name VESTAMELT®. A particularly suitable hot melt adhesive from the VESTAMELT ® series is VESTAMELT ® X1333. The primer layer not only provides an excellent adhesion basis for the polymer structure to be sprayed on, especially if it consists of a polyamide, but also offers additional corrosion protection.
Der Primer wird als Pulverbeschichtung aufgebracht und dann einer Wärmebehandlung ausgesetzt. Die Körnungsgröße und Schichtdicke des Primerpulvers wird entsprechend der weiteren Verarbeitung und Endverwendung eingestellt. Das pulverbeschichtete metallische Trägerbauteil wird in der Wärmebehandlung einem Temperaturzyklus
unterzogen, wobei das als Primer verwendete VESTAMELT® -Pulver mittels chemischer Reaktion an die Konversionsschicht bindet. The primer is applied as a powder coating and then subjected to a heat treatment. The grain size and layer thickness of the primer powder is adjusted according to further processing and end use. The powder-coated metallic carrier component becomes a temperature cycle in the heat treatment subjected to, wherein the used as a primer VESTAMELT ® powder binds by chemical reaction to the conversion layer.
Alternativ ist auch für Blechmaterial eine sogenannte Bandbeschichtung mit in Lösung gebrachten VESTAMELT® X 1333 möglich. Alternatively, a so-called coil coating with solubilized VESTAMELT ® X 1333 is also available for sheet material.
Nach der Wärmebehandlung zur Anbindung des Primers und dem Abkühlen des metallischen Trägerbauteils ist eine Lagerung bzw. der Transport möglich. Das auf der Metalloberfläche aufgebrachte Verbundhaftungsschichtsystem aus Konversions- und Primerschicht lässt eine längere Lagerung etwa über mehrere Wochen zu, ohne die Weiterverwendung und das Haftungsvermögen negativ zu beeinflussen. So ist das mit diesem Verbundhaftungssystem versehene metallische Trägerbauteil langzeitbeständig und verliert seine Funktionalität auch nicht nach längeren Lagerzeiten. After the heat treatment to connect the primer and the cooling of the metallic support member storage or transport is possible. The metal overlay composite conversion and primer layer system allows for longer storage for about several weeks without adversely affecting reuse and adhesion. Thus, the metallic carrier component provided with this composite adhesion system is long-term stable and does not lose its functionality even after longer storage times.
Bei dem metallischen Trägerbauteil kann es sich um ein geformtes metallisches The metallic support member may be a shaped metallic one
Trägerbauteil, etwa ein Druckgussbauteil handeln, es kann aber auch ein Metallhalbzeug wie ein Blech oder Rohr sein, das weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen wird, ehe der Spritzgussprozess zum Anspritzen der Polymerstruktur erfolgt. Bei einem However, it can also be a metal semi-finished product such as a metal sheet or tube, which is subjected to further processing steps before the injection molding process for injection molding of the polymer structure takes place. At a
ausgeformten Trägerbauteil kann das Anspritzen der Polymerstruktur direkt der formed carrier component, the injection molding of the polymer structure directly the
Herstellung des Verbundhaftungssystems mit oder ohne Lagerungszeit oder Transport folgen. Production of the composite adhesion system with or without storage time or transport follow.
Im Fall eines Metallhalbzeugs kann sich hingegen beispielsweise ein Biegevorgang an die Herstellung des Verbundhaftungssystems anschließen, ohne dass dieses Schaden nimmt. Idealerweise schließt sich die mechanische Umformung/Vorformung nach dem Auftrag des Verbundhaftungsschichtsystems an. Dabei lässt das In the case of a semi-finished metal, however, for example, a bending process can follow the production of the composite adhesion system without this being damaged. Ideally, the mechanical deformation / preforming follows after the application of the composite adhesion layer system. It does that
Verbundhaftungsschichtsystem ein zerstörungsfreies Umformen zu, da es die dabei mit dem Biegen des Metallhalbzeugs auftretende Dehnung zulässt und mitmacht. Die Bonding layer system to a non-destructive forming, since it allows the case occurring with the bending of the metal semi-finished strain and join in. The
Haftungsfunktion wird ebenfalls nicht negativ beeinträchtigt. Ein Umformschritt des metallischen Trägerbauteils kann, wie in der Figur dargestellt, vor einem Transport und/oder einer Lagerung erfolgen, in gleichem Maße kann das Umformen aber auch nach einem Transportvorgang oder nach einer Lagerungsdauer stattfinden. Adhesion function is also not adversely affected. A forming step of the metallic carrier component can, as shown in the figure, take place before a transport and / or a storage, to the same extent, however, the forming can also take place after a transport process or after a storage period.
Ein Halbzeug, das in Form eines Hohlprofils vorliegt, kann schließlich vor dem A semi-finished product, which is in the form of a hollow profile, can finally before the
Spritzgießvorgang, wie auch in der Figur aufgeführt, noch einem Injection molding process, as also listed in the figure, one more
Innenhochdruckumformvorgang unterzogen werden, der vorteilhaft in dem Hydroforming operation, which is advantageous in the
Spritzgusswerkzeug durchgeführt wird. Mit dem Spritzgussprozess wird das Hybridbauteil
gebildet, bei dem der angespritzte Kunststoff eine enge Verbindung mit dem metallischen Träger ausbildet, die dauerhaft auch bei größeren mechanischen Belastungen nach der Aushärtung bestehen bleibt. Injection molding tool is performed. The injection molding process becomes the hybrid component formed, in which the molded plastic forms a close connection with the metallic carrier, which persists permanently even with greater mechanical stress after curing.
So erfolgt zum Abschluss mit dem Sprizgießprozess der eigentliche Metall-Hybrid- Herstellprozess. Dabei wird das fertige oder vorgeformte bzw. umgeformte Bauteil in eine Kunststoff-Spritzgusskavität eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt. Thus, the actual metal-hybrid production process is completed by the injection molding process. In this case, the finished or preformed or deformed component is inserted into a plastic injection molding cavity of an injection molding tool.
Diese Spritzgussform ermöglicht nach dem Schließen ein hydraulisches Ausformen eines Metallhalbzeugs mit Hohlprofil mittels Innenhochdruckumformverfahren. Dieses This injection mold allows after closing a hydraulic molding of a metal semi-finished product with hollow profile by hydroforming. This
Ausformen funktioniert nur bei geschlossenen Geometrien also bei metallischen Forming only works with closed geometries, ie with metallic ones
Trägerbauteilen wie Rohren und Profilrohren. Die Verbundhaftungsschicht behindert den IHU-Prozess nicht und bleibt weiterhin haftungsaktiv. Beam components such as pipes and profile pipes. The composite adhesion layer does not hinder the hydroforming process and remains liable to adhesion.
Nach dem IHU-Prozess wird unter Stützdruck im Rohr das Polymer, das vorzugsweise ein Polyamid ist, eingespritzt, dadurch die eigentliche Spritzgussform ausgefüllt und eine Anbindung der Polymerstruktur an die Metalloberfläche durch das After the hydroforming process, the polymer, which is preferably a polyamide, injected under support pressure in the tube, thereby filling the actual injection mold and a connection of the polymer structure to the metal surface by the
Verbundhaftungssystem hergestellt. Composite adhesion system produced.
Ferner ist es im Spritzgussprozess möglich, mehrere metallische Trägerbauteile einzulegen, gegebenenfalls dem IHU-Verfahren zu unterziehen, und so zu fügen, wobei die verschiedenen metallischen Trägerbauteile zumindest in den Bereichen, an die die Anspritzung der Polymerstruktur geplant ist, mit der erfindungsgemäßen Furthermore, it is possible in the injection molding process to insert a plurality of metallic support components, optionally to undergo the hydroforming process, and to add so, with the invention at least in the areas where the gating of the polymer structure is planned, the various metallic support components
Verbundhaftungsschicht versehen sind. Composite adhesion layer are provided.
Durch die Metall-Kunststoffkombination, wobei Leichtmetall und Polyamidkunststoffe bevorzugt sind, und deren stoffliche Verbindung nach dem IHU - Spritzgussprozess werden die Fahrzeuganforderungen hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und By the metal-plastic combination, with light metal and polyamide plastics are preferred, and their material connection after the hydroforming - injection molding process, the vehicle requirements in terms of strength, rigidity and
Geräuschentwicklung und -Übertragung erfüllt. Noise development and transmission met.
Mit dem erfindungsgemäß hergestellten metallischen Trägerbauteil, das die verbesserte Verbundhaftungsschicht aufweist, ist es möglich, Fahrzeug-Hybridbauteile kostengünstig bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung herzustellen. Typische Anwendungen dafür sind Fahrzeugbauteil im NichtSichtbereich wie der Cockpitquerträger oder der Frontendträger. Generell können die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Bauteile in Fahrzeugen als Struktur, Semistruktur und Monatagekomponenten verwendet werden.
θ With the metallic carrier component according to the invention, which has the improved composite adhesion layer, it is possible to produce hybrid vehicle components cost-effectively with simultaneous weight reduction. Typical applications for this are vehicle components in the non-sight area, such as the cockpit crossbeam or the front end carrier. In general, the components produced by the method described can be used in vehicles as a structure, semi-structure and Monatagekomponenten. θ
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Funktionen an den Fahrzeug- Bauteilen über den Zeitraum der Verwendungslebensdauer des Fahrzeugs zu erfüllen, indem das metallische Trägerbauteil, das im Zuge der Leichtbauweise vorzugsweise aus Aluminium oder Magnesium besteht, und sowohl als Blech, Rohr oder Druckgussbauteil bzw. Halbzeug vorliegen kann, zu einem dauerfesten Kunststoff-Metall-Hybridbauteil verarbeitet wird. The inventive method makes it possible to fulfill the functions on the vehicle components over the period of use life of the vehicle by the metallic support member, which preferably consists of aluminum or magnesium in the course of lightweight construction, and both as a sheet metal, tube or diecast component Semi-finished may be processed into a durable plastic-metal hybrid component.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet so eine kostengünstige Möglichkeit, The method according to the invention thus offers a cost-effective possibility
Hybridbauteile herzustellen. Die Verfahrens- und Logistikprozesse sind optimal in den Gesamtherstellprozess der Fertigbauteile integrierbar.
Produce hybrid components. The process and logistics processes can be optimally integrated into the overall manufacturing process of prefabricated components.
Claims
1. Metallisches Trägerbauteil mit einer Verbundhaftungsoberfläche für eine 1. Metallic carrier component with a composite adhesion surface for a
anzuspritzende Polymerstruktur, wobei die Verbundhaftungsoberfläche an zumindest einem Oberflächenabschnitt des metallischen Trägerbauteils vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass polymer structure to be sprayed, wherein the composite adhesion surface is present on at least one surface portion of the metallic support component, characterized in that
die Verbundhaftungsoberfläche eine auf der metallischen Trägerbauteiloberfläche erzeugte Konversionsschicht und eine auf die Konversionsschicht aufgebrachte Primerschicht umfasst. the composite adhesion surface comprises a conversion layer formed on the metallic support component surface and a primer layer applied to the conversion layer.
2. Metallisches Trägerbauteil nach Anspruch 1 , 2. Metallic carrier component according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das metallische Trägerbauteil ein Druckgussbauteil, ein Metallhalbzeug, ein Blech, ein Rohr oder ein Profil ist, insbesondere aus einem Leichtmetall umfassend Aluminium- oder Magnesium oder ein Stahlbauteil oder Stahlhalbzeug ist. the metallic carrier component is a die-cast component, a semi-finished metal product, a metal sheet, a tube or a profile, in particular of a light metal comprising aluminum or magnesium or a steel component or semifinished steel product.
3. Metallisches Trägerbauteil nach Anspruch 1 oder 2, 3. metallic carrier component according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- der Primer ein Co-Polyamid umfasst, und the primer comprises a co-polyamide, and
- die Konversionsschicht eine nasschemisch erzeugte Konversionsschicht oder eine grünchromatierte Konversionsschicht ist. - The conversion layer is a wet-chemically generated conversion layer or a green-chromated conversion layer.
4. Hybridbauteil aus einem metallischen Trägerbauteil und einer Polymerstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass 4. Hybrid component of a metallic support member and a polymer structure, characterized in that
das metallische Trägerbauteil ein metallisches Trägerbauteil mit einer the metallic support member comprises a metallic support member having a
Verbundhaftungsoberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist, und die A composite adhesion surface according to any one of claims 1 to 3, and
Polymerstruktur über die Verbundhaftungsoberfläche mit dem metallischen Polymer structure over the composite adhesion surface with the metallic
Trägerbauteil verbunden ist. Carrier component is connected.
5. Hybridbauteil nach Anspruch 4, 5. hybrid component according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Polymerstruktur eine thermoplastische Polymerstruktur, besonders bevorzugt eine Polyamidstruktur ist, und/oder the polymer structure is a thermoplastic polymer structure, particularly preferred is a polyamide structure, and / or
das Hybridbauteil ein Kraftfahrzeugbauteil, bevorzugt ein Kraftfahrzeugbauteil mit untergeordneten Sichtanforderungen, und besonders bevorzugt ein the hybrid component is a motor vehicle component, preferably a motor vehicle component with subordinate visual requirements, and particularly preferably one
Cockpitquerträger oder ein Frontendträger ist. Cockpit cross member or a frontend carrier is.
6. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Trägerbauteils mit einer 6. A method for producing a metallic support member with a
Verbundhaftungsoberfläche nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Composite adhesion surface according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that
die Verbundhaftungsoberfläche aus einer Konversionsschicht und einer the composite adhesion surface of a conversion layer and a
Primerschicht gebildet wird, wobei zunächst die Konversionsschicht auf der metallischen Trägerbauteiloberfläche erzeugt und dann der Primer auf die Primer layer is formed, wherein first generates the conversion layer on the metallic support member surface and then the primer on the
Konversionsschicht aufgebracht wird. Conversion layer is applied.
7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Aufbringen des Primers the application of the primer
- durch Pulverbeschichten, bevorzugt durch elektrostatisches Pulverbeschichten erfolgt und eine Wärmebehandlung umfasst, by powder coating, preferably by electrostatic powder coating and comprising a heat treatment,
oder or
- durch Applizieren einer den Primer enthaltenden Lösung, bevorzugt durch eine Bandbeschichtung, by applying a solution containing the primer, preferably by a coil coating,
erfolgt. he follows.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, 8. The method according to claim 6 or 7,
wobei in which
das Erzeugen der Konversionsschicht generating the conversion layer
- nasschemisch durch Tauchen oder Sprühen, bevorzugt in mehreren Tauch- oder Sprühstufen, oder wet-chemically by dipping or spraying, preferably in several dipping or spraying steps, or
- durch Grünchromatieren erfolgt, - done by green chromating,
wobei bevorzugt die Oberfläche, an der die Verbundhaftungsoberfläche gebildet wird, vor dem Erzeugen der Konversionsschicht gereinigt, entfettet und/oder von einer Oxidschicht befreit wird, und/oder wherein the surface on which the composite adhesion surface is formed is preferably cleaned, degreased and / or freed of an oxide layer before the conversion layer is produced, and / or
wobei bevorzugt die Oberfläche, an der die Verbundhaftungsoberfläche gebildet wird, nach dem Erzeugen der Konversionsschicht und vor dem Aufbringen des Primers ein oder mehrmals gespült und getrocknet wird. wherein preferably the surface on which the composite adhesion surface is formed, after the generation of the conversion layer and before the application of the Primer is rinsed one or more times and dried.
9. Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils nach Anspruch 4 oder 5; 9. A method for producing a hybrid component according to claim 4 or 5;
umfassend die Schritte: comprising the steps:
- Erzeugen einer Verbundhaftungsoberfläche auf zumindest einem Abschnitt der Oberfläche des metallischen Trägerbauteils, Producing a composite adhesion surface on at least a portion of the surface of the metallic support component,
- Einlegen des metallischen Trägerbauteils in eine Spritzgusskavität eines Spritzgusswerkzeugs, Inserting the metallic carrier component into an injection molding cavity of an injection molding tool,
- Spritzgießen der Polymerstruktur an die Verbundhaftungsoberfläche der metallischen Trägerbauteiloberfläche des metallischen Trägerbauteils. Injection molding of the polymer structure to the composite adhesion surface of the metallic support component surface of the metallic support component.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
umfassend den Schritt: comprising the step:
- Umformen/Verformen/Biegen des metallischen Trägerbauteils mit der - Forming / deformation / bending of the metallic support member with the
Verbundhaftungsoberfläche vor dem Spritzgießen, bevorzugt zu einem Hohlprofil, und/oder Composite adhesion surface before injection molding, preferably to a hollow profile, and / or
- hydraulisch Ausformen des zu dem Hohlprofil geformten metallischen - Hydraulically molding the formed to the hollow profile metallic
Trägerbauteils durch einen Innenhochdruckumformvorgang. Carrier component by a hydroforming process.
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