WO2019149810A1

WO2019149810A1 - Verfahren zum herstellen eines kunststoffbauteils sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: WO2019149810A1
Application number: PCT/EP2019/052358
Authority: WO
Inventors: Sebastian ROSENSTRÄTER
Original assignee: Kautex Textron Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-08-08
Also published as: DE102018102264A1; DE102018102264B4

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Anbauelements (6), wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements, oder dergleichen; - Erwärmen eines Verbindungsbereichs (10) des Anbauelements (6); - Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Halteposition, wobei das erwärmte Anbauelement (6) in der Halteposition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist; - Verringern des Abstands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärmten Anbauelement (6) mithilfe einer Hubvorrichtung (12); - Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungselement (18), wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement (14) abgewandten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche (14) anliegt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel len eines Kunststoffbauteils sowie eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.

Während des elektrischen Fährbetriebs von Hybrid-Fahrzeugen wird der Kunststoffkraftstoffbehälter, der flüssigen Kraft stoff bevorratet, verschlossen, um Kraftstoffemissionen zu vermeiden. Im verschlossenen Zustand kann der Innendruck des Kraftstoffbehälters temperaturbedingt Werte zwischen -150 mbar und +450 mbar annehmen.

Infolge der Druckbelastung kann die Kunststoffwandung des Kraftstoffbehälters um mehrere Zentimeter nach außen oder in nen gewölbt werden. Diese Deformationen können zu einer Be schädigung der Wandung des Kraftstoffbehälters oder von in dem Kraftstoffbehälter aufgenommenen oder an den Kraftstoffbehäl ter angebundenen Funktionseinheiten führen. Weiter muss zu sätzlicher Bauraum vorgehalten werden, damit eine deformierte Wandung weder unter die Bodenfreiheitslinie eines Kraftfahr zeugs reicht noch gegen die Karosserie gepresst wird.

Um die Deformationen einer Wandung eines Kunststoffkraftstoff- behälters infolge von temperaturbedingten Innendruckschwankun gen zu reduzieren, kann die Kunststoffwandung lokal verstärkt werden. Hierzu können beispielsweise Verstärkungselemente aus faserverstärktem Kunststoff eingesetzt werden, die mit der Tankwandung verschweißt werden.

Beim Verschweißen von Anbauelementen mit einer solchen Kunst stoffwandung eines Kunststoffkraftstoffbehälters besteht grundsätzlich die Herausforderung, die Applikation der Anbau elemente möglichst effizient in den Fertigungsprozess einzu binden. Soweit beispielsweise vorgeheizte, flächige

Verstärkungselemente unter Ausnutzung der Extrusionswärme der Vorformlinge im Halbschalen-Blasformprozesses verschweißt wer den sollen, muss ein Auskühlen des vorgeheizten, flächigen Verstärkungselements vor dem Verschweißen vermieden werden, um eine zuverlässige Stoffschlüssige Verbindung zu erreichen.

Dies gilt sowohl für Verstärkungselemente als auch für weitere Funktionseinheiten, wie Strukturen zur Minderung von Schwapp geräuschen, Heizelemente und dergleichen, die mit einer Behäl terwandung verschweißt werden sollen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen, und insbesondere ein zuverlässiges Verschweißen von Anbauele menten mit einem Wandungselement ermöglichen, wobei ein Aus kühlen eines zu verschweißenden Anbauteils vor dem

Verschweißen vermieden wird.

Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 16. Weitere Ausgestaltungen der Er findung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrens schritten :

Bereitstellen eines Anbauelements, wie einer Funktionsein heit, eines Verstärkungselements, oder dergleichen;

Erwärmen eines Verbindungsbereichs des Anbauelements;

Halten des erwärmten Anbauelements in einer Halteposition, wobei das erwärmte Anbauelement in der Halteposition einen Abstand zu einer Anlagefläche aufweist;

Verringern des Abstands zwischen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement mithilfe einer Hubvorrichtung;

Verschweißen des erwärmten Anbauelements mit einem Wan dungselement des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements an das Wandungselement, wobei das erwärmte Anbauelement während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest ab

schnittsweise an der Anlagefläche anliegt.

Dadurch, dass das erwärmte Anbauelement zunächst unter einem Abstand zu der Anlagefläche gehalten wird, kann eine Wärmeab fuhr aus dem erwärmten Anbauelement über die Anlagefläche in der Halteposition vermieden werden. Es kann insbesondere vor gesehen sein, dass das Anbauelement in der Halteposition kei nen Kontakt zu der Anlagefläche aufweist.

Vor und/oder während dem Verschweißen wird der Abstand zwi schen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement verrin gert. Demnach kann ein erster Kontakt des Verbindungsbereichs mit dem Wandungselement bereits erfolgen, bevor das erwärmte Anbauelement mit der dem Wandungselement abgewandten Seite zu mindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt. Alterna tiv kann ein erster Kontakt des Verbindungsbereichs mit dem Wandungselement erst dann erfolgen, nachdem das erwärmte An bauelement mit der dem Wandungselement abgewandten Seite zu mindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt. Wenn vorliegend von einem Erwärmen eines Verbindungsbereichs des Anbauelements gesprochen wird, so handelt es sich dabei um ein Erwärmen auf eine Temperatur, die ein Verschweißen des Kunststoffs des Anbauelements mit einem Kunststoff des Wan dungselements ermöglicht. Nach dem Erwärmen befindet sich der Verbindungsbereich des Anbauelements in einem zumindest teil weise plastifizierten Zustand.

Es versteht sich, dass zumindest der Verbindungsbereich des Anbauelements erwärmt wird, jedoch gemäß weiterer Ausgestal tungen der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass das ge samte Anbauelement erwärmt wird. Soweit das Anbauelement beispielsweise ein dünnwandiges, flächiges Verstärkungselement ist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder der gleichen, dass lediglich eine dicke von ca. einem oder, so wird beim Erwärmen des dünnwandigen, flächigen Verstärkungs elements das gesamte Verstärkungselement durcherhitzt. Bei spielsweise kann ein solches dünnwandiges, flächiges

Verstärkungselement eine Dicke von 0,2 bis 3 mm aufweisen, und eine flächige Ausdehnung von 0,01 m² bis 1 m² haben.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass das erwärmte Anbauelement mithilfe einer mechani schen Andrückvorrichtung an das Wandungselement angedrückt wird, um ein Verschweißen des Anbauelements mit dem Wandungs element zu bewirken. Demnach kann das erwärmte Anbauelement mit dem Wandungselement verschweißt werden, indem beispiels weise wenigstens ein Andrückstempel mit dem Anbauelement oder dem Wandungselement in Anlage gebracht wird, um das Anbauele ment und das Wandungselement mechanisch gegeneinander zu drü cken .

Soweit zum Beispiel ein mechanisches Andrücken des erwärmten Anbauelements an oder gegen das Wandungselement innerhalb ei ner Blasform erfolgt, so kann das Verschweißen insbesondere vor dem Aufbringen eines Blasdrucks erfolgen, wobei in diesem Fall während des Verschweißens Umgebungsdruck in der das An bauteil und das Wandungselement umgebenden Umgebungsluft herrscht .

Alternativ oder ergänzend zur Verwendung einer mechanischen Andrückvorrichtung kann das Andrücken des erwärmten Bauteils an das Wandungselement in einen Blasformprozess durch eine Druckbeaufschlagung des Wandungselements und/oder des erwärm ten Bauteils mit einem Blasdruck erfolgen, der das Wandungs element und das erwärmte Anbauelement in Anlage bringt, um diese zu verschweißen.

Bevorzugt wird jedoch das Verschweißen einzig durch das mecha nische Andrücken des erwärmten Anbauelements an das Wandungs element mithilfe wenigstens eines Andrückstempels oder

mehrerer Andrückstempel erreicht, um wiederholgenau eine defi nierte Verschweißung zwischen dem Anbauelement und dem Wan dungselement zu erreichen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 50 mm oder weniger beträgt. Auf diesen Weise kann das Anbauelement zügig mit der Anlagefläche in Kontakt gebracht werden, gegen die das Anbauelement beim Verschweißen gedrückt wird.

In Abhängigkeit von dem Temperaturverhalten des Anbauelements, kann gemäß weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens vorgesehen sein, dass der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 30 mm oder weniger beträgt, 20 mm oder weniger beträgt, oder 10 mm oder weniger beträgt. Alternativ oder ergänzend kann der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 5 mm oder mehr betra gen. Damit kann verhindert werden, dass gegebenenfalls in Folge der Erwärmung an dem Anbauelement gebildete Falten in der Halteposition nicht mit der Anlagefläche in Berührung kom men. Handelt es sich bei dem Anbauelement beispielsweise um ein flächiges Verstärkungselement, wie ein faserverstärktes Organoblech, ein faserverstärktes Tapegelege oder dergleichen, so kann ein solches flächiges Verstärkungselement infolge der Erwärmung Falten bilden, die zumindest abschnittsweise in Richtung der Anlagefläche gewölbt sind.

Der Abstand, den ein Anbauelement in der Halteposition mindes tens zu der Anlagefläche haben sollte, kann daher in Abhängig keit von der zu erwartenden Änderung der Geometrie des

Anbauelements infolge der Erwärmung gewählt werden. So kann für einen Anbauteil, bei dem lediglich geringe Verformungen infolge der Erwärmung zu erwarten sind, ein Abstand zu der An lagefläche vorgegeben sein, der 1 mm oder mehr beträgt, oder der 2 mm oder mehr beträgt.

Demnach können für die Halteposition einerseits ein maximaler Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche und andererseits alternativ oder ergänzend ein minimaler Abstand des Anbauele ments zu der Anlagefläche vorgegeben werden.

Der Abstand wird insbesondere senkrecht zur Anlagefläche in Richtung der dem Wandungselement abgewandten Seite gemessen.

Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Tempera tur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während de- rer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wan dungselement an der Anlagefläche anliegt, fünf Sekunden oder weniger beträgt.

Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Tempera tur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während de rer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wan dungselement an der Anlagefläche anliegt, 2 Sekunden oder weniger beträgt.

Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Tempera tur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während de rer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wan dungselement an der Anlagefläche anliegt, eine Sekunde oder weniger beträgt.

Die Anlagezeitdauer kann entsprechend dem Abkühlverhalten des mit dem Wandungselement zu verbindenden Anbauteils gewählt werden. Soweit beispielsweise ein dünnwandiges, flächiges Ver stärkungselement mit dem Wandungselement verschweißt werden soll, kann es erforderlich sein, dass eine Anlagezeitdauer, während derer das dünnwandigen, flächige Verstärkungselement vor einem Kontakt mit dem Wandungselement an der Anlagefläche anliegt 1 Sekunde oder weniger beträgt, 0,5 Sekunden oder we niger beträgt oder 0,25 Sekunden oder weniger beträgt. Wird demgegenüber jedoch eine mehrere Zentimeter dicke, regellos vernetzte, schwammartige Struktur in ihrem Verbindungsbereich lokal erwärmt, so ist durch den Kontakt der dem Verbindungsbe reich abgewandten Seite an der Anlagefläche kein maßgeblicher Kühleffekt zu erwarten. In einem solchen Fall kann beispiels- weise eine Anlagezeitdauer an der Anlagefläche bis zu 5 Sekun den betragen ohne die Qualität der durch das Verschweißen er reichten stoffschlüssigen Verbindung zu beeinträchtigen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Anbauelement mit einer einem Formwerkzeug zugwandten Außen seite des Wandungselements verschweißt wird, wobei eine Werk zeugoberfläche zur Formgebung des Wandungselements die

Anlagefläche bildet. Bei dem Formwerkzeug kann es sich bei spielsweise um ein Blasformwerkzeug handeln.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauelement mit ei ner einem Formwerkzeug abgewandten Innenseite des Wandungsele ments verschweißt wird, wobei eine Oberfläche eines

Andrückstempels die Anlagefläche bildet, der an einem Mitten rahmen gehalten ist.

Wenn vorliegend von einem Mittenrahmen gesprochen wird, so handelt es sich dabei insbesondere um einen verfahrbaren Rah men, der zwischen Formhälften eines Formwerkzeugs bewegbar ist, um Funktionseinheiten zu applizieren und/oder Anbauteile zu positionieren.

Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Anbauelemente mit dem Wandungselement verschweißt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass mindestens ein Anbauelement mit der Innenseite des Wandungselements verschweißt wird und mindestens ein weiteres Anbauelement mit der Außenseite des Wandungselements ver schweißt wird.

Es können mehrere Anbauelemente auf der Außenseite des Wan dungselements und mehrere Anbauelemente auf der Innenseite des Wandungselements verschweißt sein. Um eine möglichst geringe Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbau element zu erreichen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das Halten des erwärmten An bauelements in einer Halteposition mithilfe einer Haltevor richtung erfolgt, die das erwärmte Anbauteil mit wenigstens einem Halteelement oder mehreren Halteelementen in der Hal teposition hält, wobei eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement insgesamt weniger als 10% einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs beträgt.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche der Halte vorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement insgesamt weniger als 5%, einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbe reichs beträgt, insbesondere weniger als 2% einer zu ver schweißenden Fläche des Verbindungsbereichs beträgt, um ein Abkühlen des erwärmten Anbauelements durch die Anlage zu der Kontaktfläche gering zu halten.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, die Haltevor richtung eine Heizeinrichtung aufweist, um eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement zu erwärmen und einer Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement entgegen zuwirken .

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgese hen sein, dass die Haltevorrichtung wenigstens ein Halteele ment hat, das ausgehend von der Halteposition in eine

Andrückposition bewegbar ist, wobei das Halteelement in der Andrückposition bündig zur Anlagefläche angeordnet ist oder gegenüber der Anlagefläche zurückversetzt angeordnet ist.

Insbesondere kann ein Halteelement der Haltevorrichtung bzw. können die Halteelemente der Haltevorrichtung von dem Anbau- element gelöst werden, sobald ein erstes Anhaften des Anbau elements an dem Wandungselement erfolgt ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Halteelement der Haltevorrichtung bzw. kön nen die Halteelemente der Haltevorrichtung während der gesam ten Zeitdauer des Schweißvorgangs mit dem Anbauelement in Kontakt bleiben und das Anbauelements halten.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Halteelement ein Vakuumsauger ist, der eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweist. Insbesondere können mehrere Vakuumsau ger vorgesehen sein, die jeweils eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweisen. Die Verwendung eines oder mehrerer Vakuumsauger hat den Vorteil, dass das Anbauelements durch den Kontakt zu der Halteeinrichtung nicht beschädigt wird. Zudem ist ein einfaches und schnelles Lösen eines Vaku umsaugers von dem Anbauelement möglich.

Wenn vorliegend von einer starren Saugfläche gesprochen wird, so handelt es sich dabei um eine Saugfläche, die im unbelaste ten Zustand unter ihrem Eigengewicht nicht biegeschlaff ist.

Die starre Saugfläche kann beispielsweise aus einem metalli schen Werkstoff und/oder einem Sinterwerkstoff bestehen. Ins besondere kann ein Saugelement, an dem die starre Saugfläche gebildet ist, ein poröses Material aufweisen oder aus einem porösen Material bestehen, so das ein Unterdrück zum Ansaugen des Anbauelements über die Poren des Materials an der Saugflä che bereitgestellt werden kann.

Die starre Saugfläche kann an einem beschichteten Kunststoff gebildet sein, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Tempera tur liegt, auf die das Anbauteil erwärmt wird, sodass ein Plastifizieren der Saugfläche vermieden werden kann. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass wenigs tens ein Halteelement eine Nadel oder einen Dorn ist. Die Na del oder der Dorn eines solchen Halteelements kann das

Anbauelements teilweise oder vollständig durchdringen, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Anbauelement gebildet ist. Dabei ist vorteilhaft, dass das ein solches Halteelement kostengünstig bereitgestellt werden kann und, beispielsweise im Vergleich zu dem voranstehend be schriebenen Vakuumsauger, einen geringeren Anlagenaufwand be deutet .

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass wenigs tens ein Halteelement ein Greifer ist. Der Greifer kann das Anbauelement teilweise oder vollständig greifen oder umgrei fen, um das Anbauelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig zu halten. Die Verwendung eines Greifers hat den Vorteil, dass verschiedene sich in ihrer Geometrie unterscheidende Anbauele mente mithilfe ein und desselben Greifers gehalten werden kön nen. Beispielsweise ist dadurch für das Handhaben und Bewegen verschiedener Anbauelemente keine Umrüstung einer Fertigungs einrichtung erforderlich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass das Anbauelement ein Verstärkungselement aufweist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder derglei chen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauelement aus einem Verstärkungselement besteht, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder dergleichen.

Das Organoblech und/oder faserverstärkte Tape können Fasern aus Glas, Carbon, Aramid oder Basalt aufweisen.

Das Organoblech und/oder faserverstärkte Tape können eine Mat rixmaterial aus Polyamid (PA) , Polyethylen (PE) High-density polyethylene (HDPE) , Polypropylen (PP) , Polyetheretherketon (PEEK) , Polybutylenterephthalat (PBT) , Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer (ABS), Polyphthalamid (PPA) aufweisen.

Das Organoblech kenn ein Gewebe oder Gelege sein.

Bei dem Tape kann es sich um ein Tapegelege oder ein unidirek- tionales Tape handeln.

Ein Verstärkungselement kann ein kurfaserverstärktes oder langfaserverstärktes Halbzeug sein.

Es kann mindestens eine Haftvermittlerschicht vorgesehen sein, um ein Verschweißen des Anbauelements mit dem Wandungselement zu ermöglichen oder die Stoffschlüssige Verbindung zu verbes sern .

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass das Anbauelement eine Funktionseinheit aufweist, wie eine Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur oder dergleichen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauteil aus einer Funktionseinheit besteht, wie einer Folienheizung, eine Dämp fungsstruktur oder dergleichen.

Um in einfacher und kostengünstiger Weise eine Vorrichtung be reitzustellen, kann die Hubvorrichtung entsprechend einer wei teren Ausgestaltung des Verfahrens einen Hubzylinder oder mehrere Hubzylinder aufweisen, wie einen Pneumatikzylinder ei nen Hydraulikzylinder oder dergleichen. Insbesondere kann ein solcher Hubzylinder einen Anschlag aufweisen, um den zwischen der Halteposition und einer Andrückposition zu begrenzen.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Hubzylinder in einer die Anlagefläche durchdringenden Ausnehmung sitzt. Wei ter kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Zylinder in je weils zugeordneten Ausnehmungen sitzen, die die Anlagefläche durchdringenden. Eine derartige Ausnehmung kann beispielsweise in eine Werkzeugoberfläche einer Formhälfte eines Blasform werkzeugs eingelassen sein, so dass der jeweils in der Ausneh mung sitzende Hubzylinder kompakt in eine Formhälfte eines Blasformwerkzeugs integriert werden kann.

Soweit ein Zylinder in einer an einer Formhälfte eines Blas formwerkzeugs gebildeten Ausnehmung sitzt, kann ein an dem Hubzylinder befestigtes Halteelement mithilfe des Hubzylinders in die Halteposition bewegbar sein. So kann das Halteelement an einem Ende einer Kolbenstange des Hubzylinders befestigt sein und mithilfe der Kolbenstange in einer in einen Formhohl raum auskragende Position bewegt werden, die der Halteposition entspricht .

Alternativ kann eine Ausnehmung einer Anlagefläche, in der ein Hubzylinder sitzt, an einem Andrückstempel gebildet sein, der an einem Mittenrahmen gehalten ist. Es können mehrere Hubzy linder in jeweils zugeordnete, in eine Anlagefläche eingelas sene und die Anlagefläche durchdringenden Ausnehmungen

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, dass das Wandungselement eine Halbschale für einen Kunst stoffkraftstoffbehälter ist, wobei das Wandungselement durch Extrusion und Blasformen innerhalb eines Blasformwerkzeugs einlagig oder mehrlagig hergestellt wird. So kann das Wan dungselement beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Schichten haben, die mithilfe einer Extrusionsvorrichtung koextrudiert werden.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung, die zum Erwärmen des Anbauelements vorgesehen ist, ein Flächenheizele ment ist. Es kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung, die zum Erwärmen des Anbauelements vorgesehen ist, mit einem Abstand zu einem Formwerkzeug, wie einer Blasform oder dergleichen, bereitgestellt wird. Während ein Kunststoffbauteil in der Blasform fertiggestellt wird, kann demnach gleichzeitig ein Anbauelement zur Fertigung des darauffolgenden herzustellenden Kunststoffbauteils bereitgestellt und aufgewärmt werden. Nach dem die Blasform geöffnet ist, und das Kunststoffbauteil aus der Blasform entnommen worden ist, kann ein zum Blasformen vorgesehenes mehrschichtiges Wandungselement ausgehend von ei ner Extrusionsvorrichtung in einen Bereich des geöffneten Blasformwerkzeugs koextrudiert werden. Das mithilfe der exter nen Heizeinrichtung erwärmte Anbauelements kann vor oder nach dem Extrudieren des mehrschichtigen Wandungselements an einer in eine Formhälfte integrierten Halteeinrichtung befestigt und gehalten werden.

Anschließend kann eine andere Vorrichtung das Wandungselement gegen das Anbauelement drücken, wobei beispielsweise eine Oberfläche einer Formhälfte des Blasformwerkzeugs die Anlage fläche bildet. Nachdem das Anbauelements mit dem noch aus dem vorangegangenen Extrusion Prozess erwärmten Wandungselement verschweißt worden ist, kann die Blasform geschlossen und ein Blasdruck aufgebracht werden. Durch den Blasdruck wird das Wandungselement vollständig mit der Werkzeugoberfläche der Formhälfte des Blasformwerkzeugs in Anlage gebracht.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vor richtung zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Anbauelements, wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements, oder derglei chen; mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Verbin dungsbereichs des Anbauelements; mit einer Halteeinrichtung zum Halten eines erwärmten Anbauelements in einer Halteposi tion, derart, dass das erwärmte Anbauelement in der Halteposi tion einen Abstand zu einer Anlagefläche aufweist; mit einer Hubvorrichtung, die zum Verringern des Abstands zwischen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement eingerichtet ist; mit einer Schweißeinrichtung, die zum Verschweißen des erwärm ten Anbauelements mit einem Wandungselement des Kunststoffbau teils durch Andrücken des erwärmten Anbau-elements an das Wandungselement eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauele ment während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an der Anlageflä che anliegt.

Dadurch, dass das erwärmte Anbauelement zunächst unter einem Abstand zu der Anlagefläche gehalten werden kann, kann eine Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement über die Anlageflä che in der Halteposition vermieden werden. Es kann insbeson dere vorgesehen sein, dass das Anbauelement in der

Halteposition keinen Kontakt zu der Anlagefläche aufweist.

Alle voranstehend bezüglich des Verfahrens diskutierten Merk male, die auch strukturelle Merkmale der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, wie zum Beispiel die Ausgestaltung der Halteeinrichtung, der Halteele mente, der Heizeinrichtung und dergleichen, können gleicherma ßen auch Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbei spiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1 ein Blasformwerkzeug in einer Seitenansicht; Fig. 2 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffbau teils mit dem Blasformwerkzeug aus Fig. 1 in einer Schnittdarstellung;

Fig. 3 ein Anbauteil in Halteposition;

Fig. 4 das Anbauteil aus Fig. 4 in Andrückposition.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Herstellen eines Kunst stoffbauteils . Die Vorrichtung 2 ist zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.

Die Vorrichtung hat ein Blasformwerkzeug 3, wobei lediglich eine Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs gezeigt ist.

Die Vorrichtung 2 hat eine Einrichtung 4 zum Bereitstellen ei nes Anbauelements 6. Das Anbauelement 6 ist vorliegend ein Or- ganoblech 6, das aus einem faserverstärkten Kunststoff

besteht. Die Einrichtung 4 zum Bereitstellen des Anbauelements 6 ist vorliegend ein Montageroboter 4.

Die Vorrichtung 2 hat weiter eine Heizeinrichtung 8 zum Erwär men eines Verbindungsbereichs 10 des Anbauelements 6. Die Hei zeinrichtung 8 ist vorliegend ein als Flächenheizelement ausgebildeter Infrarotstrahler 8.

Die Vorrichtung 2 hat eine Haltevorrichtung 12 zum Halten des erwärmten Anbauelements 6 in einer Halteposition, derart, dass das erwärmte Anbauelements 6 in der Halteposition einen Ab stand a zu einer Anlagefläche 14 aufweist.

Die Haltevorrichtung 12 ist vorliegend gleichzeitig auch eine Hubvorrichtung 12, die zum Verringern des Abstands a zwischen der Anlagefläche 14 und dem erwärmten Anbauelement 6 einge richtet ist. Die Vorrichtung 2 hat weiter eine Schweißeinrichtung 16, die zum Verschweißen des erwärmten Anbauelements 6 mit einem Wan dungselement 18 des Kunststoffbauteils durch Andrücken des er wärmten Anbauelements 6 an das Wandungselement 18 eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauelements 6 während des verschwei ßen mit einer dem Wandungselement 18 abgewandten Seite 20 an der Anlagefläche 14 anliegt. Die Schweißvorrichtung 16 ist demnach vorliegend eine mechanische Andrückvorrichtung 16.

Der Abstand a beträgt vorliegend 30 mm.

Die Haltevorrichtung 12 hat vorliegend drei Halteelemente 22, 24, 26, die das erwärmte Anbauteil 6 in der Halteposition hal ten, nachdem das erwärmte Anbauteil der Haltevorrichtung 12 von dem Montageroboter 4 übergeben worden ist.

Jedes der drei Halteelemente 22, 24, 26 ist vorliegend ein Va kuumsauger 22, 24, 26. Der Aufbau der Vakuumsauger 22, 24, 26 wird nachfolgend exemplarisch anhand des Vakuumsaugers 24 be schrieben .

Der Vakuumsauger 24 hat eine starre Saugfläche 28, die an ei nem Einsatz 30 gebildet ist, wobei der Einsatz 30 aus einem porösen Sinterwerkstoff besteht. Der Einsatz 30 ist austausch bar an einem Kolbenelement 32 gehalten. Ein Dichtring 34 dient zum Abdichten der Saugfläche 28 gegenüber einer Umgebung U, soweit das Anbauteil 6 an der Haltevorrichtung 12 gehalten ist .

Das Kolbenelement 32 und die Kolbenstange 36 sind hohl ausge führt und an eine Vakuumpumpe 38 angeschlossen. Die Kolbenstange 36 ist Teil eines Hubzylinders 40, durch den das Halteelement 24 aus der Halteposition (Fig. 3) in eine An drückposition (vgl. Fig. 4) bewegbar ist. In der Andrückposi tion ist der Abstand a gleich 0.

Wie Fig. 2 zu entnehmen, sitzt der Zylinder 40 mit seiner Kol benstange 36 und dem Kolbenelement 32 in einer die Anlageflä che 14 durchdringenden Ausnehmung 42 der Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs 3.

Zum Herstellen eines Kunststoffbauteils wird zunächst das Or- ganoblech 6 mithilfe des Montageroboters 4 bereitgestellt und mithilfe der Heizvorrichtung 8 erwärmt, so dass der Verbin dungsbereich 10 in einem zumindest teilweise plastifizierten bzw. aufgeschmolzenen Zustand ist (Fig. 1) .

Das Blasformwerkzeug 3 befindet sich im geöffneten Zustand.

Das erwärmte Organoblech 6 wird gedreht und anschließend mit hilfe des Montageroboters 4 und/oder einer weiteren zwischen geschalteten Vorrichtung an die Haltevorrichtung 12 übergeben, sodass das Organoblech 6 mit der Seite 20 an den Vakuumsaugern 22, 24, 26 anliegt und durch die Vakuumsauger 22, 24, 26 in der Halteposition gehalten wird, in dem die Vakuumpumpe 38 ei nen Unterdrück erzeugt (Fig. 3) .

Bevor oder nach dem das Organoblech 6 an die Haltevorrichtung 12 übergeben wird, wird ein Wandungselement 18 koextrudiert, dass vorliegend einen fünfschichtigen Wandungsaufbau hat.

Das Wandungselement 18 wird mithilfe der mechanischen Andrück vorrichtung 16 an das erwärmte Organoblech 6 angedrückt um ein Verschweißen des Organoblechs 6 mit dem Wandungselement 18 zu bewirken. Das Wandungselement 18 befindet sich während des Verschweißens aufgrund der verbleibenden Wärme aus dem Extru sionsvorgang seinerseits noch im zumindest teilweise plastifi- zierten bzw. aufgeschmolzenen Zustand. Bevor das Wandungselement 18 mit dem Organoblech 6 verschweißt wird, wird das Organoblech 6 aus der Halteposition in die An drückposition überführt, in der der Abstand a gleich 0 ist. Eine Anlage Zeitdauer, während derer das erwärmte Organoblech vor einem Kontakt mit dem Wandungselement 18 an der Anlageflä- che 14 anliegt, beträgt vorliegend weniger als 1 Sekunde.

Im vorliegenden Fall wird das Organoblech 6 mit einer dem Formwerkzeug 3 zugewandten Außenseite 44 des Wandungselement 18 verschweißt. Vorliegend ist die Anlagefläche 14 die Werkzeugoberfläche 14 der Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs 3.

BezugsZeichen

2 Vorrichtung

3 Blasformwerkzeug

4 Einrichtung zum Bereitstellen eines Anbauelements

5 Formhälfte

6 Anbauelement

8 Heizeinrichtung

10 Verbindungsbereich

12 Haltevorrichtung/Hubvorrichtung

14 Anlagefläche

16 Schweißeinrichtung/Andrückvorrichtung

18 Wandungselement

20 abgewandte Seite

22 Halteelement

24 Halteelement

26 Halteelement

28 Saugfläche

30 Einsatz

32 Kolbenelement

34 Dichtring

36 Kolbenstange

38 Vakuumpumpe

40 Hubzylinder

42 Ausnehmung/Durchgangsöffnung

44 Außenseite des Wandungselement 18

a Abstand

U Umgebung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrensschritten :

Bereitstellen eines Anbauelements (6), wie einer Funkti onseinheit, eines Verstärkungselements, oder dergleichen; Erwärmen eines Verbindungsbereichs (10) des Anbauelements (6) ;

Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Halteposi tion, wobei das erwärmte Anbauelement (6) in der Haltepo sition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist ;

Verringern des Abstands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärmten Anbauelement (6) mithilfe einer Hubvor richtung ( 12 ) ;

Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrü cken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungsele ment (18), wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement (14) abgewand ten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlageflä che (14) anliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erwärmte Anbauelement (6) mithilfe einer mechanischen Andrückvorrichtung (16) an das Wandungselement angedrückt wird oder umgekehrt, um ein Verschweißen des Anbauelements (6) mit dem Wandungselement (18) zu bewirken.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Abstand (a) des Anbauelements (6) zu der Anlagefläche (14) in der Halteposition 50 mm oder weniger beträgt, und/oder der Abstand (a) des Anbauelements (6) zu der Anlagefläche (14) in der Halteposition 5 mm oder mehr beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauele ment (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, fünf Sekunden oder weniger beträgt ;

oder

eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauele ment (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, 2 Sekunden oder weniger be trägt ;

oder

eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauele ment (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, eine Sekunde oder weniger beträgt .

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

das Anbauelement (6) mit einer einem Formwerkzeug (5) zug wandten Außenseite (44) des Wandungselements (18) ver schweißt wird, wobei eine Werkzeugoberfläche (14) zur Formgebung des Wandungselements (18) die Anlagefläche (14) bildet

oder

das Anbauelement (6) mit einer einem Formwerkzeug (5) ab gewandten Innenseite des Wandungselements (18) verschweißt wird, wobei eine Oberfläche eines Andrückstempels die An lagefläche bildet, der an einem Mittenrahmen gehalten ist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Anbauelemente (6) mit dem Wandungselement (18) verschweißt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens ein Anbauelement (6) mit der Innenseite das Wandungselements (18) verschweißt wird und wenigstens ein weiteres Anbauelement mit der Außenseite des Wandungsele ments (18) verschweißt wird.

Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass

das Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Hal teposition mithilfe einer Haltevorrichtung (12) erfolgt, die das erwärmte Anbauteil mit wenigstens einem Halteele ment (22, 24, 26) oder mehreren Halteelementen (22, 24,

26) in der Halteposition hält,

wobei eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung (12) zu dem erwärmten Anbauelement (6) insgesamt weniger als 10% einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs (10) be trägt .

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Haltevorrichtung (12) wenigstens ein Halteelement (22,

24, 26) hat, das ausgehend von der Halteposition in eine Andrückposition bewegbar ist,

wobei das Halteelement (22, 24, 26) in der Andrückposition bündig zur Anlagefläche (14) angeordnet ist oder gegenüber der Anlagefläche (14) zurückversetzt angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Halteelement (22, 24, 26) ein Vakuumsauger (22, 24, 26) ist, der eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweist;

und/oder

wenigstens ein Halteelement eine Nadel oder einen Dorn ist ;

und/oder

wenigstens ein Halteelement ein Greifer ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10

dadurch gekennzeichnet, dass

das Anbauelement (6) ein Verstärkungselement (6) aufweist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder der gleichen,

oder

das Anbauelement (6) aus einem Verstärkungselement (6) be steht, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder dergleichen .

12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche

1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Anbauelement eine Funktionseinheit aufweist, wie eine Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur oder dergleichen, oder

das Anbauteil aus einer Funktionseinheit besteht, wie ei ner Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur oder derglei chen .

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche

1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Hubvorrichtung (12) einen Hubzylinder (40) oder meh rere Hubzylinder (40) aufweist, wie einen Pneumatikzylin der einen Hydraulikzylinder oder dergleichen.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens ein Hubzylinder (40) in einer die Anlagefläche (14) durchdringenden Ausnehmung (42) sitzt.

15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1

bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Wandungselement (18) eine Halbschale für einen Kunst stoffkraftstoffbehälter ist,

wobei das Wandungselement (18) durch Extrusion und Blas formen innerhalb eines Blasformwerkzeugs einlagig oder mehrlagig hergestellt wird.

16. Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffbauteils,

eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

mit einer Einrichtung (4) zum Bereitstellen eines Anbau elements (6), wie einer Funktionseinheit, eines Verstär kungselements, oder dergleichen;

mit einer Heizeinrichtung (8) zum Erwärmen eines Verbin dungsbereichs (10) des Anbauelements (6);

mit einer Halteeinrichtung (12) zum Halten eines erwärmten Anbauelements in einer Halteposition, derart, dass das er wärmte Anbauelement (6) in der Halteposition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist;

mit einer Hubvorrichtung (12), die zum Verringern des Ab stands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärm ten Anbauelement (6) eingerichtet ist;

mit einer Schweißeinrichtung (16), die zum Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungselement (18) eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Ver schweißens mit einer dem Wandungselement (18) abgewandten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche (14) anliegt.