DE102004054228A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Naturfaser aufweisenden Formteils (1) mit einem an das Formteil (1) angeformten, Kunststoff aufweisenden Funktionsteil (2) durch folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Erwärmen eines Naturfaser aufweisenden Rohlings (5), DOLLAR A - Formen des Formteils (1) aus dem Rohling (5) durch Zusammenpressen mindestens zweier Formelemente (4) und DOLLAR A - Anformen des Funktionsteils (2) durch Anspritzen einer Kunststoffschmelze an das Formteil (1), wobei am Formteil (1) vor dem Anpsritzen der Kunststoffschmelze eine Kavität (10) gebildet wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines Naturfaser aufweisenden Formteils (1) mit einem das Formteil (1) angeformten, Kunststoff aufweisenden Funktionsteil (2). DOLLAR A Hierzu sind einerseits mindestens zwei Formelemente (4) vorgesehen, deren Prägeflächen (6) im Wesentlichen die Form des herzustellenden Formteils (1) und eine Ausnehmung (9) derart aufweisen, dass zwischen den mindestens zwei Formelementen (4) in zusammengepressten Zustand eine Kavität (10) verbleibt, deren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen des Funktionsteils (2) korrespondieren, sowie Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Kavität (10). Andererseits ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch mindestens zwei Formelemente (4), deren Prägeflächen (6) die Form des herzustellenden Formteils (1) aufweisen, und Mittel zu exakten Positionierung der Formelemente (4) in ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundteils, aufweisend ein Naturfaser aufweisendes Formteil und ein an das Formteil angeformtes, Kunststoff aufweisendes Funktionsteil mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1, 5 und 6 genannten Merkmalen.
  • Zunehmend werden Verkleidungen im Fahrzeuginnenraum aus Naturfasermatten hergestellt. Neben Anwendungsbereichen im Sitzbereich werden Naturfasern hauptsächlich für Verkleidungsteile wie Ablagen, Türinnenverkleidungen und Ähnliches verwendet. Eine Kombination der Naturfasern mit PP-Fasern (Polypropylenfasern) erweitert den Anwendungsbereich der Naturfasern erheblich. Diese Materialkombination ermöglicht es beispielsweise, Anbauteile (Funktionsteile) mit dem Naturfaserbauteil mittels Schweiß- und Klebetechnik zu verbinden. Nachteilhafterweise werden für zusätzliche Anbauteile (Funktionsteile) separate Spritzgusswerkzeuge, Schweißanlagen und Mess- und Prüfmittel benötigt, die zusätzliche Kosten verursachen.
  • Es ist weiterhin bekannt, Formteile aus Naturfaser mit anderen Funktionsteilen über ein Pressverfahren zu verbinden. Ein wesentlicher Nachteil des Pressverfahrens besteht jedoch darin, dass Funktionsbereiche wie zum Beispiel Retaineraufnahmen, Verrippungen und Durchbrüche nicht direkt in einem Arbeitsschritt angeformt werden können. Hierzu sind separate Bauteile oder Fertigungsoperationen notwendig. Weiterhin ist es bekannt, die Verbindung zwischen einem Formteil und einem Funktionsteil bereits während des Herstellungsprozesses des Pressverfahrens des Naturfaserbauteils (Formteil) herzustellen. Nachteilhafterweise werden die Anbauteile (Formteil und Funktionsteil) separat gefertigt und nachfolgend in das Presswerkzeug eingelegt. Hierdurch werden erhebliche Kosten für Betriebsmittel, Logistik und Zyklusszeiten in Aspruch genommen.
  • Bei der Anwendung herkömmlicher Fügeverfahren in der Kunststoffverarbeitung kann ein aus Kunstfaser bestehendes Formteil mit einem aus Kunststoff bestehenden Funktionsteil beispielsweise über das Schweißverfahren verbunden werden. Hierzu wird das vorhandene Formteil in eine Aufnahme gelegt und das darin zu befestigende Funktionsteil darauf positioniert. Anschließend werden die vorkommissionierten Teile in der Schweißanlage gefügt, was ebenfalls erhebliche Zyklusszeiten verursacht.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundteiles anzugeben, wobei das Verbundteil ein Naturfaser aufweisendes Formteil mit einem an das Formteil angeformten Kunststoff aufweisenden Funktionsteil aufweist, mit welchen das Verbundteil schneller und kostengünstiger herstellbar ist als nach den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 (Verfahrensanspruch) und der Ansprüche 5 und 6 (Vorrichtungsansprüche) in Zusammenwirkung mit den Merkmalen in den Oberbegriffen.
  • Erfindungsgemäß lassen sich die vorgenannten Nachteile nach dem Stand der Technik durch Integration des Anformens eines Funktionsteils an ein Formteil in den Prägeprozess beziehungsweise in den Formprozess eliminieren. Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, zunächst einen Naturfaser aufweisenden Rohling zu erwärmen und durch Zusammenpressen mindestens zweier Formelemente zu verformen. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, beim Zusammenpressen der mindestens zwei Formelemente oder während des nachfolgenden Öffnens der zwei Formelemente am Formteil eine Kavität auszubilden. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ausnehmungen an den Prägeflächen der Formelemente realisiert werden. Dadurch wird es erfindungsgemäß möglich, ein beispielsweise aus Kunststoff bestehendes Funktionsteil bereits während des Herstellungsprozesses des Formteils (während des Form-/Prägeprozesses) anzuformen. Hierzu wird in die Kavität erfindungsgemäß eine Kunststoffschmelze eingespritzt, welche nach Abkühlen das an das Formteil angeformte Funktionsteil ausbildet.
  • In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kavität durch einen zwischen den mindestens zwei Formelementen im zusammengepressten Zustand verbleibenden Hohlraum gebildet, wobei der Hohlraum korrespondierende Abmessungen zum Funktionsteil aufweist.
  • In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kavität durch einen zwischen den mindestens zwei Formelementen im teilweise geöffneten Zustand verbleibenden Hohlraum gebildet wird, wobei der Hohlraum korrespondierende Abmessungen zum anzuformenden Funktionsteil aufweist. Als Rohling für das Formteil werden vorzugsweise Matten aus Naturfaser oder eine Kombination aus Naturfasern und PP-Fasern verwendet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch mindestens zwei Formelemente gekennzeichnet, deren Prägeflächen im Wesentlichen die Form des herzustellenden Formteils und eine Ausnehmung derart aufweisen, dass zwischen den mindestens zwei Formelementen im zusammengepressten Zustand eine Kavität verbleibt, deren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen des anzuformenden Funktionsteils korrespondieren. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Kavität auf, welche vorzugsweise durch eine Düse sowie einen Kanal, welcher mindestens eines der Formelemente durchdringt, ausgebildet ist.
  • In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch mindestens zwei Formelemente gekennzeichnet, deren Prägeflächen die Form des herzustellenden Formteils aufweisen, wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel zur exakten Positionierung der Formelemente in einem teilweise geöffneten Zustand aufweist, wobei zwischen den mindestens zwei Formelementen im teilweise geöffneten Zustand der Prägeflächen eine Kavität verbleibt, deren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen des Funktionsteils korrespondieren. Weiterhin weist diese Vorrichtung Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Kavität auf. Die Mittel zur exakten Positionierung der Formelemente sind vorzugsweise Werkzeugschieber.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 und 2 ein Formteil für die Türinnenverkleidung eines Pkw mit einem als Haltering ausgebildeten Funktionsteil sowie einem Lautsprechergitter;
  • 3 und 4 eine schematische Darstellung der wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
  • 5 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Formteil mit angeformtem Funktionsteil und
  • 6 und 7 uren die wesentlichen Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Kavität im teilweise geöffneten Zustand der Formelemente gebildet wird.
  • 1 zeigt das Formteil 1, welches als Türinnenverkleidung für einen Pkw dienen kann. Um in die Tür des Pkw einen Lautsprecher integrieren zu können, ist es notwendig, das Lautsprecher-Gitter 3 mit dem Formteil 1 zu verbinden. Dies wird vorteilhafterweise mittels des Funktionsteils 2 realisiert, welcher als Haltering ausgebildet ist und das Lautsprecher-Gitter 3 aufnimmt und abdichtet.
  • Die 3 und 4 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung, 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im geöffneten Zustand und 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im geschlossenen Zustand der Formelemente 4.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei Formelementen 4, welche jeweils eine Prägefläche 6 aufweisen. Die Prägeflächen 6 der Formelemente 4 weisen eine solche Form auf, dass der Rohling 5 (Naturfasermatte) beim Zusammenpressen der Prägeflächen 6 die Form der erwünschten Türinnenverkleidung annimmt. Dazu wird der Rohling 5 vorher erwärmt. Weiterhin weist das untere Formelement 4 eine Ausnehmung 9 auf (3), welche im zusammengepressten Zustand der Formelemente 4 (4) die Kavität 10 ausbildet. Weiterhin wird im ersten Fertigungsschritt der Rohling 5 zwischen die Formelemente 4 geführt. Die Temperatur der Formelemente 4 wird durch eine (nicht dargestellte) integrierte Heizung erhöht, die Formelemente 4 fahren zusammen und verpressen den Rohling 5, wie es schematisch in 4 dargestellt ist.
  • Nachdem der Formprozess abgeschlossen ist, wird über die Düse 8 in der unteren Formhälfte eine Kunststoffschmelze eingebracht, welche die noch offene Kavität 10 vollständig ausfüllt. Ein wesentliches Merkmal des Prozesses besteht darin, dass die Kavität 10 durch den Träger des Naturfaserbauteils geschlossen und somit gegen das übrige Werkzeug abgedichtet ist. Die flüssige, über den Kanal 7 und die Düse 8 eingebrachte Kunststoffschmelze verbindet sich aufgrund der Materialeigenschaften des Rohlings 5 unlösbar mit diesem. Anschließend werden die Formelemente 4 auf Entformtemperatur gekühlt. Das fertige Bauteil, bestehend aus dem Formteil 1 und dem an das Formteil 1 angeformten Funktionsteil 2, kann nun entnommen werden. Das fertige Produkt ist in geschnittener schematischer Darstellung in 5 dargestellt. Das als Haltering ausgebildete Funktionsteil 2 kann nun zur Aufnahme von Schrauben 12 dienen, mittels welchen das Lautsprecher-Gitter 3 sowie ein Lautsprecher 11 einfach montiert werden können.
  • Eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung zeigen die 6 und 7. Hierbei wird der Kunststoff für das Funktionsteil in das geöffnete Werkzeug nach dem Pressen des Formteils 1 eingebracht (hinterprägt). Dies ist schematisch in den 6 und 7 dargestellt.
  • Entsprechend 6 wird zunächst das Formteil 1 geformt. Damit die Bereiche der Kavität 10 das Trägermaterial während des Pressvorgangs unterstützen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, zur Anformung des Funktionsteils ein bewegliches Schieberelement (Werkzeugschieber 13) einzusetzen. In 6 ist schematisch dargestellt, dass der Werkzeugschieber 13 unmittelbar nach dem Pressen des Formteils 1 dasselbe großflächig abstützt. Nach dem Rückfahren des Werkzeugschiebers 13 (7) ist die Kavität 10 geöffnet, so dass der Kunststoff eingespritzt werden kann.
    • 1
    Formteil
    2
    Funktionsteil
    3
    Lautsprecher-Gitter
    4
    Formelement
    5
    Naturfasermatte/Rohling
    6
    Prägefläche
    7
    Kanal
    8
    Düse
    9
    Ausnehmung
    10
    Kavität
    11
    Lautsprecher
    12
    Schraube
    13
    Werkzeugschieber

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Naturfaser aufweisenden Formteils (1) mit einem an das Formteil (1) angeformten, Kunststoff aufweisenden Funktionsteil (2) durch folgende Verfahrensschritte: – Erwärmen eines Naturfaser aufweisenden Rohlings (5), – Formen des Formteils (1) aus dem Rohling (5) durch Zusammenpressen mindestens zweier Formelemente (4) und – Anformen des Funktionsteils (2) durch Anspritzen einer Kunststoffschmelze an das Formteil (1), wobei am Formteil (1) vor dem Anspritzen der Kunststoffschmelze eine Kavität (10) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (10) durch einen zwischen den mindestens zwei Formelementen (4) im zusammengepressten Zustand verbleibenden Hohlraum gebildet wird, wobei der Hohlraum korrespondierende Abmessungen zum Funktionsteil (2) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (10) durch einen zwischen den mindestens zwei Formelementen (4) im teilweise geöffneten Zustand verbleibenden Hohlraum gebildet wird, wobei der Hohlraum korrespondierende Abmessungen zum Funktionsteil (2) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohling (5) eine Matte aus Naturfaser oder eine Matte aus einer Kombination aus Naturfasern und PP-Fasern verwendet wird.
  5. Vorrichtung zur Herstellung eines Naturfaser aufweisenden Formteils (1) mit einem an das Formteil (1) angeformten, Kunststoff aufweisenden Funktionsteil (2), gekennzeichnet durch mindestens zwei Formelemente (4), deren Prägeflächen (6) im Wesentlichen die Form des herzustellenden Formteils (1) und eine Ausnehmung (9) derart aufweisen, dass zwischen den mindestens zwei Formelementen (4) im zusammengepressten Zustand eine Kavität (10) verbleibt, deren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen des Funktionsteils (2) korrespondieren, sowie Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Kavität (10).
  6. Vorrichtung zur Herstellung eines Naturfaser aufweisenden Formteils (1) mit einem an das Formteil (1) angeformten, Kunststoff aufweisenden Funktionsteil (2), gekennzeichnet durch mindestens zwei Formelemente (4), deren Prägeflächen (6) die Form des herzustellenden Formteils (1) aufweisen, und Mittel zur exakten Positionierung der Formelemente (4) in einem teilweise geöffneten Zustand, wobei zwischen den mindestens zwei Formelementen (4) im teilweise geöffneten Zustand der Prägeflächen (6) eine Kavität (10) verbleibt, deren Abmessungen im Wesentlichen mit den Abmessungen des Funktionsteils (2) korrespondieren, sowie Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Kavität (10).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur exakten Positionierung der Formelemente (4) durch einen Werkzeugschieber (13) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Einspritzen einer Kunststoffschmelze eine Düse (8) sowie einen Kanal (7) aufweist, welcher mindestens eines der Formelemente (4) durchdringend ausbildet.
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