DE102012007547A1

DE102012007547A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils und ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102012007547A1
Application number: DE201210007547
Authority: DE
Inventors: Christian Arend; Jonas Weber
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-04-14
Filing date: 2012-04-14
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils mit einer Metallkomponente sowie einer Kunststoffkomponente. Hierzu wird zunächst in einer ersten Funktionsstellung zwischen dem ersten Werkzeugteil (1) und dem zweiten Werkzeugteil eine Kavität eingeschlossen, in welche eine Metallkomponente durch einen Angusskanal in dem ersten Werkzeugteil (1) zugeführt wird. Nach der Abkühlung bzw. Erstarrung der Metallkomponente wird das zweite Werkzeugteil entfernt, wobei die erstarrte Metallkomponente in dem ersten Werkzeugteil (1) verbleibt. Anschließend wird an dem die Metallkomponente aufnehmenden ersten Werkzeugteil (1) ein gegenüber dem zweiten Werkzeugteil modifiziertes drittes Werkzeugteil (7) fixiert, welches unter Einschluss der erstarrten Metallkomponente eine von der ersten Kavität abweichende zweite Kavität begrenzt. Dadurch entsteht zwischen der Metallkomponente und dem dritten Werkzeugteil (7) ein Zwischenraum, in welchen die Kunststoffkomponente als Schmelze durch einen Angusskanal in dem dritten Werkzeugteil (7) zugeführt wird. Auf diese Weise kann das Hybridformteil (12) mit einem einzigen Werkzeug erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest eine Metallkomponente sowie zumindest eine Kunststoffkomponente aufweisenden Hybridformteils mittels eines als Spritzgusswerkzeug oder Druckgusswerkzeug ausgeführten Werkzeugs mit mehreren Werkzeugteilen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein als Spritzgusswerkzeug oder Druckgusswerkzeug ausgeführtes Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus zumindest zwei relativ zueinander in unterschiedlichen Funktionsstellungen festlegbaren Werkzeugteilen und mit zumindest einer zwischen den Werkzeugteilen vorgesehenen Trennebene, wobei die Werkzeugteile mindestens eine Kavität für die Ausformung eines Formteils aufweisen, und mit mindestens einem Angusskanal zur Zuführung der Schmelze.
Inder Praxis werden Spritzgießwerkzeuge sowohl für Kunststoffteile aus Thermoplasten als auch für die Herstellung von Formteilen aus flüssigem Metall eingesetzt. Im letzteren Fall wird das zur Anwendung kommende Spritzgießverfahren als Druckgussverfahren bezeichnet, bei dem flüssiges Metall mit starkem Druck durch eine Düse in Dauerform gespritzt oder gepresst wird.
Aus der DE 44 36 185 A1 ist ein Spritzgieß- oder Druckgusswerkzeug bekannt, bestehend aus einer festen und mindestens einer beweglichen Werkzeughälfte mit zwischen den beiden Werkzeughälften vorgesehener Trennebene, in deren Bereich mindestens eine Kavität für die Ausformung eines Formteils vorgesehen ist.
In der DE 198 18 590 C2 wird eine Ölwanne mit Dichtfläche zum abdichtenden Anschluss an eine benachbarte Motorgehäusestruktur beschrieben, die einen die Dichtflächen aufweisenden Dichtungsflansch aus Metallmaterial und einen daran angespritzten Wandungsbereich aus Kunststoffmaterial aufweist. Nachteilig ist dabei deren aufwändige Herstellung, bei der zuerst der Gitterrahmen aus Metall hergestellt werden muss, bevor in einem weiteren Herstellungsschritt der Wandungsbereich der Ölwanne aus Kunststoff angespritzt wird.
Aus der EP 0 370 342 B1 ist ein als Träger im Kraftfahrzeug einsetzbares Leichtbauteil in Hybridbauweise bekannt, das einen aus Metall bestehenden, schalenförmigen Grundkörper aufweist, in dessen Innenraum Verstärkungsrippen angeordnet sind. Die Verstärkungsrippen bestehen aus eingespritztem Kunststoff und sind mit dem Metallgrundkörper an mehreren Stellen verbunden, indem der Kunststoff im Metallteil angeordnete Durchbrüche durchsetzt und über die Flächen der Durchbrüche hinausreicht.
Die EP 0 672 576 B1 beschreibt eine in eine Fahrzeugkarosserie einmontierbare Baueinheit für den Stirnwand- und Cockpitbereich eines Personenkraftwagens. Die Baueinheit ist in ihrer tragenden Substanz aus zwei Verbundbauteilen gebildet, die jeweils aus tiefgezogenem Blech und daran angespritztem Kunststoff bestehen.
Aus der DE 102 40 395 A1 ist ein Querträger für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem Anschlusselemente für verschiedene Komponenten direkt an den Querträger im Bereich eines als Kunststoff-Metall-Hybridbauteil ausgebildeten Rohrbogens im Kunststoff-Spritzgussverfahren angespritzt werden.
Weiterhin offenbart die DE 200 08 201 U1 einen Querträger in Hybridbauweise.
Nachteilig bei allen vorstehend beschriebenen Verfahren ist der mit der Herstellung der Hybridformteile verbundene Aufwand, welcher insbesondere aus der Vielzahl der Verfahrensschritte sowie aus dem Einsatz der an die Metallkomponente einerseits sowie an die Kunststoffkomponente andererseits angepassten unterschiedlichen Werkzeuge resultiert.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils der eingangs genannten Art wesentlich zu vereinfachen. Weiterhin soll ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Werkzeug geschaffen werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem in einem ersten Schritt zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil eine Kavität eingeschlossen wird, welcher die Metallkomponente als Schmelze zugeführt wird und dass anschließend unter Einschluss der in dem ersten Werkzeugteil erstarrten Metallkomponente eine von der ersten Kavität abweichende zweite Kavität durch eine Änderung der Relativposition des zweiten Werkzeugteils oder mittels eines dritten Werkzeugteils begrenzt und die Kunststoffkomponenten als Schmelze der zweiten Kavität zugeführt werden. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise die Herstellung des Hybridformteils in einem als Kombinationswerkzeug ausgeführten mehrteiligen Werkzeug ermöglicht. Die in der ersten Funktionsstellung des Werkzeugs begrenzte Kavität wird dabei vollständig von der zugeführten Metallschmelze, beispielsweise eine Leichtmetallschmelze ausgefüllt, die nach der Erstarrung nicht aus dem Werkzeug entfernt wird. Vielmehr wird eine zweite Funktionsstellung des Werkzeugs eingestellt, mit einer gegenüber der ersten Kavität erweiterten Kavität, die zugleich die erstarrte Metallkomponente als Zwischenerzeugnis einschließt. Anschließend wird die Kunststoffkomponente ebenfalls als Schmelze zugeführt und erstarrt in der Kavität, wobei es zu der gewünschten dauerhaften Verbindung der Metall- und der Kunststoffkomponenten zu einem Hybridformteil kommt. Das nach dem Stand der Technik erforderliche Entformen und erneute Einlegen der Metallkomponenten entfällt dabei, wodurch nicht nur der Handhabungs- und Transportaufwand wesentlich reduziert wird, sondern zudem auch die erzielbare Fertigungsgenauigkeit verbessert wird, weil eine erneute Positionierung entfällt. Durch den so realisierten integrierten Prozess lassen sich auch komplexe Geometrien, beispielsweise Getriebegehäuse erzeugen, die nach dem Stand der Technik nicht realisierbar waren. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll die Kunststoffkomponente auch Kautschuk und daraus abgeleitete Stoffe umfassen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird auch dadurch erreicht, dass nach der Zuführung und der Erstarrung der Metallschmelze zumindest ein Werkzeugteil in einer neuen Position festgelegt oder entfernt wird, sodass die zweite Kavität durch ein drittes Werkzeugteil und die erstarrte Metallkomponente begrenzt ist. Indem die erstarrte Metallkomponente allein durch das erste Werkzeugteil gehalten ist, kann der zweite Werkzeugteil in seiner Geometrie verändert werden, indem entweder ein drittes Werkzeugteil von dem zweiten Werkzeugteil getrennt oder eine abweichende Relativposition des zweiten Werkzeugteils eingestellt wird. Hierzu können die Werkzeugteile beweglich miteinander verbunden werden, sodass die verschiedenen Kavitäten automatisiert erzeugt werden können. Selbstverständlich ist das Hybridformteil nicht auf zwei Komponenten beschränkt. Vielmehr können der jeweils erzeugten Kavität auch mehrere Komponenten zugeführt werden. Zudem können problemlos auch weitere Kavitäten dargestellt werden.
Vorteilhaft erweist es sich zudem auch, wenn die Schmelze der zumindest einen Metallkomponente sowie die Schmelze der zumindest einen Kunststoffkomponente durch verschiedene Angusskanäle zugeführt werden, sodass die Angusskanäle auf den jeweils erforderlichen Schmelzestrom optimal angepasst werden können und zudem Verunreinigungen der einzelnen Komponenten durch Rückstände anderer Komponenten vermieden werden.
Die zweitgenannte Aufgabe, ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkzeug zwei Funktionsstellungen aufweist, wobei in einer ersten Funktionsstellung eine erste Kavität zur Aufnahme der Schmelze der Metallkomponente einstellbar ist und in der zweiten Funktionsstellung eine abschnittsweise durch die erstarrte Schmelze der Metallkomponente begrenzte, von der ersten Kavität abweichende zweite Kavität zur Aufnahme der Schmelze der Kunststoffkomponente einstellbar ist. Indem an dem Werkzeug zumindest zweit unterschiedliche Kavitäten einstellbar sind, kann zunächst eine erste Kavität, welche die Metallschmelze aufnimmt und nach deren Erstarrung eine veränderte, insbesondere erweiterte Kavität eingestellt werden, welche die Metallkomponente einschließt und in welcher die anschließend zugeführten Kunststoffschmelze mit der erstarrten Metallkomponenten verbunden werden.
Insbesondere erweist es sich dabei als vorteilhaft, wenn das Werkzeug einen ersten Werkzeugteil aufweist, welcher gemeinsam mit einem zweiten Werkzeugteil eine erste Kavität einschließt und dass das erste Werkzeugteil gemeinsam mit einem dritten Werkzeugteil eine gegenüber der ersten Kavität erweiterte zweite Kavität einschließt, sodass durch einen alternativen Einsatz des zweiten oder des dritten Werkzeugteils ein multifunktionales Werkzeug geschaffen wird, welches nicht nur einerseits als Spritzgusswerkzeug und andererseits als Druckgusswerkzeug Anwendung findet, sondern zudem auch unterschiedliche Kavitäten ermöglicht, die bereits erzeugte Zwischenerzeugnisse einschließen.
Das Werkzeug kann so gestaltet sein, dass das zweite und das dritte Werkzeugteil gemeinsam die erste Kavität begrenzen, sodass die erweiterte zweite Kavität durch eine Verlagerung oder Entfernung des dritten Werkzeugteils erreicht wird. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn ein erstes Werkzeugteil gemeinsam mit einem alternativ an dem ersten Werkzeugteil fixierbaren dritten Werkzeugteil eine weitere Kavität begrenzt, in welche die Kunststoffkomponente zuführbar ist. Das Werkzeug kann so in einfacher und wirtschaftlicher Weise realisiert werden. Zugleich erfordert die Änderung der Kavitäten lediglich den Austausch des entsprechenden Werkzeugteils.
Hierzu eignen sich beispielsweise Ausführungsformen, bei denen das zweite Werkzeugteil oder das dritte Werkzeugteil beweglich, insbesondere schwenkbeweglich mit dem ersten Werkzeugteil verbunden ist, sodass die alternative Verbindung der Werkzeugteile untereinander in einfacher Weise mittels eines Stellmittels realisiert werden kann. Die bewegliche Anordnung kann entsprechend der jeweiligen konstruktiven Gestaltung des Werkzeugs durch eine Schiebeführung oder durch ein Gelenk erreicht werden. Dabei sind ferner auch solche Varianten denkbar, bei denen mehrere verschiedene Werkzeugteile zu einer gemeinsamen Baueinheit verbunden sind, sodass die jeweilige Zuordnung durch eine Änderung der Orientierung ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist das Werkzeug so ausgeführt, dass das erste Werkzeugteil einen Angusskanal für eine Schmelze der Metallkomponente und das zweite oder das dritte Werkzeugteil einen Angusskanal für eine Schmelze der Kunststoffkomponente aufweist. Hierdurch kann der jeweilige Angusskanal optimal an die jeweiligen Anforderungen der unterschiedlichen Schmelzeströme angepasst werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist nicht auf Spritzgusswerkzeuge oder Druckgusswerkzeuge beschränkt. Vielmehr sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff des Werkzeugs auch Spritzgieß-, Press- sowie Druckgusswerkzeuge verstanden werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer geschnittenen Seitenansicht in
1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit zweit Werkzeugteilen in einer ersten Funktionsstellung;
2 das in 1 gezeigte erste Werkzeugteil mit einer die erstarrte Metallkomponente aufnehmenden Kavität;
3 das Werkzeug nach dem Austausch eines Werkzeugteils in einer zweiten Funktionsstellung;
4 das Werkzeug in einer zur Entnahme eines Hybridformteils geöffneten Stellung;
5 ein weiteres Hybridformteil mit einer innenliegenden Kunststoffkomponente;
6 ein weiteres Hybridformteil mit einer außenliegenden Kunststoffkomponente.
Das erfindungsgemäße Werkzeug sowie das Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils 12 werden nachstehend zunächst anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Wie in 1 zu erkennen, wird in einer ersten Funktionsstellung zwischen dem ersten Werkzeugteil 1 und dem zweiten Werkzeugteil 2 eine Kavität 3 eingeschlossen, welcher eine Metallkomponente 4 in Pfeilrichtung 5 als Schmelze durch einen Angusskanal 6 in dem ersten Werkzeugteil 1 zugeführt wird.
Nach der Abkühlung bzw. Erstarrung der Metallkomponente 4 wird das zweite Werkzeugteil aus dem Arbeitsbereich in eine nicht gezeigte Ruhestellung bewegt, wobei die erstarrte Metallkomponente 4 in dem ersten Werkzeugteil 1 verbleibt, wie dies in 2 erkennbar ist.
Anschließend wird an dem die Metallkomponente 4 aufnehmenden ersten Werkzeugteil 1 ein gegenüber dem zweiten Werkzeugteil modifiziertes drittes Werkzeugteil 7 fixiert, welches unter Einschluss der erstarrten Metallkomponente 4 eine von der ersten Kavität 3 abweichende zweite Kavität 8 begrenzt. Dadurch entsteht zwischen der Metallkomponente 4 und dem dritten Werkzeugteil 7 ein Zwischenraum, in welchen die Kunststoffkomponente 9 als Schmelze in Pfeilrichtung 10 durch einen Angusskanal 11 in dem dritten Werkzeugteil 7 zugeführt wird, wie dies in 3 dargestellt ist.
Abschließend ist in 4 noch die Entformung des so erzeugten Hybridformteils 12 durch eine Trennung des dritten Werkzeugteils 7 von dem ersten Werkzeugteil 1 dargestellt.
In 5 ist ein weiteres, als Hohlkörper ausgeführtes Hybridformteil 13 dargestellt, bei dem die Kunststoffkomponente 9 von der Metallkomponente 4 eingeschlossen ist. Demgegenüber ist bei der in 6 gezeigten Variante eines ähnlichen Hybridformteils 14 umgekehrt die Metallkomponente 4 von der Kunststoffkomponente 9 eingeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugteil
2: Werkzeugteil
3: Kavität
4: Metallkomponente
5: Pfeilrichtung
6: Angusskanal
7: Werkzeugteil
8: Kavität
9: Kunststoffkomponente
10: Pfeilrichtung
11: Angusskanal
12: Hybridformteil
13: Hybridformteil
14: Hybridformteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4436185 A1 [0003]
DE 19818590 C2 [0004]
EP 0370342 B1 [0005]
EP 0672576 B1 [0006]
DE 10240395 A1 [0007]
DE 20008201 U1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines zumindest eine Metallkomponente (4) sowie zumindest eine Kunststoffkomponente (9) umfassenden Hybridformteils (12, 13, 14) mittels eines als Spritzgusswerkzeug oder Druckgusswerkzeug ausgeführten Werkzeugs mit mehreren Werkzeugteilen (1, 2, 7), wobei in einem ersten Schritt zwischen dem ersten Werkzeugteil (1) und dem zweiten Werkzeugteil (2) eine erste Kavität (3) eingeschlossen wird, in welche die Metallkomponente (4) als Schmelze zugeführt wird, und dass anschließend unter Einschluss der erstarrten Metallkomponente (4) mit dem ersten Werkzeugteil (1) eine von der ersten Kavität (3) abweichende zweite Kavität (8) durch eine Änderung der Position des zweiten Werkzeugteils (2) oder mittels eines dritten Werkzeugteils (7) begrenzt wird und die Kunststoffkomponenten (9) als Schmelze der zweiten Kavität (8) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zuführung und der Erstarrung der Schmelze der Metallkomponente (4) zumindest ein Werkzeugteil (2, 7) in einer neuen Position festgelegt oder entfernt wird, sodass die zweite Kavität (8) durch ein drittes Werkzeugteil (7) und die erstarrte Metallkomponente (4) begrenzt ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze der zumindest einen Metallkomponente (4) sowie die Schmelze der zumindest einen Kunststoffkomponente (9) durch verschiedene Angusskanäle (6, 11) zugeführt werden.
Ein als Spritzgusswerkzeug oder Druckgusswerkzeug ausgeführtes Werkzeug zur Herstellung eines Hybridformteils (12, 13, 14), umfassend zumindest zwei relativ zueinander in unterschiedlichen Funktionsstellungen festlegbare Werkzeugteile (1, 2, 7) und mit zumindest einer zwischen den Werkzeugteilen (1, 2, 7) vorgesehenen Trennebene, wobei die Werkzeugteile (1, 2, 7) mindestens eine Kavität (3, 8) für die Ausformung des Hybridformteils (12, 13, 14) aufweisen und mit mindestens einem Angusskanal (6, 11) zur Zuführung der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zwei Funktionsstellungen aufweist, wobei in einer ersten Funktionsstellung eine erste Kavität (3) zur Aufnahme der Schmelze der Metallkomponente (4) einstellbar ist und in der zweiten Funktionsstellung eine abschnittsweise durch die in dem ersten Werkzeugteil (1) erstarrte Schmelze der Metallkomponente (4) begrenzte, von der ersten Kavität (3) abweichende zweite Kavität (8) zur Aufnahme der Schmelze der Kunststoffkomponente (9) einstellbar ist.
Werkzeug nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug einen ersten Werkzeugteil (1) aufweist, welcher gemeinsam mit einem zweiten Werkzeugteil (2) eine erste Kavität (3) einschließt und dass das erste Werkzeugteil (1) gemeinsam mit einem dritten Werkzeugteil (7) die gegenüber der ersten Kavität (3) erweiterte zweite Kavität (8) einschließt.
Werkzeug nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugteil (2) und/oder das dritte Werkzeugteil (7) beweglich, insbesondere schwenkbeweglich mit dem ersten Werkzeugteil (1) verbunden sind.
Werkzeug nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (1) einen Angusskanal (6) für eine Schmelze der Metallkomponente (4) aufweist und das zweite Werkzeugteil (2) und/oder das dritte Werkzeugteil (7) einen Angusskanal (11) für eine Schmelze der Kunststoffkomponente (9) aufweist.