DE102013215023A1

DE102013215023A1 - Formteil, insbesondere Trägerbauteil eines Innenverkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Formteils

Info

Publication number: DE102013215023A1
Application number: DE201310215023
Authority: DE
Inventors: Reinhard Seidl
Original assignee: Antolin Straubing GmbH
Current assignee: Antolin Straubing GmbH
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formteil, insbesondere Trägerbauteil (2) eines Innenverkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, welches flächig ausgeführt ist, und eine plane und/oder dreidimensionale Kontur aufweist, wobei das Formteil aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und einen umlaufenden Bauteilrand (4) aufweist. Das Formteil soll derart weitergebildet werden, dass es einfach herstellbar, qualitativ hochwertig ist und dass das hergestellte Formteil insbesondere eine hohe Maßhaltigkeit aufweist. Um dies zu erreichen weist der Bauteilrand (4) eine Anzahl erster und zweiter Randbereiche (11, 12) auf, wobei die zweiten Randbereiche (11) mit Strukturen ausgebildet sind. Die im Kunststoff eingebetteten Fasern im Bereich der Strukturen (9) im zweiten Randbereich besitzen eine abweichende Faserorientierung im Vergleich zu den eingebetteten Fasern in den benachbarten ersten Randbereichen (12). Aus diesem Grund können sich die Spannungen im Bauteil leichter abbauen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formteil, insbesondere ein Trägerbauteil eines Innenverkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Formteils.
Formteile werden als Trägerbauteile für Innenverkleidungsteile von Kraftfahrzeugen eingesetzt und werden beispielsweise in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. In weiteren Verfahrensschritten können diese Formteile als Instrumententafeln, Mittelkonsolen, Türinnenverkleidungen, Dachhimmel weiterverarbeitet werden. Mittlerweile werden im Automobilbau für diese Formteile hauptsächlich faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Dieser Faser-Kunststoff-Verbund ist ein Werkstoff, der aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix besteht. Faser-Kunststoff-Verbunde weisen hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten auf.
Die Formteile bzw. die Innenverkleidungsteile sind flächig ausgeführt und weisen eine plane oder durch das jeweilige Design vorgegebene dreidimensionale Kontur auf. Des Weiteren sind beispielsweise Durchbrüche, Ausnehmungen für Baugruppen, Bedienelemente, Elektronikkomponenten etc. vorgesehen. Wie bereits oben stehend beschrieben, werden die Formteile in einem Spritzgießverfahren aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt. Derartige Kunststoffe sind beispielsweise thermoplastische Kunststoffe wie Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Blends usw.. Als Verstärkungsfasern werden beispielsweise Glasfasern, Langglasfasern, Kohlenstofffasern eingesetzt. Bei der Verarbeitung dieser Konstruktionsmaterialien im Spritzgießverfahren, insbesondere bei der Herstellung von oben genannten Formteilen, kommt es allerdings beim fertiggestellten Trägerbauteil häufig zum Verzug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es unter einem ersten Aspekt daher, ein Formteil für ein Innenverkleidungsteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff derart weiterzubilden, dass es einfach herstellbar, qualitativ hochwertig ist und dass das hergestellte Formteil insbesondere eine hohe Maßhaltigkeit aufweist.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es eine Aufgabe ein Spritzgusswerkzeug anzugeben, mit dem ein qualitativ hochwertiges und maßhaltiges Formteil aus einem faserverstärkten Kunststoff in einem Spritzgießverfahren herstellbar ist.
Diese Aufgabe unter einem ersten Aspekt wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Aufgabe unter einem weiteren Aspekt wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei von im Spritzgießverfahren hergestellten Kunststoff faserverstärkten Formteilen, insbesondere bei glasfaserverstärkten Bauteilen in den Randschichten eine hohe Schwindungsanisotropie auftritt. An Bauteilkanten stellt sich beim Spritzgießen ein Faserorientierungstensor von nahezu 1,0 ein. Das bedeutet, dass an den Bauteilrändern bzw. Kanten ein hoher Orientierungsgrad erfolgt und die Fasern sich nahezu parallel zu dem Bauteilrand bzw. der Bauteilkante ausrichten. Der hohe Orientierungsgrad an den Bauteilrändern wirkt stark verzugsfördernd, weil die Schwindung in einer Richtung blockiert wird. Der üblicherweise auftretende Verzug im Formteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass der Bauteilrand sowie vorzugsweise alle im Bauteil angeordneten Randbereiche die Ausnehmungen, Durchbrüche usw. begrenzen mit Strukturen versehen sind, die eine Richtungsänderung der Fasern bewirken.
Diese Strukturen sind in einer bevorzugten Ausführungsform als Kerben, Rillen, Schnitte, Sicken, Erhebungen, Ausdünnungen, Abflachungen oder dergleichen ausgeführt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Formteils, insbesondere Trägerbauteils eines Innenverkleidungselementes für Kraftfahrzeuge ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Formteils werden nachfolgend anhand der Herstellung einer Instrumententafel beispielshalber beschrieben, wobei veranschaulichend auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines als Trägerbauteil für eine Instrumententafel ausgeführtes Formteil,
2 einen Ausschnitt eines Bauteilrandes eines Formteils mit Kerben und mit keilförmigen Ausdünnungen,
2a der Ausschnitt gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht,
3 einen Ausschnitt eines Bauteilrandes eines Formteils mit Schlitzen und rechteckigen Ausdünnungen; und
3a der Ausschnitt gemäß 3 in einer perspektivischen Ansicht.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Instrumententafel 1 als Innenverkleidungsteil umfassend ein erfindungsgemäßes Trägerbauteil 2. Derartige Innenverkleidungsteile für Kraftfahrzeuge sind in der Regel als Verbundbauteile ausgeführt und bestehen aus einem mehrschichtigen Aufbau. Auf dem Trägerbauteil 2 ist üblicherweise eine sichtseitig zum Fahrzeuginnenraum weisende Dekorschicht 3 angeordnet, wobei zur Verbesserung der Haptik zwischen Trägerbauteil 2 und Dekorschicht 3 eine Schaumschicht vorgesehen ist. Die Herstellung dieses Innenverkleidungsteils erfolgt zum Beispiel in einem Hinterschäumverfahren.
Das Trägerbauteil 2 selbst wird dabei in einem separaten Verfahrensschritt aus einem Kunststoffmaterial in einem bekannten Spritzgießverfahren hergestellt. Das Trägerbauteil 2, welches die Rückseite des Innenausstattungsteils bildet, besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff. Bei diesem Werkstoff aus einem Faser-Kunststoff-Verbund können als Kunststoffe thermoplastische Kunststoffe wie beispielsweise Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Blends eingesetzt werden. Als Verstärkungsfasern werden beispielsweise Glasfasern, Kohlestofffasern verwendet.
Zur Herstellung des Trägerbauteils 2 wird dabei ein Spritzgießwerkzeug, welches eine obere und untere Werkzeughälfte umfasst, eingesetzt. Bei diesem bekannten Spritzgießverfahren, welches zeichnerisch nicht dargestellt ist, werden in einem ersten Verfahrensschritt die Werkzeughälften (Ober- und Unterwerkzeug) zusammengefahren, so dass eine geschlossene Kavität entsteht. In die Kavität wird anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt mittels einer Anzahl Einspritzdüsen der plastifizierte faserverstärkte Kunststoff eingespritzt. Das Ausbilden des Trägerbauteils 2 erfolgt bei hohen Temperaturen (materialabhängig beispielsweise bei Polypropylen bei 240 Grad) und einem Druck, der in Abhängigkeit des Materials, des Fließweges und der Wandstärke ausgewählt wird (bei Polypropylen ca. 600 bar). Hierdurch verteilt sich der Kunststoff in der Kavität. Das Ober.- und/oder Unterwerkzeug ist dabei an den am Strukturbauteil auszubildenden Bauteilrändern, Randbereichen von Ausnehmungen und Durchbrüchen mit Strukturen ausgeführt, die beim oben beschriebenen Spritzgießen an den herzustellenden Bauteilrändern und oder Randbereichen im Bereich der Strukturen eine Richtungsänderung der im fließfähigen Kunststoff eingebetteten Fasern in Bezug auf eine Ausrichtung der Fasern in benachbarten Bereichen der Strukturen im Randbereich bewirken. Hierdurch wird der Bauteilrand des Trägerbauteils mit Strukturen ausgebildet, die anhand der weiteren 2, 2a, 3, 3a näher gezeigt und erläutert werden. Der derart ausgestaltete Bauteilrand wird nach einem Abkühlen und Herausnehmen des hergestellten Trägerbauteils aus dem Spritzgießwerkzeug abgetrennt.
Das in der 1 dargestellte Trägerbauteil 2 ist als flächiges Formteil ausgestaltet, und weist eine durch das jeweilige Design vorgegebene dreidimensionale Oberflächengestaltung auf. Das Trägerbauteil besitzt einen umlaufenden Bauteilrand 4 und weist eine Anzahl von Ausnehmungen 5 und randseitigen Einbuchtungen 6 bzw. Ausbuchtungen 6 und angeformte Montageflächen auf. Diese Ausnehmungen 5, Einbuchtungen 6 bzw. Ausbuchtungen 6 und angeformte Montageflächen dienen zur Montage und Integration unterschiedlicher Komponenten, Bauteile etc. wie beispielsweise Elektronikkomponenten, Lüftungsdüsen, Airbageinheiten usw.. Diese Komponenten, Bauteile etc. sind in der 1 nicht dargestellt.
Der Bauteilrand 4 ist mit Strukturen 9 versehen, die nachfolgend anhand der 2, 2a, 3, 3a näher beschrieben sind. Die Strukturen 9 sind ausgehend vom Bauteilrand in das Trägerbauteil 2 eingebracht. Vorzugsweise sind die Strukturen 9 regelmäßig beabstandet in den Bauteilrand eingebracht. Die Strukturen 9 sind in der 1 zeichnerisch nicht dargestellt. Als Strukturen 9 werden Kerben, Rillen, Schnitte, Sicken, Erhebungen, Abflachungen, Ausdünnungen verstanden.
Die 2 und 2a zeigen einen Ausschnitt eines Bauteilrands 4 des in 1 dargestellten Trägerbauteils 2. Aus den Figuren ist ersichtlich, dass der Bauteilrand erste und zweite Randbereiche 11, 12 aufweist. Erste Randbereiche des Bauteilrandes 12 weisen hierbei keine Struktur auf, die zweiten Randbereiche 11 sind mit den Strukturen 9 ausgeführt. Wesentlich ist, dass die Strukturen 9 derart ausgeführt sind, dass die Kontur des Bauteilrandes 4 mindestens in einer Richtung unterbrochen wird. Dies kann durch unterschiedliche Strukturen erfolgen, beispielsweise auch durch eine Reduzierung der Wandstärke im zweiten Bereich. Hierdurch erfahren die Fasern beim oben beschriebenen Spritzgießprozess längs des Bauteilrandes 4 im Vergleich zum ersten Randbereich 12 eine Richtungsänderung, wodurch sich die Spannungen im Randbereich des Bauteils besser abbauen können. Die ersten und zweiten Randbereiche können sich wie es im Ausschnitt der 3 und 4 dargestellt ist regelmäßig abwechseln. Es können allerdings auch Randbereiche des Bauteilrandes ausgeführt sein, die nur in unregelmäßigem Abstand einen zweiten Randbereich aufweisen. Es ist aus der 2, 2a zu erkennen, dass die Strukturen 9 als Kerben 10 oder als dreieckig ausgestaltete Abflachungen/ Ausdünnungen 10‘ ausgeführt sind. Die Kerben 10 sind hier ausgehend von dem Bauteilrand 4 in das Trägerbauteil 2 eingebracht und sind zackenförmig in einen Nutgrund N spitz zulaufend ausgeführt. Wie es aus den Zeichnungen weiterhin zu ersehen ist, sind die Kerben 9 durchgehend ausgeführt, der Bauteilrand wird in dem Bereich vollständig ausgespart. Die auf der rechten Seite der Zeichnung dargestellten Kerben 10‘ sind nicht durchgehend ausgeführt. Hier sind die Kerben 10‘ als dreieckige Ausdünnungen des Bauteilrandes ausgestaltet. Aus der perspektivischen Darstellung der 2a kann man erkennen, dass der Bauteilrand 4 im Bereich der Kerbe 10‘ nicht durchgängig ausgespart ist. Der Bauteilrand 4 besitzt im Bereich der Kerbe 10‘ eine geringere Materialdicke M‘, als im benachbarten Bauteilrand des ersten Bereichs 12 (Materialdicke M). Es ist selbstverständlich, dass die Form und Größe der an den Randbereichen 4 angeordneten Strukturen unterschiedlich ausgeführt sein kann.
In den 3, 3b sind beispielhaft in einer bevorzugten Ausgestaltung rechteckig ausgeführte Kerben 14, 14‘ dargestellt. Wie bereits obenstehend beschrieben, sind die Kerben 14 als durchgehend in den Bauteilrand eingebrachte rechteckige Ausschnitte ausgeführt. Die Kerben 14‘ sind als rechteckig ausgestaltete Ausdünnungen ausgestaltet, die den Bauteilrand in diesem Bereich lediglich hinsichtlich der Materialstärke reduzieren. Es sind selbstverständlich auch beliebig andere Querschnittsformen für die Kerben oder Ausdünnungen möglich. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Strukturen auch als Rillen, Sicken, Erhebungen ausgestaltet sein.
Die Bauteilränder der Ausnehmungen 5, Durchbrüchen und Montageflächen können ebenfalls mit den zuvor beschriebenen Strukturen 9 ausgeführt sein.
Wie in der Beschreibungseinleitung bereits erläutert, werden die zuvor beschriebenen Formteile im Kraftfahrzeuginnenraum für Innenverkleidungsteile beispielsweise für die Instrumententafel eingesetzt. Weitere Innenverkleidungsteile sind auch Türverkleidungselemente, sowie alle Elemente, die zur Verkleidung des Innenraums des Kraftfahrzeugs an der Fahrzeugstruktur oder an mit der Fahrzeugstruktur verbundenen Elementen befestigt sind.

Claims

Formteil, insbesondere Trägerbauteil (2) eines Innenverkleidungsteils für ein Kraftfahrzeug, welches flächig ausgeführt ist, und eine plane und/oder dreidimensionale Kontur aufweist, wobei das Formteil aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und einen umlaufenden Bauteilrand (4) aufweist, und wobei der Bauteilrand (4) eine Anzahl erster und zweiter Randbereiche (11, 12) aufweist, und die zweiten Randbereiche (12) mit eine Richtungsänderung aufweisende Strukturen (9) ausgebildet sind, und wobei die im Kunststoff eingebetteten Fasern im Bereich der Strukturen (9) im zweiten Randbereich eine abweichende Faserorientierung besitzen im Vergleich zu den eingebetteten Fasern in den benachbarten ersten Randbereichen (11).
Formteil nach Anspruch 1, wobei das Trägerbauteil (2) weiterhin eine Anzahl von Ausnehmungen, Durchbrüchen und/oder Montageflächen aufweist, die von ersten und zweiten Randbereichen begrenzt sind.
Formteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strukturen als Kerben (10), Schnitte (104), Rillen, Sicken, Erhebungen, Abflachungen bzw. Ausdünnungen (10‘, 14‘) oder dergleichen ausgeführt sind.
Formteil nach Anspruch 3, wobei die Strukturen (9) ausgehend vom Bauteilrand (4) in das Trägerbauteil (2) eingebracht bzw. aufgebracht sind.
Formteil nach Anspruch 3, wobei die Strukturen (9) einen dreieckigen, rechteckigen, halbrunden Querschnitt aufweisen.
Formteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der faserverstärkte Kunststoff aus einer Kunststoffmatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise einem Polypropylen (PP) und/oder Polyamid (PA) und/oder Polycarbonat (PC) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und einer Verstärkungsfaser aus Glas, Langglas oder Kohlenstoff besteht.
Spritzgusswerkzeug mit einem Ober und Unterwerkzeug die eine Kavität zum Formen eines Strukturbauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff bilden, wobei das Spritzgusswerkzeug eine Anzahl Einspritzkanäle zum Einspritzen von fließfähigem faserverstärktem Kunststoffmaterial aufweist, und wobei das Ober.- und/oder Unterwerkzeug an den am Trägerbauteil (2) auszubildenden Bauteilrändern (4), Randbereichen von Ausnehmungen und Durchbrüchen mit Strukturen ausgeführt ist, die beim Spritzgießen an den vorgenannten Bauteilrändern (4) und oder Randbereichen im Bereich der Strukturen eine Richtungsänderung der im fließfähigen Kunststoff eingebetteten Fasern in Bezug auf eine Ausrichtung der Fasern in benachbarten Bereichen der Struktur bewirken.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 7, wobei die Strukturen als Sicken und/oder Rillen und/oder Nuten ausgeführt sind, die an den Randbereichen (4) des Trägerbauteils (2) sowie an den Bauteilrändern des Trägerbauteils eine Vielzahl von Strukturen (9) wie vorzugsweise Einkerbungen, Einschnitten, Ausdünnungen, Sicken, Erhebungen oder dergleichen bewirken.