DE102014208421A1

DE102014208421A1 - Process for the preparation of a hybrid component

Info

Publication number: DE102014208421A1
Application number: DE102014208421.0A
Authority: DE
Inventors: Christine Schütz; Jörg Hain
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches eine Metallfolie (3) und ein Trägerteil (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält. Das Trägerteil (4) ist stoffschlüssig mit der Metallfolie (3) verbunden und weist auf einer der Metallfolie (3) abgewandten Rückseite zumindest eine Versteifungsrippe (9) auf. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte: • Einlegen der Metallfolie (3) in eine geöffnete Kavität (14) eines Spritzgusswerkzeuges (15), • Schließen der Kavität (14) des Spritzgusswerkzeuges (15) und Hinterspritzen der Metallfolie (3) durch vollständige Füllung der Kavität (14) mit einer mit einem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze (17), • partielles Vergrößern der Kavität (14) im Anschluss an die vollständige Füllung der Kavität (14) durch eine Bewegung zumindest eines Werkzeugkernes (19) des Spritzgusswerkzeuges (15), wobei das in der Thermoplastschmelze (17) enthaltene Treibmittel durch eine Druckreduktion in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen (21) eine Schaumbildung auslöst und sich eine die Versteifungsrippe (9) bildende Schaumstruktur (11) in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen (21) ausprägt, • Öffnen der Kavität (14) und Entnahme des hergestellten Hybridbauteiles (2).The invention relates to a method for producing a hybrid component (2), in particular for a motor vehicle, which contains a metal foil (3) and a carrier part (4) made of a thermoplastic material. The carrier part (4) is integrally connected to the metal foil (3) and has on one of the metal foil (3) facing away from back at least one stiffening rib (9). According to the invention, the method comprises the following method steps: inserting the metal foil into an opened cavity of an injection molding tool, closing the cavity of the injection mold and closing the metal foil by complete filling the cavity (14) with a thermoplastic melt (17) laden with a propellant, • partial enlargement of the cavity (14) following complete filling of the cavity (14) by movement of at least one tool core (19) of the injection mold (15), wherein the blowing agent contained in the thermoplastic melt (17) triggers foaming by a pressure reduction in the partially enlarged Kavitätsbereichen (21) and a foam structure (11) forming the stiffening rib (9) in the partially enlarged Kavitätsbereichen (21), • opening the Cavity (14) and removal of the manufactured hybrid component (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches eine Metallfolie und ein Trägerteil aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält. Außerdem betrifft die Erfindung ein Hybridbauteil und ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridbauteil, welches gemäß dem Verfahren hergestellt wurde. The invention relates to a method for producing a hybrid component, in particular for a motor vehicle, which contains a metal foil and a carrier part made of a thermoplastic material. Moreover, the invention relates to a hybrid component and a motor vehicle with a hybrid component, which was produced according to the method.

Aus der DE 10 2004 062 331 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines als Hitzeschild ausgebildeten Hybridbauteiles, welches aus einer Metallfolie und einem skelettartigen Trägerteil aus Kunststoff besteht, bekannt. Hierbei wird zunächst eine Metallfolie zwischen zwei Werkzeughälften eines Spritzgusswerkzeuges eingelegt. Die beiden Werkzeughälften definieren im geschlossenen Zustand eine netzartig ausgebildete Kavität mit untereinander verbundenen Kanälen. Die einander zugeordneten Formoberflächen der Werkzeughälften weisen ineinanderpassende reliefartige Prägestrukturen auf. Beim Zufahren der Werkzeughälften wird die Metallfolie umgeformt und erhält durch die Formoberflächen eine Prägestruktur. Sobald das Spritzgusswerkzeug geschlossen und die Metallfolie zwischen den reliefartigen Formoberflächen eingespannt ist, wird Kunststoff in die Kanäle eingespritzt. Nachdem der Kunststoff ausreichend ausgehärtet ist, ist das skelettartige Trägerteil stoffschlüssig mit der Metallfolie verbunden und wird aus dem Spritzgusswerkzeug entnommen. Eine Ausgestaltung des offenbarten Verfahrens sieht vor, dass das Trägerteil im Thermoplast-Schaumspritzgießen hergestellt wird. From the DE 10 2004 062 331 A1 is already a method for producing a designed as a heat shield hybrid component, which consists of a metal foil and a skeletal support member made of plastic known. In this case, first a metal foil is inserted between two mold halves of an injection molding tool. The two mold halves define in the closed state a reticulated cavity with interconnected channels. The mutually associated mold surfaces of the mold halves have mating relief-like embossed structures. When the mold halves are closed, the metal foil is reshaped and receives an embossed structure through the mold surfaces. Once the injection mold is closed and the metal foil is clamped between the relief-like mold surfaces, plastic is injected into the channels. After the plastic has cured sufficiently, the skeletal support member is materially connected to the metal foil and is removed from the injection mold. An embodiment of the disclosed method provides that the carrier part is produced in thermoplastic foam injection molding.

Beim Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) in einem Spritzgusswerkzeug wird eine mit einem Treibmittel beladene Thermoplastschmelze, insbesondere Polymerschmelze, in eine Kavität eines Spritzgusswerkzeuges eingebracht. Hierbei wird die Kavität zunächst bei geringem Druck teilgefüllt und anschließend erfolgt, ausgelöst durch das Treibmittel, eine Aufschäumung des Thermoplastes und eine vollständige Ausformung der Kavität durch die sich bildende expandierende Schaumstruktur. Prozessbedingt bildet sich dabei eine Integralschaumstruktur mit geschäumtem Kern und kompakter Randschicht aus. Über den Querschnitt betrachtet ergeben sich dadurch unterschiedliche lokale Dichten und E-Module. In thermoplastic foam injection molding (TSG) in an injection molding tool, a thermoplastic melt, in particular polymer melt, loaded with a blowing agent is introduced into a cavity of an injection molding tool. In this case, the cavity is first partially filled at low pressure and then carried out, triggered by the blowing agent, a foaming of the thermoplastic and a complete formation of the cavity by the forming expanding foam structure. Due to the process, an integral foam structure with a foamed core and a compact surface layer is formed. Viewed across the cross section, this results in different local densities and E-modules.

Grundsätzlich kommen beim TSG-Verfahren chemische oder physikalische Treibmittel zum Einsatz. In manchen Fällen kann auch die Kombination beider Treibmittelarten von Vorteil sein. In principle, chemical or physical blowing agents are used in the TSG process. In some cases, the combination of both types of blowing agent may be beneficial.

Das TSG-Verfahren bietet gegenüber einem herkömmlichen Spritzgießprozess eine Gewichts- und Materialersparnis bei gleichzeitig hohen spezifischen Biegesteifigkeiten. Das Aufschäumen der Schmelze gleicht die Schwindung an der Werkzeugwand aus, mit der Folge, dass die Entstehung von Einfallstellen reduziert wird und dass mit wesentlich weniger Nachdruck geschäumt werden kann. Im Idealfall entfällt der Nachdruck vollständig. The TSG process offers weight and material savings compared to a conventional injection molding process with high specific bending stiffnesses. The foaming of the melt compensates for the shrinkage on the mold wall, with the result that the formation of sink marks is reduced and that can be foamed with significantly less pressure. Ideally, the reprint is completely eliminated.

Als nachteilig erweist sich, dass die Aufschäumung nicht gesteuert werden kann und dass die Bauteile insbesondere auch durch Schlierenbildung an der Bauteiloberfläche als Sichtteile ungeeignet sind. A disadvantage proves that the foaming can not be controlled and that the components are particularly unsuitable in particular by streaking on the component surface as visible parts.

In der Automobilindustrie wächst zunehmend die Bedeutung von Leichtbau und damit auch von kunststoffbeplankten Bauteilen, wie beispielsweise Heckdeckeln, Motorhauben, Türen und Kotflügeln. Als problematisch erweist sich dabei die nicht besonders hochwertige Anmutung der Bauteile. Insbesondere kann bei kunststoffbeplankten Bauteilen das Empfinden einer metallischen Optik und einer metallischen Haptik, der sogenannte Cool-Touch-Effekt, nicht realisiert werden. In the automotive industry, the importance of lightweight construction and thus of plastic-clad components, such as rear covers, hoods, doors and fenders, is growing. As problematic proves thereby the not particularly high-quality appearance of the components. In particular, the feeling of a metallic look and a metallic feel, the so-called cool-touch effect, can not be realized with plastic-clad components.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles, welches die Anforderungen hinsichtlich Leichtbau, Bauteilsteifigkeit und einer optisch und haptisch hochwertig anmutenden Oberfläche erfüllt, zur Verfügung zu stellen. Against this background, the invention has the object, an economical method for producing a hybrid component, which meets the requirements in terms of lightweight construction, component stiffness and a visually and haptically high-quality surface appearing to provide.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a method according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles vorgesehen, welches aus einer Metallfolie und aus einem Trägerteil aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, wobei das Trägerteil stoffschlüssig mit der Metallfolie verbunden ist und auf einer der Metallfolie abgewandten Rückseite zumindest eine Versteifungsrippe aufweist. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Verfahrensschritte:

• Einlegen der Metallfolie in eine geöffnete Kavität eines Spritzgusswerkzeuges,
• Schließen der Kavität des Spritzgusswerkzeuges und Hinterspritzen der Metallfolie durch vollständige Füllung der Kavität mit einer mit einem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze,
• partielles Vergrößern der Kavität im Anschluss an die vollständige Füllung der Kavität durch eine Bewegung zumindest eines Werkzeugkernes des Spritzgusswerkzeuges, wobei das in der Thermoplastschmelze enthaltene Treibmittel durch eine Druckreduktion in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen eine Schaumbildung auslöst und sich eine die Versteifungsrippe bildende Schaumstruktur in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen ausprägt,
• Öffnen der Kavität und Entnahme des hergestellten Hybridbauteiles.

According to the invention, therefore, a method is provided for producing a hybrid component, which consists of a metal foil and a carrier part made of a thermoplastic material, wherein the carrier part is integrally connected to the metal foil and on a rear side facing away from the metal foil has at least one stiffening rib. The method comprises the following method steps:

Inserting the metal foil in an opened cavity of an injection molding tool,
Closing the cavity of the injection mold and injecting the metal foil through complete filling of the cavity with a blowing agent-laden thermoplastic melt,
Partial enlargement of the cavity following the complete filling of the cavity by a movement of at least one tool core of the injection molding tool, wherein the blowing agent contained in the thermoplastic melt causes foaming by a pressure reduction in the partially enlarged Kavitätsbereichen and forming a stiffening rib Foam structure in the partially enlarged Kavitätsbereichen pronounced
• Opening the cavity and removing the manufactured hybrid component.

Die Metallfolie bildet dabei die Sichtseite des Hybridbauteiles mit einer Oberfläche, welche den gewünschten Cool-Touch-Effekt gewährleistet und keine die optische Anmutung einschränkenden Schlieren aufweist. Dadurch, dass die Kavität nicht wie beim bekannten Stand der Technik nur teilweise, sondern vollständig mit der Thermoplastschmelze gefüllt wird, kommt es zunächst zu keinem oder nur zu einem geringen Aufschäumen des Kunststoffes, sodass das Trägerteil in einem mit der Metallfolie verbundenen Basisabschnitt eine hohe Dichte und einen großen E-Modul aufweist, welches die Steifigkeit des Hybridbauteiles gewährleistet. Durch den erfindungsgemäßen negativen Prägehub, also die Vergrößerung der Kavität durch die Bewegung des Werkzeugkernes, wird eine Aufschäumung der mit dem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze eingeleitet, und zwar örtlich beschränkt ausschließlich im Bereich der Kavitätsvergrößerung, sodass dann auch ausschließlich im Bereich dieser Kavitätsvergrößerung die die Versteifungsrippe bildende Schaumstruktur erzeugt wird. Die großvolumige Poren aufweisende Schaumstruktur besitzt im Vergleich zu dem Basisabschnitt des Trägerteiles eine geringere Dichte und einen kleineren E-Modul. Hierdurch wird eine Erhöhung der mechanischen Kennwerte des Hybridbauteiles erreicht. Dadurch, dass die Versteifungsrippe durch ein Schäumverfahren hergestellt wird, bleiben das Gewicht und der Materialeinsatz zur Herstellung des Hybridbauteiles gegenüber einem unverrippten Bauteil gleich, was insbesondere hinsichtlich des Leichtbaupotentials von Bedeutung ist. Außerdem können durch das Verfahren der Aufschäumgrad gesteuert und die mechanischen Eigenschaften der Versteifungsrippe bzw. des Hybridbauteiles an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Zusammenfassend ergibt sich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine wirtschaftliche Herstellung eines Hybridbauteiles ermöglicht wird, wobei das Hybridbauteil eine sichtseitige Metallfolie enthält, welche eine optisch und haptisch hochwertig anmutende Oberfläche mit einem Cool-Touch-Effekt zur Verfügung stellt. Gleichzeitig erfüllt das Hybridbauteil auch die Anforderungen hinsichtlich Leichtbau und Bauteilsteifigkeit. The metal foil forms the visible side of the hybrid component with a surface which ensures the desired cool-touch effect and has no streaks that limit the visual impression. Due to the fact that the cavity is not only partially filled, as is the case with the known state of the art, but completely filled with the thermoplastic melt, there is initially no or only little foaming of the plastic, so that the carrier part in a base section connected to the metal foil has a high density and has a large modulus of elasticity, which ensures the rigidity of the hybrid component. By means of the negative embossing stroke according to the invention, ie the enlargement of the cavity by the movement of the tool core, foaming of the thermoplastic melt laden with the propellant is initiated, locally limited exclusively in the area of the cavity enlargement, so that the stiffening rib then forms exclusively in the region of this cavity enlargement Foam structure is generated. The large-volume pores having foam structure has compared to the base portion of the support member has a lower density and a smaller modulus of elasticity. As a result, an increase in the mechanical characteristics of the hybrid component is achieved. The fact that the stiffening rib is produced by a foaming process, the weight and the material used for the production of the hybrid component with respect to a non-ribbed component remain the same, which is particularly important in terms of lightweight potential of importance. In addition, the foaming degree can be controlled by the method and the mechanical properties of the reinforcing rib or of the hybrid component can be adapted to the respective requirements. In summary, it follows that an economical production of a hybrid component is made possible by the method according to the invention, wherein the hybrid component contains a visible metal foil, which provides a visually and haptically high-quality surface with a cool touch effect. At the same time, the hybrid component also meets the requirements with regard to lightweight construction and component rigidity.

Bei dem Verfahren können prinzipiell alle schäumbaren Thermoplaste zum Einsatz kommen, wobei hochtemperaturstabile Thermoplaste, welche eine Lackierung nach dem KTL(Kathodische Tauchlackierung)-Verfahren ermöglichen, vorzuziehen sind. Grundsätzlich lassen sich Schäume im Spritzgießprozess durch chemische Treibmittel oder durch physikalische Treibmittel realisieren. In einigen Fällen kann auch die Kombination beider Treibmittelarten von Vorteil sein. Die chemischen Treibmittel werden dem Thermoplast bzw. der Thermoplastschmelze pulverförmig oder als Granulate zugemischt. Physikalische Treibmittel sind Prozessgase, wie beispielsweise CO₂ oder N₂ oder Mischungen von beiden. Das Prozessgas wird in einem überkritischen Zustand direkt in die Thermoplastschmelze injiziert. Dazu ist eine entsprechende Gasdosierstation notwendig, welche größere Gasmengen im Thermoplast lösen kann, sodass Thermoplast und Treibmittel zusammen in die Kavität der Spritzgussform eingespritzt werden können. In principle, all foamable thermoplastics can be used in the process, with thermoplastics which are stable to high temperatures and which permit coating according to the cathodic dip-paint (KTL) method to be preferred. Basically, foams can be realized in the injection molding process by chemical blowing agents or by physical blowing agents. In some cases, the combination of both types of blowing agent may be beneficial. The chemical blowing agents are added to the thermoplastic or the thermoplastic melt in powder form or as granules. Physical blowing agents are process gases, such as CO ₂ or N _2, or mixtures of both. The process gas is injected directly into the thermoplastic melt in a supercritical state. For this purpose, a corresponding Gasdosierstation is necessary, which can solve larger amounts of gas in the thermoplastic, so that thermoplastic and blowing agent can be injected together into the cavity of the injection mold.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dadurch erreicht, dass nach der vollständigen Füllung der Kavität ein Nachdruck auf die in die Kavität gefüllte Thermoplastschmelze ausgeübt wird, welcher die Metallfolie an eine die Kavität begrenzende Wand des Spitzgießwerkzeuges drückt. Durch einen Nachdruck von etwa 200 bis 1.800 bar kann eine vorbestimmte erforderliche Abbildungsgenauigkeit des Hybridbauteiles reproduzierbar und prozesssicher gewährleistet werden. Another advantageous embodiment of the present inventive method is also achieved in that after the complete filling of the cavity, a reprint is exerted on the filled in the cavity thermoplastic melt, which presses the metal foil to a cavity bounding the wall of the Spitzgießwerkzeuges. By a reprinting of about 200 to 1,800 bar, a predetermined required imaging accuracy of the hybrid component can be reproducibly and reliably ensured.

Die Folie kann als ebener Zuschnitt oder als vorgeformtes Halbzeug in die Kavität des Spritzgusswerkzeuges eingelegt werden. Es erweist sich jedoch als besonders zweckmäßig, wenn die Metallfolie durch den Einspritzdruck während der Füllung der Kavität und/oder durch den Nachdruck zumindest abschnittsweise verformt wird. Durch eine plastische und/oder elastische Verformung der Folie infolge des Einspritz- oder Nachdruckes sind keine vorgeschalteten Arbeitsschritte zum Vorformen der Folie erforderlich. Die Folie wird während des Verfahrens unmittelbar im Werkzeug in die gewünschte Form gebracht, sodass nur ein einziges Werkzeug zur Herstellung des Hybridbauteiles erforderlich ist. The film can be inserted as a flat blank or as a preformed semi-finished product in the cavity of the injection molding tool. However, it proves to be particularly useful if the metal foil is at least partially deformed by the injection pressure during the filling of the cavity and / or by the emphasis. By a plastic and / or elastic deformation of the film due to the injection or reprinting no upstream operations for preforming the film are required. The film is brought into the desired shape during the process directly in the tool, so that only a single tool for producing the hybrid component is required.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass eine Metallfolie mit einer Foliendicke von 0,1 bis 7 mm verwendet wird. Die Foliendicke richtet sich nach dem jeweiligen Einsatz- bzw. Verwendungszweck des Hybridbauteiles. In vorteilhafter Weise können Metallfolien mit der genannten Foliendicke auf ein und demselben Spritzgusswerkzeug verarbeitet werden. Dabei hat sich insbesondere hinsichtlich der Anforderungen in Bezug auf Another feature of the invention is that a metal foil with a film thickness of 0.1 to 7 mm is used. The film thickness depends on the particular application or intended use of the hybrid component. In an advantageous manner, metal foils with the aforementioned film thickness can be processed on one and the same injection molding tool. It has to be particularly in terms of requirements in terms of

Leichtbau und den Cool-Touch-Effekt eine Foliendicke von 0,2 mm als besonders praxisgerecht erwiesen. Lightweight construction and the cool touch effect, a film thickness of 0.2 mm proved to be particularly practical.

In vorteilhafter Weise verbinden sich die Metallfolie und der Kunststoff des Trägerteiles schon beim Erstarren der Thermoplastschmelze stoffschlüssig. Um ein Trennen von Metallfolie und Trägerteil während des Einsatzes des Hybridbauteiles, beispielsweise bei mechanischer Beanspruchung oder auch bei extremen Temperaturbelastungen zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, dass die dem Trägerteil zugewandte Oberfläche der Metallfolie vor der Füllung der Kavität mit der Thermoplastschmelze durch ein physikalisches oder chemisches Verfahren aufgeraut und/oder strukturiert wird. Hierdurch wird eine dauerhafte stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerteil und der Metallfolie sichergestellt. In an advantageous manner, the metal foil and the plastic of the carrier part already bond cohesively during the solidification of the thermoplastic melt. To a separation of metal foil and carrier part during the use of the hybrid component, for example under mechanical stress or to ensure even at extreme temperature loads, it may be advantageous that the surface of the metal foil facing the carrier part is roughened and / or structured by a physical or chemical process before the cavity is filled with the thermoplastic melt. As a result, a permanent cohesive connection between the carrier part and the metal foil is ensured.

Alternativ oder zusätzlich kann auch auf eine dem Trägerteil zugewandte Oberfläche der Metallfolie vor der Füllung der Kavität mit der Thermoplastschmelze ein Haftvermittler aufgetragen werden. Alternatively or additionally, an adhesion promoter can also be applied to a surface of the metal foil facing the carrier part before the cavity is filled with the thermoplastic melt.

Als Metallfolie kann sowohl eine Stahlfolie als auch eine Aluminiumfolie verwendet werden. Bei der Stahlfolie wird ein besserer Cool-Touch-Effekt erreicht, während die Aluminiumfolie bei gleicher Foliendicke ein geringeres Gewicht aufweist. Außerdem lässt sich die Aluminiumfolie mit weniger Kraftaufwand verformen. As a metal foil, both a steel foil and an aluminum foil can be used. The steel foil achieves a better cool-touch effect, while the aluminum foil has a lower weight with the same film thickness. In addition, the aluminum foil can be deformed with less effort.

Bei dem verwendeten Schaum handelt es sich um Partikelschaum, PU-Schaum oder Polyesterschaum, vorzugsweise jedoch um Integralschaum. The foam used is particle foam, PU foam or polyester foam, but preferably integral foam.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Hybridbauteil und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hybridbauteil. Das Hybridbauteil kann als Kraftfahrzeugbauteil, beispielsweise als Heckdeckel, Motorhaube, Tür, Kotflügel oder ein anderes Karosserie- bzw. Anbauteil ausgebildet sein. The invention further relates to a hybrid component produced according to the method according to the invention and a motor vehicle having such a hybrid component. The hybrid component can be designed as a motor vehicle component, for example as a trunk lid, bonnet, door, fender or another body or attachment.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the figures and will be described below. This shows in

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridbauteil in einer Seitenansicht; 1 a motor vehicle with a hybrid component in a side view;

2 ein Hybridbauteil in einer stark vereinfachten Schnittdarstellung; 2 a hybrid component in a greatly simplified sectional view;

3 eine Spritzgießeinrichtung und ein Spritzgusswerkzeug mit einer in einer geschlossenen Kavität des Spritzgusswerkzeuges angeordneten Metallfolie; 3 an injection molding device and an injection molding tool with a arranged in a closed cavity of the injection molding metal foil;

4 die Spritzgießeinrichtung und das Spritzgusswerkzeug aus 3 mit einer vollständig mit Thermoplastschmelze gefüllten Kavität; 4 the injection molding device and the injection molding tool 3 with a cavity completely filled with thermoplastic melt;

5 die Spritzgießeinrichtung und das Spritzgusswerkzeug aus 3, nachdem die Kavität durch eine Bewegung von Werkzeugkernen partiell vergrößert wurde. 5 the injection molding device and the injection molding tool 3 after the cavity has been partially enlarged by a movement of tool cores.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit mehreren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hybridbauteilen 2, welche als Heckdeckel, Motorhaube, Tür oder Kotflügel ausgebildet sind. 2 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines Hybridbauteiles 2. Das Hybridbauteil 2 enthält eine Metallfolie 3 und ein Trägerteil 4 aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise PC/ABS (Polycarbonate/ Acrylnitril Butadien Styrol). Die Metallfolie 3 ist als Aluminiumfolie ausgebildet und weist in Abhängigkeit der Verwendung des Hybridbauteiles 2 eine Foliendicke 5 zwischen 0,1 und 7 mm auf. Das einteilig ausgebildete Trägerteil 4 besteht aus einem Basisabschnitt 6, welcher stoffschlüssig und vollflächig mit einer der Sichtseite 7 des Hybridbauteiles 2 abgewandten Oberfläche 8 der Metallfolie 3 verbunden ist, und aus mehreren Versteifungsrippen 9, welche auf einer der Metallfolie 3 abgewandten Rückseite 10 des Trägerteiles 4 angeordnet sind. Der Basisabschnitt 6 ist kompakt ausgebildet und weist eine große Dichte auf, während die Versteifungsrippen 9 durch eine großvolumige Schaumstruktur 11 mit einer Vielzahl von Poren 12 gebildet werden. Die Schaumstruktur 11 bzw. die Versteifungsrippen 9 weisen eine wesentlich geringere Dichte als der Basisabschnitt 6 auf. 1 shows a motor vehicle 1 with several hybrid components produced by the process according to the invention 2 , which are designed as a trunk lid, hood, door or fender. 2 shows a highly simplified sectional view of a hybrid component 2 , The hybrid component 2 contains a metal foil 3 and a carrier part 4 from a thermoplastic material, for example PC / ABS (polycarbonates / acrylonitrile butadiene styrene). The metal foil 3 is designed as aluminum foil and has, depending on the use of the hybrid component 2 a film thickness 5 between 0.1 and 7 mm. The integrally formed carrier part 4 consists of a base section 6 , which cohesively and completely with one of the visible side 7 of the hybrid component 2 remote surface 8th the metal foil 3 connected, and several stiffening ribs 9 , which on one of the metal foil 3 facing away back 10 of the support part 4 are arranged. The base section 6 is compact and has a high density, while the stiffening ribs 9 through a large-volume foam structure 11 with a variety of pores 12 be formed. The foam structure 11 or the stiffening ribs 9 have a much lower density than the base section 6 on.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Hybridbauteiles 2 anhand der 3 bis 5 näher beschrieben. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer als Extruder ausgebildeten Spritzgießeinrichtung 13, mittels welcher plastifizierte Kunststoffschmelze in eine Kavität 14 eines Spritzgusswerkzeuges 15 eingespritzt werden kann. Das Spritzgusswerkzeug 15 besteht üblicherweise aus zwei in den Figuren nicht dargestellten relativ zueinander verfahrbaren Werkzeughälften, welche von einer Offenstellung in eine Schließstellung verfahrbar sind. Bei in der Offenstellung angeordneten Werkzeughälften wird die Metallfolie 3 in die geöffnete Kavität 14 des Spritzgusswerkzeuges 15 eingelegt. Anschließend wird die Kavität 14 durch eine Relativbewegung der beiden Werkzeughälften in die Schließstellung geschlossen und die Metallfolie 3 befindet sich in der in 3 dargestellte The process according to the invention for producing the hybrid component will be described below 2 based on 3 to 5 described in more detail. 3 shows a schematic representation of an extruder designed as injection molding 13 , by means of which plasticized plastic melt into a cavity 14 an injection molding tool 15 can be injected. The injection mold 15 usually consists of two not shown in the figures relative to each other movable mold halves, which are movable from an open position to a closed position. When arranged in the open position tool halves, the metal foil 3 into the opened cavity 14 of the injection molding tool 15 inserted. Subsequently, the cavity 14 closed by a relative movement of the two mold halves in the closed position and the metal foil 3 is located in the 3 illustrated

Lage in der geschlossenen Kavität 14, in welcher die Metallfolie 3 zumindest abschnittsweise an einer die Kavität 14 begrenzenden Wand 16 des Spritzgusswerkzeuges 15 anliegt. Location in the closed cavity 14 in which the metal foil 3 at least in sections at one the cavity 14 bounding wall 16 of the injection molding tool 15 is applied.

Im Anschluss erfolgt ein Hinterspritzen der Metallfolie 3 durch eine vollständige Füllung der Kavität 14 mit einer mit einem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze 17. Zur Beladung der Thermoplastschmelze 17 mit dem Treibmittel weist die Spritzgießeinrichtung 13 eine Gasdosierstation 18 auf, mittels welcher ein Prozessgas, beispielsweise CO₂ oder N₂ bzw. Mischungen von beiden, in einem überkritischen Zustand direkt in den in der Spritzgießeinrichtung 13 plastifizierten Kunststoff injiziert wird. Das Injizieren erfolgt dabei innerhalb der Spritzgießeinrichtung 13. Die Thermoplastschmelze 17, in welcher nunmehr größere Mengen des Treibmittels bzw. des Prozessgases gelöst sind, wird dann in die Kavität 14 eingespritzt. 4 zeigt die vollständig mit Thermoplastschmelze 17 gefüllte Kavität 14. Subsequently, a back-injection of the metal foil takes place 3 by a complete filling of the cavity 14 with a thermoplastic melt laden with a propellant 17 , For loading the thermoplastic melt 17 with the propellant has the injection molding 13 a gas dosing station 18 on, by means of which a process gas, for example CO ₂ or N ₂ or mixtures of both, in a supercritical Condition directly in the injection molding device 13 plasticized plastic is injected. The injection takes place inside the injection molding device 13 , The thermoplastic melt 17 , in which now larger amounts of the propellant or the process gas are dissolved, is then in the cavity 14 injected. 4 shows the completely with thermoplastic melt 17 filled cavity 14 ,

Nachdem die Kavität 14 vollständig mit der mit dem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze 17 gefüllt wurde, erfolgt anschließend ein partielles Vergrößern der Kavität 14 bzw. ein partielles Herausziehen der Kavität 14. Hierzu werden, wie in 5 dargestellt, beweglich in dem Spritzgusswerkzeug 15 gelagerte Werkzeugkerne 19 in Richtung der Pfeile 20 bewegt. Aus dieser, auch als negativer Prägehub bezeichneten, Bewegung der Werkzeugkerne 19 resultiert eine Druckreduktion in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen 21, durch welche das in der Thermoplastschmelze 17 enthaltene Treibmittel die Schaumbildung auslöst. Die durch die Bewegung der Werkzeugkerne 19 entstehenden Kavitätsbereiche 21 werden dann durch den expandierenden Schaum ausgefüllt und es bildet sich in den Kavitätsbereichen 21 die die Versteifungsrippen 9 darstellende Schaumstruktur 11 aus. Die Versteifungsrippen 9 bestehen aus einem Integralschaum, also aus einem Schaumkern und einer kompakten Randschicht. After the cavity 14 completely with the thermoplastic melt loaded with the propellant 17 is filled, then carried out a partial enlargement of the cavity 14 or a partial extraction of the cavity 14 , For this purpose, as in 5 shown, movable in the injection molding tool 15 stored tool cores 19 in the direction of the arrows 20 emotional. From this, also referred to as a negative embossing stroke, movement of the tool cores 19 results in a pressure reduction in the partially enlarged Kavitätsbereichen 21 through which that in the thermoplastic melt 17 contained blowing agent triggers the foaming. The movement of the tool cores 19 resulting Kavitätsbereiche 21 are then filled by the expanding foam and it forms in the Kavitätsbereichen 21 the stiffening ribs 9 representative foam structure 11 out. The stiffening ribs 9 consist of an integral foam, ie a foam core and a compact surface layer.

Nach einer Abkühl- und Erstarrungsphase wird dann die Kavität 14 durch eine Öffnungsbewegung der beiden Werkzeughälften des Spritzgusswerkzeuges 15 geöffnet und das hergestellte Hybridbauteil 2 kann aus dem Spritzgusswerkzeug 15 entnommen werden. After a cooling and solidification phase then the cavity 14 by an opening movement of the two mold halves of the injection molding tool 15 opened and the hybrid component produced 2 can from the injection mold 15 be removed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Kraftfahrzeug motor vehicle
2 2: Hybridbauteil hybrid component
3 3: Metallfolie metal foil
4 4: Trägerteil support part
5 5: Foliendicke film thickness
6 6: Basisabschnitt base section
7 7: Sichtseite Main page
8 8th: Oberfläche surface
9 9: Versteifungsrippe stiffening rib
10 10: Rückseite back
11 11: Schaumstruktur foam structure
12 12: Poren pore
13 13: Spritzgießeinrichtung injection molder
14 14: Kavität cavity
15 15: Spritzgusswerkzeug injection mold
16 16: Wand wall
17 17: Thermoplastschmelze Thermoplastic melt
18 18: Gasdosierstation gas metering station
19 19: Werkzeugkern tool core
20 20: Pfeil arrow
21 21: Kavitätsbereich cavity region

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004062331 A1 [0002] DE 102004062331 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), welches eine Metallfolie (3) und ein Trägerteil (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält, wobei das Trägerteil (4) stoffschlüssig mit der Metallfolie (3) verbunden ist und auf einer der Metallfolie (3) abgewandten Rückseite (10) zumindest eine Versteifungsrippe (9) aufweist, umfassend folgende Verfahrensschritte: • Einlegen der Metallfolie (3) in eine geöffnete Kavität (14) eines Spritzgusswerkzeuges (15), • Schließen der Kavität (14) des Spritzgusswerkzeuges (15) und Hinterspritzen der Metallfolie (3) durch vollständige Füllung der Kavität (14) mit einer mit einem Treibmittel beladenen Thermoplastschmelze (17), • partielles Vergrößern der Kavität (14) im Anschluss an die vollständige Füllung der Kavität (14) durch eine Bewegung zumindest eines Werkzeugkernes (19) des Spritzgusswerkzeuges (15), wobei das in der Thermoplastschmelze (17) enthaltene Treibmittel durch eine Druckreduktion in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen (21) eine Schaumbildung auslöst und sich eine die Versteifungsrippe (9) bildende Schaumstruktur (11) in den partiell vergrößerten Kavitätsbereichen (21) ausprägt, • Öffnen der Kavität (14) und Entnahme des hergestellten Hybridbauteiles (2). Method for producing a hybrid component ( 2 ), in particular for a motor vehicle ( 1 ), which is a metal foil ( 3 ) and a carrier part ( 4 ) of a thermoplastic material, wherein the carrier part ( 4 ) cohesively with the metal foil ( 3 ) and on one of the metal foil ( 3 ) facing away from the back ( 10 ) at least one stiffening rib ( 9 ), comprising the following method steps: inserting the metal foil ( 3 ) into an open cavity ( 14 ) of an injection molding tool ( 15 ), • closing the cavity ( 14 ) of the injection molding tool ( 15 ) and injection molding of the metal foil ( 3 ) by complete filling of the cavity ( 14 ) with a blowing agent-laden thermoplastic melt ( 17 ), • partial enlargement of the cavity ( 14 ) following the complete filling of the cavity ( 14 ) by a movement of at least one tool core ( 19 ) of the injection molding tool ( 15 ), wherein in the thermoplastic melt ( 17 ) contained by a pressure reduction in the partially enlarged Kavitätsbereichen ( 21 ) causes foaming and a stiffening rib ( 9 ) forming foam structure ( 11 ) in the partially enlarged Kavitätsbereichen ( 21 ), • opening the cavity ( 14 ) and removal of the manufactured hybrid component ( 2 ).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastschmelze (17) mit einem chemischen Treibmittel oder einem physikalischen Treibmittel beladen wird. Process according to claim 1, characterized in that the thermoplastic melt ( 17 ) is loaded with a chemical blowing agent or physical blowing agent.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der vollständigen Füllung der Kavität (14) ein Nachdruck auf die in die Kavität (14) gefüllte Thermoplastschmelze (17) ausgeübt wird, welcher die Metallfolie (3) an eine die Kavität (14) begrenzende Wand (16) des Spitzgusswerkzeuges (15) drückt. Process according to claims 1 or 2, characterized in that after complete filling of the cavity ( 14 ) an emphasis on the in the cavity ( 14 ) filled thermoplastic melt ( 17 ) is applied, which the metal foil ( 3 ) to a cavity ( 14 ) bounding wall ( 16 ) of the injection-molding tool ( 15 ) presses.

Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (3) durch den Einspritzdruck während der Füllung der Kavität (14) und/oder durch den Nachdruck zumindest abschnittsweise verformt wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the metal foil ( 3 ) by the injection pressure during the filling of the cavity ( 14 ) and / or deformed by the emphasis at least in sections.

Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie (3) mit einer Foliendicke (5) von 0,1 bis 7 mm verwendet wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a metal foil ( 3 ) with a film thickness ( 5 ) from 0.1 to 7 mm.

Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Trägerteil (4) zugewandte Oberfläche (8) der Metallfolie (3) vor der Füllung der Kavität (14) mit der Thermoplastschmelze (17) durch ein physikalisches oder chemisches Verfahren aufgeraut und/oder strukturiert wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a support part ( 4 ) facing surface ( 8th ) of the metal foil ( 3 ) before filling the cavity ( 14 ) with the thermoplastic melt ( 17 ) is roughened and / or patterned by a physical or chemical process.

Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die dem Trägerteil (4) zugewandte Oberfläche (8) der Metallfolie (3) vor der Füllung der Kavität (14) mit der Thermoplastschmelze (17) ein Haftvermittler aufgetragen wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that on the the carrier part ( 4 ) facing surface ( 8th ) of the metal foil ( 3 ) before filling the cavity ( 14 ) with the thermoplastic melt ( 17 ) a bonding agent is applied.

Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Stahlfolie oder als Aluminiumfolie ausgebildete Metallfolie (3) verwendet wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a metal foil formed as a steel foil or as an aluminum foil ( 3 ) is used.

Hybridbauteil (2) hergestellt gemäß einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche. Hybrid component ( 2 ) prepared according to a method according to at least one of the preceding claims.

Kraftfahrzeug (1) mit einem gemäß einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Hybridbauteil (2). Motor vehicle ( 1 ) with a hybrid component produced according to a method according to at least one of the preceding claims ( 2 ).