DE102016206517A1 - Method for producing a multilayer plastic component - Google Patents

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Bernt Arne Syvertsen
Klaus Gotterbauer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils (20), insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, mit den Schritten: – Erzeugen einer Trägerstruktur (21) aus faserverstärktem Kunststoff und – Aufbringen einer Beschichtung (22) auf mindestens einen Abschnitt der Trägerstruktur (21), wobei die beiden genannten Verfahrensschritte hintereinander oder zeitgleich ablaufen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (21) und die Beschichtung (22) in demselben Werkzeug (10) erzeugt werden.The invention relates to a method for producing a multilayer plastic component (20), in particular a motor vehicle component, comprising the steps of: - producing a carrier structure (21) of fiber-reinforced plastic and - applying a coating (22) to at least a portion of the carrier structure (21) wherein the two mentioned method steps can take place in succession or at the same time, characterized in that the carrier structure (21) and the coating (22) are produced in the same tool (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. The present invention relates to a method for producing a multilayer plastic component according to the preamble of the independent claim.

Aus der DE 10 2007 023 132 A1 ist es bekannt, Druckgussbauteile mit einer Kunststoffschicht zu überziehen, damit diese als Außenhautbauteil eines Fahrzeugs verwendet werden können. Derartige Außenhautbauteile für Fahrzeuge müssen hohe Anforderungen an ihre Oberflächenqualität erfüllen. Blanke Außenhautbauteile aus Druckguss würden die Anforderungen einer Glas-A-Oberfläche nicht Genüge tun. From the DE 10 2007 023 132 A1 It is known to coat die-cast components with a plastic layer so that they can be used as the outer skin component of a vehicle. Such outer skin components for vehicles must meet high demands on their surface quality. Blanks made of die-cast outer skin components would not meet the requirements of a glass A surface.

Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, die Karosserie von Kraftfahrzeugen aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen. Die Herstellung ist jedoch sehr aufwändig und ließ sich in der Vergangenheit nur mit einem hohen Anteil an manuellen, d. h. Handarbeitsschritten, bewerkstelligen. Somit stand bislang die Verwendung dieses Werkstoffs nur für Kleinserien oder exklusive Fahrzeuge zur Verfügung. Moreover, it is also known from the prior art to produce the body of motor vehicles made of fiber-reinforced plastic. However, the production is very complex and could be in the past only with a high proportion of manual, d. H. Manual steps, accomplish. So far, the use of this material has been available only for small series or exclusive vehicles.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen anzugeben, die in der Serienfertigung des Fahrzeugs, inline verwendet werden können. Starting from this prior art, it is the object of the present invention to provide a method with which the disadvantages of the prior art are overcome. It is a specific object of the invention to provide a method for the production of plastic components, which can be used inline in the mass production of the vehicle.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs gelöst. This object is achieved by a method having the features of the independent patent claim.

Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. The dependent claims represent advantageous embodiments of the invention.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, vor, mit den Schritten Erzeugen einer Trägerstruktur aus faserverstärktem Kunststoff und Aufbringen einer Beschichtung auf mindestens einen Abschnitt der Trägerstruktur. Diese beiden Schritte können hintereinander ablaufen, wobei zuerst die Trägerstruktur erzeugt wird und anschließend die Beschichtung aufgebracht wird, oder gleichzeitig ablaufen, wobei beim Erzeugen der Trägerstruktur gleichzeitig die Beschichtung aufgebracht wird. Vorteilhafterweise werden die Trägerstruktur und die Beschichtung in demselben Werkzeug erzeugt. Dies bietet den Vorteil einer besonders rationalen und zeitsparenden Fertigung. To achieve this object, the invention proposes a method for producing a multilayer plastic component, in particular a motor vehicle component, with the steps of producing a support structure of fiber-reinforced plastic and applying a coating to at least a portion of the support structure. These two steps can be carried out in succession, with the support structure first being produced and then the coating being applied, or running off simultaneously, the coating being applied simultaneously during the production of the support structure. Advantageously, the support structure and the coating are produced in the same tool. This offers the advantage of a particularly rational and time-saving production.

Zur Erzeugung der Trägerstruktur kann mindestens ein mit Matrixmaterial imprägniertes Faserhalbzeug zwischen zwei Werkzeughälften des Werkzeugs mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt werden. Dadurch können auf besonders einfache Weise sogenannte monolithische Teile hergestellt werden. Solche Teile weisen eine Trägerstruktur mit verhältnismäßig einfachem Aufbau auf. Die Trägerstruktur solcher Bauteile umfasst somit ein Faserhalbzeug aus Fasermaterial, das ggf. mehrlagig d.h. aus mehreren Faserlagen ausgebildet sein kann, und Matrixmaterial. Solche monolithische Bauteile eignen sich besonders gut zur Verwendung von Seitenwandbauteilen, wie beispielsweise Kotflügeln und dergleichen. To produce the carrier structure, at least one semifinished product impregnated with matrix material can be subjected to pressure and / or temperature between two mold halves of the tool. As a result, so-called monolithic parts can be produced in a particularly simple manner. Such parts have a support structure of relatively simple construction. The support structure of such components thus comprises a fiber semi-finished fiber material, which may be multi-layered, i. may be formed of a plurality of fiber layers, and matrix material. Such monolithic components are particularly well suited for use with sidewall components such as fenders and the like.

Alternativ dazu können zur Erzeugung der Trägerstruktur zwei mit Matrixmaterial vorimprägnierte Faserhalbzeuge, zwischen denen eine Abstandsschicht vorgesehen ist, zwischen den Werkzeughälften des Werkzeugs mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt werden. Derartige Trägerstrukturen weisen einen mehrschichtigen, sandwichartigen Aufbau auf. Dieser Aufbau verleiht der Trägerstruktur besonders hohe Festigkeitseigenschaften. Darüber hinaus können akustische Dämpfungsmaßnahmen realisiert werden. Kunststoffbauteile mit einem solchen Aufbau eignen sich insbesondere zur Verwendung für Fahrzeugklappen, wie beispielsweise Motorhauben oder Kofferraumdeckel. Alternatively, two semi-finished fiber products preimpregnated with matrix material, between which a spacer layer is provided, can be subjected to pressure and / or temperature between the tool halves of the tool to produce the carrier structure. Such carrier structures have a multilayer, sandwich-like construction. This structure gives the support structure particularly high strength properties. In addition, acoustic damping measures can be realized. Plastic components with such a structure are particularly suitable for use for vehicle doors, such as hoods or trunk lid.

In beiden im Vorhergehenden beschriebenen alternativen Ausführungsformen des Verfahrens wird nach Erzeugung der Trägerstruktur das Werkzeug um einen vorbestimmten Hub geöffnet, wobei die Werkzeughälften um den vorbestimmten Hub voneinander weg bewegt werden und in die dadurch freigegebene Kavität ein Material zur Erzeugung der Beschichtung eingebracht wird. Dadurch kann auf besonders einfache Weise die Oberfläche der Trägerstruktur, die später der Sichtoberfläche des Kraftfahrzeugbauteils zugewandt ist, mit einem Kunststoffmaterial überzogen bzw. beschichtet werden. In both alternative embodiments of the method described above, after the carrier structure has been produced, the tool is opened by a predetermined stroke, the tool halves being moved away from each other by the predetermined stroke and a material for producing the coating being introduced into the cavity thereby released. As a result, the surface of the carrier structure, which later faces the visible surface of the motor vehicle component, can be coated or coated with a plastic material in a particularly simple manner.

Nach dem Einbringen des Beschichtungsmaterials wird mittels der Werkzeughälften dieses Material mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt. Zur Erzeugung des Drucks können die beiden Werkzeughälften aufeinander zu bewegt werden. Die Einbringung von Temperatur erfolgt zum Beispiel durch temperierbare bzw. heizbare Werkzeughälften. Die Beschichtung bietet den Vorteil, dass sich auf der Bauteiloberfläche, die der Sichtfläche entspricht, die Gefahr von Faserabzeichnungen reduziert. After introduction of the coating material, this material is subjected to pressure and / or temperature by means of the tool halves. To generate the pressure, the two tool halves can be moved towards each other. The introduction of temperature takes place, for example, by temperature-controlled or heatable mold halves. The coating offers the advantage that the risk of fiber marks on the surface of the component corresponding to the visible surface is reduced.

Als Material zur Erzeugung der Beschichtung eignen sich insbesondere Polyurethan (PUR), Epoxidharze und/oder Acrylharze wie beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA). Polyurethane (PUR), epoxy resins and / or acrylic resins such as, for example, polymethylmethacrylate (PMMA) are particularly suitable as material for producing the coating.

Das Beschichtungsmaterial kann dabei als Flüssigkeit, als teigförmige Masse, oder in fester Form, insbesondere als Folie oder Pulver, auf die Trägerstruktur aufgebracht werden. The coating material can be applied to the carrier structure as a liquid, as a dough-like mass, or in solid form, in particular as a film or powder.

Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird in einem ersten Schritt auf eine Wirkoberfläche einer Werkzeughälfte eine Beschichtung aus Pulvermaterial aufgebracht und danach das Material zur Ausbildung der Beschichtung aus dem Pulvermaterial und zur Ausbildung der Trägerstruktur aus faserverstärktem Kunststoff mit den Werkzeughälften des Werkzeugs eine Druck und/oder Temperaturbeaufschlagung durchgeführt, wodurch die Beschichtung und die Trägerstruktur gleichzeitig ausgebildet werden. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Beschichtung und die Trägerstruktur gleichzeitig ausgehärtet, so dass sich ein verkürzter Prozesszyklus ergibt. According to a further, alternative embodiment of the method, a coating of powder material is applied in a first step on an active surface of a mold half and then the material for forming the coating of the powder material and for forming the support structure of fiber reinforced plastic with the tool halves of the tool a pressure and or temperature applied, whereby the coating and the support structure are formed simultaneously. According to this embodiment, the coating and the support structure are simultaneously cured, resulting in a shortened process cycle.

Weiterhin kann zur Erzeugung der Beschichtung zuerst eine erste Schicht Pulvermaterial auf die Wirkoberfläche einer Werkzeughälfte und danach eine zweite Schicht Pulvermaterial auf die vorbeschichtete Werkzeughälfte aufgebracht werden, wobei die erste Schicht Pulvermaterial schneller aushärtet als die zweite Schicht Pulvermaterial. Durch die Eigenschaft schnell auszuhärten, bildet die erste Schicht Pulvermaterial die Oberfläche der Werkzeugfläche besonders konturgetreu ab. Die erste Pulverschicht stellt somit eine harte Oberfläche im fertigen Bauteil dar. Die zweite, langsamer aushärtende Pulverschicht bietet den Vorteil einer besonders guten Anbindung an die Trägerstruktur. Dadurch haftet die erste Pulverschicht fest an der Trägerstruktur. Gleichzeitig dringen Unebenheiten auf der Oberfläche der Trägerstruktur – wie sie z.B. durch hervorstehende einzelne Fasern oder durch Abzeichnungen der Form des Kernes entstehen können – in die zweite Pulverschicht ein, da diese noch weich und nachgiebig ist. Durch die harte erste Pulverschicht werden jedoch Abzeichnungen auf der Bauteiloberfläche verhindert. Ferner können physikalische Schrumpfungseffekte, die bei der Herstellung der Trägerstruktur entstehen durch die zweite Pulverschicht kompensiert werden. Furthermore, in order to produce the coating, first a first layer of powder material can be applied to the active surface of a mold half and then a second layer of powder material to the pre-coated mold half, wherein the first layer of powder material hardens faster than the second layer of powder material. Due to its fast curing properties, the first layer of powder material forms the surface of the tool surface in a particularly contoured manner. The first powder layer thus represents a hard surface in the finished component. The second, slower-curing powder layer offers the advantage of a particularly good connection to the support structure. As a result, the first powder layer adheres firmly to the support structure. At the same time, unevennesses on the surface of the support structure penetrate - as e.g. can be formed by protruding individual fibers or by signatures of the shape of the core - in the second powder layer, since it is still soft and yielding. However, the hard first powder layer prevents marks on the component surface. Furthermore, physical shrinkage effects that arise in the production of the support structure can be compensated by the second powder layer.

Das in allen drei vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildete Kunststoffbauteil kann im Anschluss mit einer kathodischen Tauchlackierung versehen werden. The plastic component formed in all three previously described embodiments can subsequently be provided with a cathodic dip coating.

In allen im Vorhergehenden beschriebenen Verfahrensvarianten können die Faserhalbzeuge Verstärkungsfasern aufweisen. Die Verstärkungsfasern können organische oder anorganische Verstärkungsfasern sein. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise Kohlenstofffasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, auch CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff; englisch „Carbon-Fiber-Reinforced Plastic“, CFRP) genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein CFK-Bauteil. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise auch Glasfasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen glasfaserverstärkten Kunststoff, auch GFK genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein GFK-Bauteil. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Verstärkungsfasern können z.B. auch Aramidfasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, PMMA-Fasern, Basaltfasern, Borfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahl-Fasern und/oder Naturfasern sein. Drüber hinaus können die im Vorhergehenden beschriebenen Fasern auch sogenannte Recyclingfasern sein. Darunter fallen Fasern, die als Beschnittreste vorhergehender Verarbeitungsschritte anfallen und dabei im Allgemeinen nicht imprägniert, d.h. trocken sind. Recyclingfasern können jedoch auch aus Faserverstärkten Bauteilen gewonnen werden, wobei sich hierzu im Stand der Technik das sogenannte Pyrolyseverfahren etabliert hat. Dabei wird die Matrix von den Fasern getrennt und die so gewonnenen Fasern können als Recyclingfasern wieder verwendet werden. In all the process variants described above, the semi-finished fiber products may comprise reinforcing fibers. The reinforcing fibers may be organic or inorganic reinforcing fibers. The reinforcing fibers may be, for example, carbon fibers. These form with the plastic matrix a carbon fiber reinforced plastic, also called CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP). The associated FRP component is then a CFRP component. The reinforcing fibers can also be glass fibers, for example. These form with the plastic matrix a glass fiber reinforced plastic, also called GRP. The associated FRP component is then a GRP component. However, the invention is not limited thereto, and the reinforcing fibers may be e.g. also aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, PMMA fibers, basalt fibers, boron fibers, ceramic fibers, silica fibers, steel fibers and / or natural fibers. Moreover, the fibers described above may also be recycled fibers. This includes fibers which are obtained as clipping residues of preceding processing steps and generally are not impregnated, i. are dry. However, recycled fibers can also be obtained from fiber-reinforced components, with the so-called pyrolysis process having been established for this purpose in the prior art. In this case, the matrix is separated from the fibers and the fibers thus obtained can be reused as recycled fibers.

Die Fasern können als Gelege, Gewebe, Geflecht oder als Wirrfaser in einer Faserlage des Halbzeugs vorgesehen sein. Darüber hinaus kann das Faserhalbzeug auch mehrere Faserlagen umfassen, die auch aus einer Kombination der oben genannten Schichtarten bestehen kann. The fibers may be provided as a scrim, fabric, braid or as a random fiber in a fiber layer of the semifinished product. In addition, the semifinished fiber can also comprise a plurality of fiber layers, which may also consist of a combination of the above-mentioned types of layers.

Das Material der Kunststoffmatrix mag insbesondere ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffe (Thermoplaste) und/oder duroplastische Kunststoffe (Duroplaste) aufweisen. Faserverstärkte Kunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix weisen den Vorteil auf, dass sie sich nachträglich umformen oder verschweißen lassen. Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich beispielsweise: Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE). Faserverstärkte Kunststoffe mit einer duroplastischen Matrix lassen sich nach dem Aushärten bzw. dem Vernetzen der Matrix nicht mehr umformen. Sie weisen vorteilhafterweise einen hohen Temperatureinsatzbereich auf. Dies gilt besonders für heißhärtende Systeme, die unter hohen Temperaturen ausgehärtet werden. Faserverstärkte Kunststoffe mit duroplastischer Matrix weisen meist die höchsten Festigkeiten auf. Als duroplastische Kunststoffe bzw. Matrix können z.B. folgende Harze zur Anwendung kommen: Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF). The material of the plastic matrix may in particular comprise one or more thermoplastics (thermoplastics) and / or duroplastic plastics (thermosetting plastics). Fiber-reinforced plastics with a thermoplastic matrix have the advantage that they can be subsequently reshaped or welded. Suitable thermoplastics include, for example: polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethene (PTFE). Fiber-reinforced plastics with a thermosetting matrix can not be reshaped after curing or crosslinking of the matrix. They advantageously have a high temperature range of use. This is especially true for hot-curing systems that cure under high temperatures. Fiber-reinforced plastics with duroplastic matrix usually have the highest strengths. As thermosetting plastics or matrix, e.g. epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR), amino resins, melamine resin (MF / MP) and / or urea resin (UF).

Im Folgenden sollen die Vorteile der Erfindung nochmals zusammengefasst werden. Durch die Kombination der Herstellung einer Trägerstruktur durch Pressen zwischen zwei Werkzeughälften und der Beschichtung in demselben Presswerkzeug entstehen kurze Zykluszeiten. Durch die Erzeugung einer zusätzlichen Beschichtung auf der Verstärkungsstruktur kann die Gefahr von Faserabzeichnungen reduziert werden. Darüber hinaus bietet das Herstellungsverfahren den Vorteil einer kostenreduzierten Fertigung von Faserverbundbauteilen, wodurch diese auch für die Verwendung handelsüblicher Fahrzeuge genutzt werden können. Die Verwendung von Recyclingfasern bietet den Vorteil einer weiteren Kostenreduzierung des Verfahrens. Darüber hinaus verbessert sich der Passantenschutz, da die recycelten Fasern im Allgemeinen Fasern kurzer Länge sind und eine nachgiebige Verstärkungsstruktur ausbilden. In the following, the advantages of the invention will be summarized again. By the combination of producing a carrier structure by pressing between two mold halves and the coating in the same pressing tool results in short cycle times. By creating an additional coating on the reinforcing structure, the risk of fiber marks can be reduced. In addition, the manufacturing process offers the advantage of a cost-reduced production of fiber composite components, whereby they can also be used for the use of commercial vehicles. The use of recycled fibers offers the advantage of further reducing the cost of the process. In addition, pedestrian protection improves since the recycled fibers are generally short length fibers and form a compliant reinforcing structure.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert werden. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the description of the figures.

Die Figurenbeschreibung, die Ansprüche und die Figuren zeigen eine Vielzahl von Merkmalen, die ein Fachmann auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um sie an entsprechende Anforderungen anzupassen. The description of the figures, the claims and the figures show a large number of features which a person skilled in the art would also consider in another combination in order to adapt them to corresponding requirements.

Es zeigen in schematischer Darstellung: In a schematic representation:

1A bis 1C Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kunststoffbauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1A to 1C Method steps for producing a plastic component according to a first exemplary embodiment,

1D ein Kunststoffbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens, 1D a plastic component according to a first embodiment of the method,

1E ein Kunststoffbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform, 1E a plastic component according to a second embodiment,

2A bis 2C Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kunststoffbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens, 2A to 2C Method steps for producing a plastic component according to a third embodiment of the method,

2D den Aufbau einer ersten Ausführungsform eines Bauteils hergestellt gemäß der dritten Ausführungsform des Verfahrens und 2D the construction of a first embodiment of a component manufactured according to the third embodiment of the method and

2E den Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines Bauteils hergestellt gemäß der dritten Ausführungsform des Verfahrens. 2E the structure of a second embodiment of a component manufactured according to the third embodiment of the method.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Faserhalbzeug 21, welches mit einem Harz vorimprägniert ist, zwischen zwei Bauteilhälften 11, 12 eines Werkzeugbauteils 10 eingelegt. Zur Herstellung der Trägerstruktur 21 wird mit den Bauteilhälften 11, 12 ein Druck gezielt aufgebaut und damit das Faserhalbzeug zwischen den Werkzeughälften gepresst, um die Matrix des vorimprägnierten Halbzeugs auszuhärten. Dies ist in 1A dargestellt. Nachdem das Harz ausreichend ausgehärtet ist, wird der Pressdruck reduziert und die obere Werkzeughälfte 11 um einen vorbestimmten Hub h angehoben. Dadurch bildet sich ein Spalt zwischen der oberen Werkzeughälfte 11 und der Trägerstruktur 21 aus, vgl. 1B. In diesen Spalt bzw. Kavität wird ein Beschichtungsmaterial in eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Aufsprühen des Beschichtungsmaterials mit Hilfe einer Sprüheinrichtung 13 erfolgen. Nachdem der Spalt mit dem Beschichtungsmaterial befüllt ist, werden die Werkzeughälften 11, 12 wieder aufeinander zubewegt und damit das Material, welches die Beschichtung 22 ausbildet, in einem zweiten Pressschritt mit Druck und/oder mit Temperatur beaufschlagt. Dieser Schritt ist in 1C dargestellt. Durch die Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur erfolgt eine Aushärtung des Beschichtungsmaterials zur Beschichtung 22. According to a first embodiment of the method is a semi-finished fiber 21 , which is preimpregnated with a resin, between two component halves 11 . 12 a tool component 10 inserted. For the preparation of the support structure 21 becomes with the component halves 11 . 12 a targeted pressure and thus pressed the semi-finished fiber between the mold halves to cure the matrix of pre-impregnated semi-finished. This is in 1A shown. After the resin has hardened sufficiently, the pressing pressure is reduced and the upper mold half 11 raised by a predetermined stroke h. This creates a gap between the upper mold half 11 and the support structure 21 out, cf. 1B , In this gap or cavity, a coating material is introduced into. This can be done, for example, by spraying the coating material with the aid of a spraying device 13 respectively. After the gap is filled with the coating material, the tool halves become 11 . 12 moved back towards each other and thus the material which the coating 22 forms, applied in a second pressing step with pressure and / or temperature. This step is in 1C shown. By applying pressure and / or temperature, the coating material hardens to coat 22 ,

Das in den 1A bis 1C beschriebene Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst somit zwei Schritte, in denen das Bauteil verpresst wird. In einem ersten Pressschritt wird folglich die Trägerstruktur 21 erzeugt und in einem zweiten Pressschritt die Beschichtung 22. Alternativ zu der in 1B dargestellten Ausführungsform, in der das Material für die Beschichtung in flüssiger oder pastöser Form über die Sprüheinrichtung 13 in den Spalt zwischen den Werkzeughälften 11 und 12 eingebracht wird, kann das Beschichtungsmaterial auch in Pulverform oder als Folie zwischen die Werkzeughälften 11, 12 eingebracht werden. Hierzu muss das Werkzeug 10 entsprechend ausgebildet sein bzw. die Werkzeughälften 11, 12 entsprechend weit auseinander aufgefahren werden. That in the 1A to 1C described manufacturing method according to the first embodiment thus comprises two steps in which the component is pressed. In a first pressing step, consequently, the support structure 21 produced and in a second pressing step, the coating 22 , Alternatively to the in 1B illustrated embodiment, in which the material for the coating in liquid or pasty form on the spray 13 into the gap between the tool halves 11 and 12 is introduced, the coating material may also be in powder form or as a film between the mold halves 11 . 12 be introduced. This requires the tool 10 be trained accordingly or the tool halves 11 . 12 be driven far apart accordingly.

Der Aufbau eines Kunststoffbauteils 20, das mit der in den 1A bis 1C dargestellten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt wurde, ist in 1D dargestellt. Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst dieses Kunststoffbauteil eine Trägerstruktur 21, die bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, auf der eine Beschichtung 22 ausgebildet ist. The structure of a plastic component 20 that with the in the 1A to 1C illustrated embodiment of the method has been prepared in 1D shown. According to a first embodiment, this plastic component comprises a support structure 21 , which is preferably formed of fiber-reinforced plastic, on which a coating 22 is trained.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, welches dieselben Verfahrensschritte umfasst, die in den 1A bis 1C dargestellt sind, kann ein Aufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform erzeugt werden. Dieser Aufbau ist in der 1E dargestellt. Der Aufbau des Kunststoffbauteils 20‘ gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich prinzipiell nur durch den Aufbau der Trägerstruktur 21‘ von der in 1D dargestellten Ausführungsform. Wie aus 1E ersichtlich ist, ist die Trägerstruktur 21‘ in Sandwichbauweise ausgebildet. Diese umfasst zwei Decklagen 210. 212 aus Faserverbundmaterial, zum Beispiel Recycling-CFK. Darüber hinaus umfasst sie einen temperaturbeständigen Kern 211, beispielsweise aus Polyamidschaum. Analog zum im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren wird die Trägerstruktur bzw. das Halbzeug zur Ausbildung der Trägerstruktur 21‘ gemäß 1A zwischen zwei Werkzeughälften 11, 12 mit Druck und Temperatur beaufschlagt, um dieses auszuhärten bzw. zu erstellen. Danach erfolgt erneut ein Hub h der Werkzeughälften 11, 12, um Beschichtungsmaterial dazwischen einzubringen. Durch ein erneutes Verpressen wird die Beschichtung 22 auf der Trägerstruktur 21‘ erzeugt. According to a second embodiment of the method, which comprises the same method steps, which in the 1A to 1C are shown, a structure according to a second embodiment can be produced. This structure is in the 1E shown. The structure of the plastic component 20 ' according to the second embodiment differs in principle only by the structure of the support structure 21 ' from the in 1D illustrated embodiment. How out 1E is apparent, is the support structure 21 ' designed in sandwich construction. This includes two cover layers 210 , 212 made of fiber composite material, for example recycled CFRP. In addition, it includes a temperature-resistant core 211 , for example Polyamide foam. Analogously to the method described above, the carrier structure or the semifinished product is used to form the carrier structure 21 ' according to 1A between two mold halves 11 . 12 subjected to pressure and temperature to cure or create this. Thereafter, there is again a stroke h of the tool halves 11 . 12 to introduce coating material therebetween. By re-pressing the coating becomes 22 on the support structure 21 ' generated.

Um die Trägerstruktur 21 nicht zu beschädigen, dürfen beim Aufbringen des Beschichtungsmaterials sowie während des Pressvorgangs bestimmte Drücke nicht überschritten werden. Bei der Herstellung eines Bauteils 20, vgl. 1D, mit monolithischer Trägerstruktur 21 liegen diese Drücke im Bereich von 12 Bar bis 15 Bar bevorzugt im Bereich von 12 Bar bis 13 Bar. Bei der Herstellung eines Bauteils 20‘, vgl. 1E, mit einem sandwichartigen Aufbau, besteht die Gefahr, dass der Kern 211 kollabiert. In dieser Variante liegen die Drücke im Bereich bis zu 10 Bar. Jedoch können je nach Aufbau oder Material des Kerns 211 auch Drücke über 2 Bar den Kern beschädigen. In diesen Fällen liegen die Pressdrücke sowie der Druck beim Aufbringen des Beschichtungsmaterial im Bereich von bis zu 2 Bar. To the carrier structure 21 not to damage, certain pressures must not be exceeded when applying the coating material and during the pressing process. In the manufacture of a component 20 , see. 1D , with monolithic support structure 21 These pressures are in the range of 12 bar to 15 bar, preferably in the range of 12 bar to 13 bar. In the manufacture of a component 20 ' , see. 1E , with a sandwich-like construction, there is a risk that the core 211 collapsed. In this variant, the pressures are in the range up to 10 bar. However, depending on the structure or material of the core 211 also pressures above 2 bar damage the core. In these cases, the pressing pressures and the pressure when applying the coating material in the range of up to 2 bar.

Von den im Vorhergehenden beschriebenen zwei Ausführungsformen des Verfahrens unterscheidet sich die dritte Verfahrensvariante grundsätzlich. Diese Verfahrensvariante ist in den 2A bis 2C gezeigt und umfasst nur einen einzigen Pressschritt. Of the two embodiments of the method described above, the third variant of the method differs in principle. This process variant is in the 2A to 2C shown and includes only a single pressing step.

Ausgangspunkt dieser Verfahrensvariante ist der Auftrag einer Pulverschicht auf eine Wirkoberfläche der oberen Werkzeughälfte 11. In 2A ist das Werkzeug 10 in einer symbolischen, geöffneten Position dargestellt, in der die obere Werkzeughälfte 11 zur unteren Werkzeughälfte 12 angewinkelt ist. Gegebenenfalls erfolgt ein Auftrag einer zweiten, schneller härtenden Pulverschicht auf die vorbeschichtete Wirkoberfläche der oberen Werkzeughälfte 11. Danach wird ein mit Harzmaterial vorimprägniertes Halbzeug 21 auf die Wirkoberfläche der unteren Werkzeughälfte 12 aufgelegt, vgl. die Darstellung in 2B. Anschließend erfolgt in 2C ein Pressschritt. In diesem Pressschritt wird mit dem Werkzeug 10 bzw. mit den Werkzeughälften 11, 12 die dazwischenliegende Halbzeugstruktur und das zwischen den Werkzeughälften liegende Pulvermaterial mit Temperatur und/oder mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird zeitgleich die Matrix der Trägerstruktur 21 und das Material zur Ausbildung der Beschichtung 22 ausgehärtet, so dass sowohl die Beschichtung 22 wie auch die Trägerstruktur 21 zeitgleich ausgebildet werden. Starting point of this process variant is the application of a powder layer on an active surface of the upper mold half 11 , In 2A is the tool 10 shown in a symbolic, open position, in which the upper mold half 11 to the lower half of the mold 12 is angled. Optionally, a second, faster-curing powder layer is applied to the precoated active surface of the upper mold half 11 , Thereafter, a pre-impregnated with resin material semis 21 on the active surface of the lower mold half 12 applied, cf. the representation in 2 B , Subsequently, in 2C a pressing step. In this pressing step is done with the tool 10 or with the tool halves 11 . 12 the intermediate semifinished structure and the powder material lying between the mold halves with temperature and / or pressurized. As a result, at the same time the matrix of the support structure 21 and the material for forming the coating 22 cured so that both the coating 22 as well as the support structure 21 be formed at the same time.

Analog zur obigen Beschreibung mit Bezug zur 1D und 1E kann auch mit den in den 2A bis 2C beschriebenen Verfahrensvariante ein monolithischer Aufbau eines Kunststoffbauteils erzeugt werden, vgl. 2D. Alternativ kann auch ein Aufbau generiert werden, in den die Trägerstruktur 21‘ einen Sandwichaufbau aufweist, vgl. 2E. Analogous to the above description with reference to 1D and 1E can also with the in the 2A to 2C process variant described a monolithic structure of a plastic component can be generated, see. 2D , Alternatively, a structure can be generated in which the support structure 21 ' has a sandwich construction, cf. 2E ,

Innerhalb der im Vorhergehenden beschriebenen Verfahrensvarianten ist es jedoch zwingend erforderlich, dass der Aushärteprozess vollkommen abgeschlossen ist, d. h. es muss eine Glasübergangstemperatur definiert und überschritten werden, bei der die Kunststoffanteile der Matrix bzw. der Beschichtung vollständig aushärten. Dadurch ist sichergestellt, dass im weiteren Produktionsverlauf keine plastische Verformung des Bauteils mehr auftreten kann. Somit werden Einfallstellen und Welligkeiten an der Oberfläche bei einem nachträglichen Durchlauf einer KTL-Lackierung unterbunden. Der Aushärtegrad muss mindestens 98 % betragen. Gegebenenfalls ist ein zusätzlicher Temperprozess anzuschließen, um eine ausreichende Aushärtung und eine damit verbundene ausreichende Bauteilsteifigkeit zu erreichen und sicherzustellen. Within the process variants described above, however, it is imperative that the curing process be completely completed, i. H. It must be defined and exceeded a glass transition temperature at which the plastic components of the matrix or the coating cure completely. This ensures that no plastic deformation of the component can occur in the further course of production. Thus, sink marks and ripples on the surface during a subsequent passage of a cathodic dip paint coating are prevented. The degree of hardening must be at least 98%. If necessary, an additional annealing process is to be connected in order to achieve and ensure sufficient curing and an associated sufficient component rigidity.

Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Bauteil einer nachträglichen KTL-Lackierung unterzogen werden kann, ohne dass ein Verzug bzw. eine Beeinträchtigung des Bauteils erfolgt. Bei dem Durchlauf des Bauteils durch den KTL-Ofen wird es mit Temperaturen im Bereich von bis zu 190 °C beaufschlagt. Nach dem Durchlauf des KTL-Ofens kann die Oberfläche zusätzlich mit einer Decklackschicht und einer Klarlackschicht überzogen werden, um ein optisch gefälliges Erscheinungsbild zu erzeugen. In this way it can be ensured that the component can be subjected to a subsequent cathodic dip priming without any distortion or impairment of the component. During the passage of the component through the KTL furnace, it is exposed to temperatures in the range of up to 190 ° C. After passing through the KTL furnace, the surface can additionally be coated with a topcoat and a clearcoat to produce a visually pleasing appearance.

Ein mit den vorhergehenden Verfahrensvarianten beschriebenes Kunststoffbauteil bietet somit den Vorteil, dass es wie ein bisher bekanntes Blechteil behandelt werden kann und KTL-fähig ist. Dadurch kann es im Rohbau, d. h. im Montageprozess der Karosserie, bereits verbunden werden. Das Bauteil durchläuft damit den sogenannten Online-Fertigungsprozess, wie alle anderen Blechbauteile der Karosserie. Eine gesonderte Behandlung des Bauteils, bei dem dieses offline bearbeitet und lackiert wird und letztlich gesondert an die Karosserie montiert wird, kann entfallen. Dadurch können nachträgliche Montageschritte eingespart werden. A described with the preceding process variants plastic component thus offers the advantage that it can be treated like a previously known sheet metal part and is KTL-capable. As a result, it can in the shell, d. H. in the assembly process of the body, already connected. The component goes through the so-called online manufacturing process, like all other sheet metal parts of the body. A separate treatment of the component, in which this is edited offline and painted and ultimately separately mounted to the body, can be omitted. As a result, subsequent assembly steps can be saved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007023132 A1 [0002] DE 102007023132 A1 [0002]

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils (20), insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, mit den Schritten: – Erzeugen einer Trägerstruktur (21) aus faserverstärktem Kunststoff und – Aufbringen einer Beschichtung (22) auf mindestens einen Abschnitt der Trägerstruktur (21), wobei die beiden genannten Verfahrensschritte hintereinander oder zeitgleich ablaufen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (21) und die Beschichtung (22) in demselben Werkzeug (10) erzeugt werden. Method for producing a multilayer plastic component ( 20 ), in particular of a motor vehicle component, with the steps: - generating a carrier structure ( 21 ) made of fiber-reinforced plastic and - applying a coating ( 22 ) on at least a portion of the support structure ( 21 ), wherein the two mentioned method steps can take place in succession or at the same time, characterized in that the support structure ( 21 ) and the coating ( 22 ) in the same tool ( 10 ) be generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Trägerstruktur (21) mindestens ein mit Matrixmaterial imprägniertes Faserhalbzeug zwischen zwei Werkzeughälften (11, 12) des Werkzeugs (10) mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt wird. Method according to claim 1, characterized in that for producing the support structure ( 21 ) at least one semifinished product impregnated with matrix material between two mold halves ( 11 . 12 ) of the tool ( 10 ) is subjected to pressure and / or temperature. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Trägerstruktur (21) zwei mit Matrixmaterial vorimprägnierte Faserhalbzeuge (210, 212), zwischen denen eine Abstandsschicht (211) vorgesehen ist, zwischen den Werkzeughälften (11, 12) des Werkzeugs (10) mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt werden. Method according to claim 2, characterized in that for producing the support structure ( 21 ) two semi-finished fiber products preimpregnated with matrix material ( 210 . 212 ), between which a spacer layer ( 211 ), between the tool halves ( 11 . 12 ) of the tool ( 10 ) are subjected to pressure and / or temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzeugung der Trägerstruktur (21) das Werkzeug um einen vorbestimmten Hub (h) geöffnet wird und in die dadurch freigegebene Kavität ein Material zur Erzeugung der Beschichtung (22) eingebracht wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that after generation of the support structure ( 21 ) the tool is opened by a predetermined stroke (h) and in the thereby released cavity a material for producing the coating ( 22 ) is introduced. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Beschichtungsmaterials mittels der Werkzeughälften (11, 12) das Material mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt wird. A method according to claim 4, characterized in that after the introduction of the coating material by means of the tool halves ( 11 . 12 ) the material is subjected to pressure and / or temperature. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das als Material zur Erzeugung der Beschichtung (22) Polyurethan (PUR), Epoxidharze, Acrylharze wie beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet wird. Method according to claim 5, characterized in that as a material for producing the coating ( 22 ) Polyurethane (PUR), epoxy resins, acrylic resins such as polymethylmethacrylate (PMMA) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial als Flüssigkeit, als teigförmige Masse oder in fester Form, insbesondere als Folie oder als Pulver, aufgebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating material is applied as a liquid, as a dough-like mass or in solid form, in particular as a film or as a powder. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – zuerst auf eine Wirkoberfläche einer Werkzeughälfte (11) eine Beschichtung aus Pulvermaterial aufgebracht wird und – danach zur Ausbildung der Beschichtung (22) aus dem Pulvermaterial und der Trägerstruktur (21) aus dem faserverstärktem Kunststoff mit den Werkzeughälften (11, 12) des Werkzeugs (10) eine Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung erfolgt, wodurch die Beschichtung (22) und das Trägerteil (21) ausgebildet werden. Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that - first on an active surface of a mold half ( 11 ) is applied a coating of powder material and - then to form the coating ( 22 ) of the powder material and the support structure ( 21 ) of the fiber-reinforced plastic with the tool halves ( 11 . 12 ) of the tool ( 10 ) a pressure and / or temperature is applied, whereby the coating ( 22 ) and the carrier part ( 21 ) be formed. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Beschichtung (22) zuerst eine erste Schicht Pulvermaterial auf die Wirkoberfläche einer Werkzeughälfte (11) und danach eine zweite Schicht Pulvermaterial auf die Werkzeughälfte (11) aufgebracht wird, wobei die erste Schicht Pulvermaterial schneller aushärtet als die zweite Schicht Pulvermaterial. A method according to claim 8, characterized in that for the production of the coating ( 22 ) first a first layer of powder material on the active surface of a mold half ( 11 ) and then a second layer of powder material on the mold half ( 11 ), wherein the first layer of powder material hardens faster than the second layer of powder material.
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