WO2005002825A1 - Verfahren zur herstellung eines kunststoff-metall-verbundbauteils - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kunststoff-metall-verbundbauteils Download PDF

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    • B29L2023/004—Bent tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a plastic-metal composite component, at least consisting of a hollow body made of metal or
  • Plastic which has at least one opening and is injection molded with thermoplastic and / or partially or completely overmolded.
  • Hollow chamber composite components consisting of a half shell and a cover plate are known, for example, from DE-A 198 48 516. To connect the half shell with the cover plate.
  • Injection molded thermoplastic is used for the cover plate or the cover shell.
  • the half-shell and the cover plate have e.g. a peripheral edge, which is provided with openings on which e.g. Riveted connections made of molded plastic are attached.
  • beads can also be provided, on which a shear-resistant, positive connection can also be produced by means of molded plastic.
  • DE-A 198 48 516 discloses other methods for connecting two or more molded parts, such as welding, gluing, flanging, clinching, riveting, which can be used individually or in combination for connecting molded parts.
  • the highly mechanically stressable hollow chamber lightweight components are used, for example, in vehicle construction.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a plastic-metal composite component which consists of at least one hollow body made of metal or plastic, in which the hollow body is not deformed when molded and / or extrusion-coated with thermoplastic.
  • the invention relates to a method for producing a plastic-metal, composite component, at least consisting of a hollow body made of metal or plastic, which has at least one opening and is injected with thermoplastic and / or is partially or completely extrusion-coated, characterized in that at Injection and / or extrusion coating of the hollow body is completely filled with an incompressible liquid.
  • the incompressible liquid with which, according to the invention, the hollow body is filled with thermoplastic during the injection molding or overmolding of the hollow body, prevents the plastic deformation of the hollow body by the injection pressure.
  • the incompressible liquid provides the necessary back pressure against the spray pressure.
  • a maximum pressure of 130 bar is applied to the incompressible liquid.
  • the incompressible liquid can be, for example, water, a water-oil mixture, in particular an oil-in-water emulsion, a water-glycol mixture or a (mineral) oil.
  • Such liquids are, for example, as hydraulic liquids of the HFA category (oil-in-water emulsions or solutions, which more known as 80% water), HFB (water-in-oil emulsion with a water content of approx. 45%) and HFC (polymer-water or water-glycol mixture with a water content of at least 35%). It is also possible to use electro-viscous or magnetoviscose liquids.
  • the hollow body has at least one opening through which the incompressible liquid is supplied before injection with plastic and is discharged again after injection.
  • the hollow body is preferably filled with the liquid after the hollow body has been inserted into the injection mold. However, the filled hollow body can also be inserted into the injection mold. After the hollow body has been filled with the liquid, the opening is closed by a • lid, stopper or the like.
  • the hollow body can have any shape. In particular, it can also be branched, angled, curved, round or angular, since any shape can be filled by the incompressible liquid.
  • the hollow body is preferably a one-piece hollow body, i.e. the hollow body is closed on all sides with the exception of at least one opening. If the hollow body is in several parts, the connection points of the molded parts must be liquid-tight. This can be done, for example, by the shaped parts being connected by means of a material connection, e.g. by welding, gluing or in a cold joining process, in particular in the case of molded parts made of aluminum. If the film parts are not connected to one another in a liquid-tight manner, for example by clamping, screwing or material shaping, seals can also be provided.
  • Preferred metals for the hollow body are steel, nickel, chromium, iron, copper, zinc, titanium, aluminum and magnesium and alloys of these metals.
  • the wall thickness of the hollow body can be chosen arbitrarily. The wall thickness is typically 1 to 3 mm.
  • thermoplastic plastics for example polycarbonate (PC), thermoplastic polyurethane (PU), polyester, in particular polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), syndiotactic polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polypropylene oxide (PPO), polysulfone (PSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polyketone
  • PC polycarbonate
  • PU thermoplastic polyurethane
  • PET polyethylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PPO polypropylene oxide
  • PSO polysulfone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PI polyimide
  • PEEK polyamide
  • PA polybutylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • thermoplastic for the injection molding or overmolding of the hollow body
  • PA polyamide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PU thermoplastic polyurethane
  • Polyolefin in particular polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polypropylene oxide
  • Polyphenylene sulfide PPS
  • polyimide PI
  • PEEK polyether ether ketone
  • the support of the hollow body with an incompressible liquid makes it possible to inject or overmold hollow bodies of any shape with thermoplastic material.
  • the hollow body no longer has to be supported against the injection pressure by internal support elements in order to avoid plastic deformation or collapse of the hollow body.
  • Figure 1 shows a metal-plastic composite component, produced by the method according to the invention
  • Figure 2 is a longitudinal section of the metal-plastic composite component of Figure 1 in the injection mold
  • FIG. 1 shows a metal-plastic composite component 1 which has been produced by the method according to the invention.
  • the composite component 1 consists of a tubular hollow body 2 made of metal.
  • the hollow body 2 has curvatures.
  • the hollow body 2 has different diameters at different points.
  • the hollow body 2 has two openings 4, 4.
  • the hollow body 2 is overmolded with ⁇ thermoplastic plastic.
  • the overmoldings 3, 3', 3" represent functional elements.
  • Figure 2 shows the metal-plastic composite component 1 in an injection mold 7 in longitudinal section.
  • the hollow body 2 is closed at its openings 4, 4 'with stopper-like slides 5, 5' after the injection mold has been closed and before it is filled with the incompressible liquid.
  • the slide 5 has a bore 6 through which the incompressible liquid is fed into the hollow body.
  • the slides 5,5 'do not seal completely, so that the trapped air can escape.
  • the hollow body 2 is completely filled, it is completely closed by the slides 5, 5 '. By closing completely, pressure is built up in the hollow body.
  • the hollow body 2 is filled or emptied by a hydraulic control which controls the pressure, the direction of flow or the flow stop.
  • a tubular hollow body 2 made of sheet steel with a diameter of 100 mm and a sheet thickness of .2 mm is inserted into the injection mold 7.
  • the hollow body 2 is overmolded in a ring around the circumference over a width of 40 mm with glass fiber reinforced polyamide 6 (PA 6 GF30).
  • the thickness of the plastic layer is 3 mm.
  • the overmold is plastically deformed during the overmolding
  • the steel sheet is pressed in by about 30 mm.
  • the molded body 2 according to Example 1 is after insertion into the
  • Injection mold 7 filled with oil. A pressure of approx. 90 bar is applied to the liquid.
  • the hollow body 2 is then extrusion coated with glass fiber reinforced polyamide 6 (PA 6 GF30) analogously to example 1.
  • PA 6 GF30 glass fiber reinforced polyamide 6
  • the incompressible liquid provided a sufficiently high counter pressure against the injection pressure, so that the deformation was less than 1 mm. The plastic deformation is reduced to such an extent that the plastic-metal composite component 1 can take over all the intended structural structures.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils (1), wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff (2), welcher mindestens eine Öffnung (4, 4′) aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, wobei beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.

Description

Nerfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Verbundbauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall- Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder
Kunststoff, welcher mindestens eine Öffiiung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird.
Hohlkammer- Verbundbauteile, bestehend aus einer Halbschale und einer Deckplatte, sind z.B- aus DE-A 198 48 516 bekannt. Zum Verbinden der Halbschale mit der
Deckplatte bzw. der Deckschale wird angespritzter thermoplastischer Kunststoff eingesetzt. Dazu weisen die Halbschale und die Deckplatte z.B. einen umlaufenden Rand auf, der mit Durchbrüchen versehen ist, an denen z.B. Nietverbindungen aus angespritztem Kunststoff angebracht sind. Alternativ oder zusätzlich können auch Sicken vorgesehen sein, an denen ebenfalls eine schubfeste, foπnschlüssige Verbindung mittels angespritztem Kunststoff hergestellt werden kann. Darüber hinaus sind aus DE-A 198 48 516 andere Verfahren zum Verbinden zweier oder mehrerer Formteile wie Schweißen, Kleben, Bördeln, Clinchen, Nieten bekannt, welche einzeln oder in Kombination zum Verbinden von Formteilen eingesetzt werden können.
Die hoch mechanisch beanspruchbaren Hohlkammer-Leichtbauteile werden beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt.
Beim Umspritzen eines Hohlkörpers mit thermoplastischem Kunststoff bzw. Anspritzen von Formteilen an einen Hohlkörper zur Herstellung eines Hohlkammer- Verbundbauteils ist der Spritzdruck so groß, dass sich der Hohlkörper stark deformiert oder kollabiert. Um die plastische Verformung von Hohlkörpern beim Anspritzen des Kunststoffs zu vermeiden, ist bekannt, die Hohlkörper von innen durch Kerne, Schieber o. dgl. abzustützen. Dies ist jedoch nur bei Hohlkörpern mit einfacher Geometrie, z.B. gerade oder gleichmäßig gekrümmte Rohre mit konstantem Durchmesser, möglich. Hohlkörper von beliebiger Geometrie, beispielsweise gewinkelt, verzweigt oder unregelmäßig gebiimmt mit verschiedenen Durchmessern, wie z.B. Rohre mit Einschnürungen oder Veηüngungen, können nicht mittels Schiebern, welche durch Öffnungen in den Hohlkörper eingeführt werden, gegen den Spritzdruck abgestützt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall- Verbundbauteils, welches wenigstens aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff besteht, bereit zu stellen, bei dem der Hohlkörper beim Anspritzen und/oder Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff nicht deformiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall- , Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist. Die inkompressible Flüssigkeit, mit der der Hohlkörper erfindungsgemäß während des Anspritzens bzw. Umspritzens des Hohlkörpers mit thermoplastischem Kunststoff gefüllt ist, verhindert die plastische Verformung des Hohlkörpers durch den Spritzdruck. Die inkompressible Flüssigkeit liefert dabei den nötigen Gegendruck gegen den Spritzdruck. In einer bevorzugten Ausfllhrungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird ein Druck von maximal 130 bar auf die inkompressible Flüssigkeit aufgebracht.
Die inkompressible Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser, ein Wasser-Öl-Gemisch, insbesondere eine Öl-in- Wasser-Emulsion, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein (Mineral-)Öl sein. Solche Flüssigkeiten sind beispielsweise als hydraulische Flüssigkeiten der Kategorie HFA (Öl-in- Wasser-Emulsionen oder Lösungen, welche mehr als 80 % Wasser enthalten), HFB (Wasser-in-Öl-Emulsion mit einem Wassergehalt von ca. 45 %) und HFC (Polymer- Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch mit einem Wassergehalt von mind. 35 %) bekannt. Es ist außerdem möglich, elektro viskose oder magnetoviskose Flüssigkeiten einzusetzen.
Der Hohlkörper weist mindestens eine Öffnung auf, durch die die inkompressible Flüssigkeit vor dem Anspritzen mit Kunststoff zugeführt und nach dem Anspritzen wieder abgeführt wird. Das Befüllen des Hohlkörpers mit der Flüssigkeit erfolgt bevorzugt nach dem Einlegen des Hohlkörpers in das Spritzgießwerkzeug. Es kann aber auch der gefüllte Hohlkörper in das Spritzgießwerkzeug eingelegt werden. Nach dem Befüllen des Hohlkörpers mit der Flüssigkeit wird die Öffnung durch einen • Deckel, Stopfen o. dgl. geschlossen.
Der Hohlkörper kann eine beliebige Form aufweisen. Er kann insbesondere auch verzweigt, gewinkelt, gekrümmt, rund oder eckig sein, da jede beliebige Form von der inkompressiblen Flüssigkeit angefüllt werden kann. Bei dem Hohlkörper handelt es sich bevorzugt um einen einteiligen Hohlkörper, d.h. der Hohlkörper ist mit Ausnahme von mindestens einer Öffnung allseitig geschlossen. Ist der Hohlkörper mehrteilig, so müssen die Verbindungsstellen der Formteile flüssigkeitsdicht sein. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Formteile mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, z.B. durch Schweißen, Kleben oder in einem Kaltfüge- verfahren, insbesondere bei Formteilen aus Aluminium, miteinander verbunden sind. Sind die Foπnteile nicht flüssigkeitsdicht miteinander verbunden beispielsweise durch Klemmen, Schrauben oder Materialumformung, so können auch Dichtungen vorgesehen sein.
Bevorzugte Metalle für den Hohlkörper sind Stahl, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer, Zink, Titan, Aluminium und Magnesium sowie Legierungen dieser Metalle. Die Wandstärke des Hohlkörpers kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Typischerweise beträgt die Wandstärke 1 to 3 mm. Bevorzugte Kunststoffe für den Hohlkörper sind unverstärkte, verstärkte und/oder gefüllte, thermoplastische Kunststoffe, z.B. Polycarbonat (PC), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylen- oxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyketon
(PEEK), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder eine Mischung dieser Kunststoffe.
Als thermoplastischer Kunststoff für das Anspritzen bzw. Umspritzen des Hohl- körpers eignet sich insbesondere ein unverstärkter, verstärkter und/oder gefüllter
Kunststoff auf Basis von Polyamid (PA), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO),
Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyetheretherketon (PEEK) oder eine Mischung dieser Kunststoffe.
Die Abstützung des Hohlkörpers mit einer inkompressiblen Flüssigkeit erlaubt es, Hohlkörper beliebiger Form mit thermoplastischem Kunststoff anzuspritzen bzw. zu umspritzen. Der Hohlkörper muss nicht mehr durch innen anliegende Stützelemente gegen den Spritzdruck abgestützt werden, um plastische Verformungen oder ein Kollabieren des Hohlkörpers zu vermeiden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Metall-Kunststoff- Verbundbauteil, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Figur 2 ein Längsschnitt des Metall-Kunststoff- Verbundbauteils nach Figur 1 im Spritzgießwerkzeug
In Figur 1 ist ein Metall-Kunststoff- Verbundbauteil 1 dargestellt, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Das Verbundbauteil 1 besteht aus einem rohrförmigen Hohlkörper 2 aus Metall. Der Hohlkörper 2 weist Krümmungen auf. Der Hohlkörper 2 besitzt an verschiedenen Stellen verschiedene Durchmesser. Der Hohlkörper 2 hat zwei Öffnungen 4, 4 . In den Bereichen 3, 3', 3" ist der Hohlkörper 2 mit ■ thermoplastischem Kunststoff umspritzt. Die Um- spritzungen 3 , 3 ' , 3 " stellen Funktionselemente dar.
Figur 2 zeigt das Metall-Kunststoff- Verbundbauteil 1 in einem Spritzgießwerkzeug 7 im Längsschnitt. Der Hohlkörper 2 wird nach dem Schließen des Spritzgießwerkzeugs und vor dem Befüllen mit der ihkompressiblen Flüssigkeit an seinen Öffnungen 4, 4' mit stopfenähnlichen Schiebern 5, 5' geschlossen. Der Schieber 5 weist eine Bohrung 6 auf, durch die die inkompressible Flüssigkeit in den Hohlkörper zugefiihrt wird. Während des Befüllens dichten die Schieber 5,5' nicht vollständig ab, so dass die eingeschlossene Luft entweichen kann. Sobald der Hohlkörper 2 vollständig gefüllt ist, wird er durch die Schieber 5,5' vollständig geschlossen. Durch das vollständige Schließen wird Druck in dem Hohlkörper aufgebaut. Das
Befüllen bzw. Entleeren des Hohlkörpers 2 erfolgt durch eine Hydrauliksteuerung, welche den Druck, die Fließrichtung bzw. den Fließstopp steuert.
Beispiele
Beispiel 1 (NergleichsbeispieD
Ein rohrförmiger Hohlkörper 2 aus Stahlblech mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Blechdicke von .2 mm wird in das Spritzgießwerkzeug 7 eingelegt. In den Bereichen 3, 3', 3"wird der Hohlkörper 2 ringförmig entlang des Umfangs auf einer Breite von 40 mm mit glasfaserverstärktem Polyamid 6 (PA 6 GF30) umspritzt. Die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 3 mm. Der Hohlkörper wird beim Umspritzen plastisch verformt. Das Stahlblech wird um ca. 30 mm eingedrückt. Das Kunststoff-
Metall-Nerbundbauteil kann nicht bestimmungsgemäß eingesetzt werden.
Beispiel 2 (Ausführungsbeispiel)
Der gemäß Beispiel 1 umspritzte Hohlkörper 2 wird nach dem Einlegen in das
Spritzgießwerkzeug 7 mit Öl gefüllt. Es wird ein Druck von ca. 90 bar auf die Flüssigkeit aufgebracht. Anschließend wird der Hohlkörper 2 analog zu Beispiel 1 mit glasfaserverstärktem Polyamid 6 (PA 6 GF30) umspritzt. Die inkompressible Flüssigkeit lieferte einen ausreichend hohen Gegendruck gegen den Spritzdruck, so dass die Verformung unter 1 mm betrug. Die plastische Verformung ist so stark reduziert, dass das Kunststoff-Metall- Verbundbauteil 1 alle bestimmungsgemäßen St-nkturftinktionen übernehmen kann.

Claims

P atentansprtiche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall- Verbundbauteils, wenigstens bestehend aus einem Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff, welcher mindestens eine Öffnung aufweist und mit thermoplastischem Kunststoff angespritzt und/oder teilweise oder vollständig umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen und/oder Umspritzen der Hohlkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vollständig gefüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck von maximal 130 bar auf die inkompressible Flüssigkeit aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inkompressible Flüssigkeit Wasser, Öl, ein Wasser-Öl-Gemisch, insbe- sondere eine Öl-in- Wasser-Emulsion oder Wasser-in-Öl-Emulsion, oder ein Wasser-Glykol-Gemisch ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper aus Stahl, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer, Zink, Titan, Aluminium und Magnesium oder einer Legierung dieser Metalle besteht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper aus einem unverstärkten, verstärkten und/oder gefüllten, thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat (PC), fhermo- plastischem Polyurethan (PU), Polyester, insbesondere Polyethylentere- phthalat (PET), Polystyrol (PS), syndiotäktischem Polystyrol, Acrylnitril- Butadien-Styrol (ABS), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyketon (PEEK), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), oder einer Mischung dieser Kunststoffe besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thennoplastische Kunststoff zum Anspritzen und/oder Umspritzen ein unverstärkter, verstärkter und oder gefüllter Kunststoff auf Basis von Polyamid (PA), Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), Poly- butylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS), syndiotaktische Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyurethan (PU), Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylenoxid (PPO), Polysulfon (PSO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI), Polyetheretherketon (PEEK) oder eine Mischung dieser Kunststoffe ist.
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