DE102014108293A1 - Method for producing a lightweight component, in particular a body part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtbauteils (22), das aus einem Metallblech (16), einem Fasergewebe oder Fasergelege, das in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist (21) und einer Masse aus faserverstärktem Kunststoff (20) gebildet ist, insbesondere zum Herstellen eines Karosserieteils. Ein solches Verfahren weist erfindungsgemäße folgende Merkmale auf: – ein Formwerkzeug (1), das ein Formoberteil (2) und ein Formunterteil (3) aufweist, wird in eine geöffnete Stellung verfahren, – das Metallblech (16) wird von unten in das temperierte Formoberteil (2) eingesetzt und fixiert, – das Formunterteil (3) weist nach oben gerichtete Vorsprünge (4) auf, wobei zwischen die Vorsprünge (4) der faserverstärkte Kunststoff (20) eingebracht wird, der aufgeheizt ist, – auf die Vorsprünge (4) wird das Fasergewebe oder Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist (21) aufgeheizt abgelegt und drapiert, – das Formwerkzeug (1) wird in eine geschlossene Stellung verfahren, bei Verpressen des Fasergewebes oder Fasergeleges, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist (21) und Ausbilden einer Struktur (23) aus dem glasfaserverstärkten Kunststoff (20), der zwischen dem Fasergewebe oder Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist (21) und dem Formunterteil (3) angeordnet ist.The invention relates to a method for producing a lightweight component (22), which is formed from a metal sheet (16), a fiber fabric or fiber fabric embedded in a thermoplastic matrix (21) and a mass of fiber reinforced plastic (20), in particular for Making a body part. Such a method has the following features according to the invention: a forming tool (1) which has a top mold part (2) and a bottom mold part (3) is moved to an open position, - the metal sheet (16) is inserted from below into the tempered mold top part (2) inserted and fixed, - the lower mold part (3) has upwardly directed projections (4), wherein between the projections (4) of the fiber-reinforced plastic (20) is introduced, which is heated, - on the projections (4) the fibrous web or fiber web embedded in the thermoplastic matrix is deposited and draped (21) heated, - the mold (1) is moved to a closed position when pressing the fibrous web or fiber web embedded in the thermoplastic matrix (21 ) and forming a structure (23) of the glass fiber reinforced plastic (20), between the fiber fabric or fiber fabric, into the thermoplastic Kuns embedded material matrix (21) and the lower mold part (3) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtbauteils, das aus einem Metallblech, einem Fasergewebe oder einem Fasergelege, das in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, und einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Karosserieteils, das insbesondere als Längs- oder Querträger oder vertikal verlaufende Säule ausgeführt ist. The invention relates to a method for producing a lightweight component, which is formed from a metal sheet, a fiber fabric or a fiber fabric embedded in a thermoplastic resin matrix, and a fiber-reinforced plastic. In particular, the invention relates to a method for producing a body part, which is designed in particular as a longitudinal or cross member or vertically extending column.
Ein Fasergewebe oder Fasergelege, das in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, wird auch als Organoblech bezeichnet. A fibrous web or fiber web embedded in a thermoplastic resin matrix is also referred to as an organic sheet.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zum Herstellen eines Leichtbauteils, das aus einem Metallblech, einem Fasergewebe oder Fasergelege, das in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist und einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Das Verfahren soll es ermöglichen, das Leichtbauteil in einem Pressvorgang herzustellen und Verfahrensnachteile insbesondere das kritische Temperatur-Zeitmanagement zu vermeiden sowie die Positioniergenauigkeit der Komponenten zu verbessern. The object of the present invention is an alternative method for producing a lightweight component, which is formed from a metal sheet, a fiber fabric or a fiber fabric embedded in a thermoplastic matrix and a fiber-reinforced plastic. The method should make it possible to produce the lightweight component in a pressing process and process disadvantages in particular to avoid the critical temperature-time management and to improve the positioning accuracy of the components.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. The object is achieved by a method having the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet ein Formwerkzeug Verwendung, das ein Formoberteil und ein Formunterteil aufweist. Dieses Formwerkzeug wird zunächst in eine geöffnete Stellung verfahren. Anschließend wird ein Metallblech von unten in das temperierte Formoberteil eingesetzt und fixiert. Diese Fixierung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch Magnete oder durch mechanische Klemmen. Das Formunterteil weist nach oben gerichtete Vorsprünge auf. Zwischen diese Vorsprünge wird faserverstärkter Kunststoff eingebracht, der aufgeheizt ist. Auf die Vorsprünge wird das Fasergewebe oder Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, das Organoblech, aufgeheizt abgelegt und drapiert. Insbesondere wird das aufgeheizte, abgelegte Organoblech in einer Richtung drapiert und es erfolgt ein Formen in eine zweite Richtung durch nicht näher dargestellte Elemente, die Bereiche des Organoblechs, die über die Vorsprünge hinausragen, in die gewünscht Form drapieren. Anschließend wird das Formwerkzeug in die geschlossene Stellung verfahren. Hierbei erfolgt das Verpressen des Fasergewebes oder Fasergeleges, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, des Weiteren das Ausbilden einer Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff, der zwischen dem Fasergewebe oder Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, und dem Formunterteil angeordnet ist. Beim Schließen des Formwerkzeugs wird das Organoblech durch den Fluss des faserverstärkten Kunststoffes in die korrespondierende Kontur des Metallblechs gepresst und es wird entsprechend der Geometrie des Formunterteils die Struktur des Leichtbauteils aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Bei dem faserverstärkten Kunststoff handelt es sich insbesondere um einen glasverstärkten Kunststoff. Die Struktur dient insbesondere zur Verstärkung des Leichtbauteils. In the method according to the invention, a mold is used which has an upper mold part and a lower mold part. This mold is first moved to an open position. Subsequently, a metal sheet is inserted from below into the tempered top mold and fixed. This fixation can be done in different ways, for example by magnets or mechanical clamps. The lower mold part has upwardly directed projections. Between these projections fiber-reinforced plastic is introduced, which is heated. On the projections, the fiber fabric or fiber fabric embedded in the thermoplastic resin matrix, the organic sheet, stored and draped heated. In particular, the heated, deposited organo sheet is draped in one direction and formed in a second direction by non-illustrated elements that drape portions of the organo sheet that protrude beyond the projections into the desired shape. Subsequently, the mold is moved to the closed position. Here, the pressing of the fiber fabric or fiber fabric embedded in the thermoplastic resin matrix further comprises forming a structure of the fiber reinforced plastic disposed between the fiber fabric or fiber fabric embedded in the thermoplastic resin matrix and the mold bottom. When closing the mold, the organic sheet is pressed by the flow of fiber-reinforced plastic into the corresponding contour of the metal sheet and it is formed according to the geometry of the mold base, the structure of the lightweight component of the fiber-reinforced plastic. The fiber-reinforced plastic is in particular a glass-reinforced plastic. The structure is used in particular for reinforcing the lightweight component.
Somit ist es möglich in einem Pressvorgang, mit dem einmaligen Schließen des Formwerkzeugs das Leichtbauteil herzustellen. Thus, it is possible in a pressing process to produce the lightweight component with the one-time closing of the mold.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung des Leichtbauteils durch das Zusammenwirken des Metallblechs mit einer diesem zugeordneten Transmitterschicht. So ist vorzugsweise dem im Formoberteil fixierten Metallblech, auf dessen dem Formunterteil zugewandten Seite, die Transmitterschicht zugeordnet. Diese kann unterschiedlich angeordnet sein bzw. in den Herstellungsprozess einbezogen sein. So kann das Metallblech bereits vor dem Einsetzen in das Formoberteil mit der Transmitterschicht beschichtet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Alternative ist vorgesehen, dass die Transmitterschicht als Vorformling in das Metallblech eingesetzt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Alternative ist vorgesehen, dass die Transmitterschicht als gespannte Folie zwischen dem Metallblech und dem Fasergewebe oder Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, angeordnet wird. Preferably, the production of the lightweight component takes place by the interaction of the metal sheet with a transmitter layer associated therewith. For example, the metal sheet fixed in the upper mold part, on whose side facing the lower mold part, is assigned the transmitter layer. This can be arranged differently or included in the manufacturing process. Thus, the metal sheet may already be coated with the transmitter layer prior to insertion into the upper mold part. According to a further preferred alternative, it is provided that the transmitter layer is used as a preform in the metal sheet. According to another preferred alternative, it is provided that the transmitter layer is arranged as a stretched film between the metal sheet and the fiber fabric or fiber fabric embedded in the thermoplastic resin matrix.
Das Verfahren findet vorzugsweise bei einem Formwerkzeug Verwendung, das ein als Matrize ausgebildetes Formoberteil und ein als Patrize ausgebildetes Formunterteil aufweist. Das Formoberteil ist somit negativ gestaltet, während das Formunterteil positiv gestaltet ist. The method is preferably used in a mold having a mold top formed as a die and a male mold formed as a lower part. The upper mold is thus made negative, while the lower mold is designed positively.
Den bei dem Formunterteil Verwendung findenden Vorsprüngen kommt insbesondere die Funktion zu, zwischen den Vorsprüngen den aufgeheizten faserverstärkten Kunststoff aufzunehmen und auf den Vorsprüngen das Fasergewebe oder das Fasergelege, das in die thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, somit das Organoblech, aufgeheizt abzulegen und, auf den Vorsprüngen aufliegend, zu drapieren. Die Vorsprünge, insbesondere dünn und somit filigran ausgebildete Vorsprünge, verhindern einen engen Kontakt zum relativ kalten Formwerkzeug und damit die vorzeitige Auskühlung der aufgeheizten und eingebrachten Werkstoffe vor dem eigentlichen Pressvorgang. Denn zur Herstellung des Leichtbauteils im zeitlich folgenden Pressvorgangs ist sicherzustellen, dass sowohl das Organoblech als auch der faserverstärkte Kunststoff eine ausreichend hohe Temperatur besitzt. Damit wird gewährleistet, dass sich die thermoplastischen Werkstoffe inniglich verbinden, oder faserverstärkter Kunststoff genügend Fließfähigkeit besitzt, um die Struktur (z.B. Rippen) zu füllen, und eine ausreichende Temperatur auf die Transmitterschicht einwirkt, dass diese schmelzen, reagieren, aushärten und seine notwendige Eigenschaft ausbilden kann. Die Transmitterschicht weist insbesondere eine nicht unerhebliche Dicke, vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm auf. Sie ist damit deutlich dicker als ein Haftvermittler (Primer) und weist eine andere Funktion auf. Werkzeugerhalt und hohe Qualität der Leichtbauteile sind hierbei mit der Einhaltung eines zeit- und temperaturkritischen Ablaufs bei der Zuführung dieser Komponenten weiterhin verbunden. Die ortsbezogene zuzuführende Menge an faserverstärktem Kunststoff ist abhängig von dem lokalen Volumenbedarf im Formwerkzeug zur Ausbildung der Struktur. Das Organoblech hingegen muss vor dem Pressvorgang räumlich drapiert werden. Grundsätzlich ist ein Drapieren durch die Schwerkraft des Organoblechs und den folgenden Schließprozess des Formwerkzeugs möglich. In particular, the function of the protrusions used in the mold base is to accommodate the heated fiber-reinforced plastic between the protrusions and to deposit the fiber fabric or the fiber scrim embedded in the thermoplastic matrix, thus the organic sheet, heated, on the protrusions and on the protrusions lying on drape. The projections, in particular thin and thus filigree projections, prevent close contact with the relatively cold mold and thus the premature cooling of the heated and introduced materials before the actual pressing process. For the production of the lightweight component in the subsequent pressing process is to ensure that both the organic sheet and the fiber-reinforced plastic has a sufficiently high temperature. This ensures that the thermoplastic materials bond together, or that fiber reinforced plastic has sufficient fluidity to fill the structure (eg, ribs), and a sufficient temperature acts on the transmitter layer to melt, react, cure, and form its necessary property can. The transmitter layer has in particular a considerable thickness, preferably in the range of 0.1 mm to 0.3 mm. It is thus significantly thicker than a primer and has a different function. Tool preservation and high quality of the lightweight components are still connected with the observance of a time- and temperature-critical process in the supply of these components. The location-based amount of fiber-reinforced plastic to be supplied depends on the local volume requirement in the mold for forming the structure. The organic sheet, however, must be draped spatially before the pressing process. In principle, draping by the gravity of the organic sheet and the subsequent closing process of the mold is possible.
Die nach oben gerichteten Vorsprünge können auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein und so der Aufnahme des aufgeheizten Organoblechs und dessen Drapierung dienen. Vorzugsweise sind die nach oben gerichteten Vorsprünge unmittelbar durch das Formunterteil gebildet. Hierdurch ergibt sich eine einfache und stabile Konstruktion des Formwerkzeugs im Bereich des Formunterteils. Kontaktflächen zwischen dem kalten Formunterteil und dem aufgeheizten faserverstärkten Kunststoff sowie dem aufgeheizten Organoblech werden damit minimiert. Alternativ können in einem Stempel des Formunterteils die nach oben gerichteten Vorsprünge ein- und ausfahrbar gelagert sein. Während das Umformen beim Pressvorgang mittels des Stempels des Formunterteils und des Formoberteils erfolgt, besitzen die nach oben gerichteten Vorsprünge, die im Stempel ein- und ausfahrbar gelagert sind, die Funktion der Aufnahme des faserverstärkten Kunststoffs und des Ablegens des Organoblechs. Während des Schließens des Formwerkzeugs, somit beim Herstellen des Leichtbauteils, fahren die im Stempel gelagerten Vorsprünge ein. The upwardly directed projections can be designed in different ways and thus serve to receive the heated organic sheet and its drapery. Preferably, the upwardly directed projections are formed directly by the lower mold part. This results in a simple and stable construction of the mold in the region of the mold base. Contact surfaces between the cold mold base and the heated fiber-reinforced plastic and the heated organic sheet are thus minimized. Alternatively, the upwardly directed projections can be mounted on and extendable in a stamp of the mold base. While the forming takes place during the pressing process by means of the punch of the mold base and the mold top, the upwardly directed projections, which are mounted in and out of the punch, have the function of receiving the fiber-reinforced plastic and depositing the organic sheet. During the closing of the mold, thus in the manufacture of the lightweight component drive the projections mounted in the stamp.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante ist bei der Herstellung des Leichtbauteils vorgesehen, dass ein dem Formunterteil verfahrbarer Dichtrahmen vor dem Schließen des Formwerkzeugs das Metallblech auf seiner Unterseite im Bereich seines umlaufenden Randes kontaktiert und zu einem Innenbereich des Metallblechs abdichtet. Dieser Dichtrahmen hält auch das zuvor in zwei Richtungen drapierte Organoblech in seiner Form. Damit ist auch gewährleistet, dass beim Herstellen des Leichtbauteils weder thermoplastisches Material noch Organoblech im Bereich des umlaufenden Randes des Metallblechs vorhanden sein kann. Dieser ausschließlich metallische Randbereich des Leichtbauteils ermöglicht eine unkomplizierte Verbindung des Leichtbauteils mit Nachbarkomponenten, insbesondere eine Kontaktierung dieses metallischen Bereichs des Leichtbauteils mit metallischen Nachbarbauteilen beim weiteren Produktionsprozess des Fahrzeugs. Der Dichtrahmen fährt beim Schließen des Werkzeugs in das Werkzeugunterteil ein, wodurch sich der Raum, in dem sich das Organoblech und der faserverstärkte Kunststoff befindet, verkleinert wird und mit dem aufbauenden Pressdruck der Kunststoff in die Kavität gedrückt wird und die verstärkende Kunststoffstruktur aufbauen kann. According to a particularly advantageous variant, it is provided in the production of the lightweight component that a sealing frame which can be moved to the lower mold part contacts the metal sheet on its underside in the region of its peripheral edge before closing the mold and seals it to an inner region of the metal sheet. This sealing frame also holds the previously in two directions draped organo sheet in its shape. This also ensures that neither thermoplastic material nor organic sheet can be present in the region of the peripheral edge of the metal sheet during the manufacture of the lightweight component. This exclusively metallic edge region of the lightweight component allows an uncomplicated connection of the lightweight component with neighboring components, in particular a contacting of this metallic region of the lightweight component with metallic neighboring components in the further production process of the vehicle. The sealing frame moves when closing the tool in the lower tool part, whereby the space in which the organo sheet and the fiber-reinforced plastic is reduced, and with the building up pressure of the plastic pressed into the cavity and can build the reinforcing plastic structure.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne hierauf beschränkt zu sein. Further features of the invention will become apparent from the dependent claims, the accompanying drawings and the description of the reproduced in the drawings preferred embodiments of the inventive method, without being limited thereto.
Es zeigt: It shows:
Figurenbeschreibung figure description
Das Formwerkzeug
Das Formunterteil
Das Formoberteil
Aufgrund der Längserstreckung des Formwerkzeugs
Beidseitig der Erhöhung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Leichtbauteils unter Verwendung des Formwerkzeugs
Wie zur
How to
Beim Verfahrensabschnitt gemäß
Anschließend wird, wie zum Verfahrensabschnitt gemäß
Anschließend wird gemäß dem zur
Beispielsweise wird, betreffend die in den
Anschließend wird, wie der
Sodann wird, wie zur
Die weitere Bewegung über den Zustand hinaus veranschaulicht
Aufgrund der Abdichtfunktion des Dichtrahmens
An den Pressvorgang nach
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der
Bei dem Formwerkzeug
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Formwerkzeug mold
- 22
- Formoberteil Mold top
- 33
- Formunterteil Mold part
- 44
- Vorsprung head Start
- 55
- Stempel stamp
- 66
- Lagerplatte bearing plate
- 77
- Vertiefung deepening
- 88th
- Erhöhung increase
- 99
- Ausnehmung recess
- 1010
- Bohrung drilling
- 1111
- Kanal channel
- 1212
- Vertiefter Bereich/Nut Recessed area / groove
- 1313
- Dichtrahmen sealing frame
- 1414
- Stange pole
- 1515
- Lagerplatte bearing plate
- 1616
- Metallblech metal sheet
- 1717
- Abschnitt section
- 1818
- Flanschabschnitt flange
- 1919
- Transmitterschicht transmitter layer
- 2020
- Masse aus faserverstärktem Kunststoff Mass of fiber-reinforced plastic
- 2121
- Organoblech organosheet
- 2222
- Leichtbauteil lightweight component
- 2323
- Rippe rib
- 2424
- Zentrales Stempelteil Central stamp part
- 2525
- Äußeres Stempelteil Outer stamp part
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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