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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A FIBER-REINFORCED PLASTIC PART
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/092331
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and device for producing a fiber-reinforced plastic part. According to the invention, a contoured link (19) is formed on a composite plate (18) in an injection molding mold by means of an injection-stamping operation. Said plastic part has outstanding resistance properties and is light-weight and can be economically produced in short cycle times and with any given contours.

Inventors:
GERG BLASIUS (DE)
MUES ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/004887
Publication Date:
November 21, 2002
Filing Date:
May 03, 2002
Export Citation:
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Assignee:
GERG PRODUCTS GMBH (DE)
GERG BLASIUS (DE)
MUES ANDREAS (DE)
International Classes:
B29C43/14; B29C43/20; B29C45/14; B29C45/56; (IPC1-7): B29C70/46; B29C43/36; B29C70/08
Domestic Patent References:
WO1999052703A11999-10-21
Foreign References:
US5506029A1996-04-09
FR2480667A11981-10-23
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 05 30 April 1998 (1998-04-30)
Attorney, Agent or Firm:
Ganahl, Bernhard (Reinhardt Söllner Ganahl Postfach 12 26 Kirchheim, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffteils, umfassend fol gende Schritte : Anordnen einer Verbundplatte, die aus Fasermatten und Lagen aus thermopla stischen Kunststoff ausgebildet ist, in einer Spritzgießform, wobei die Verbund platte über die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes er wärmt ist, Füllen der Spritzgießform mit über die Erweichungstemperatur erwärmten ther moplastischen Kunststoff, Verringern des Volumens der Spritzgießform zum Verdichten des eingefüllten thermoplastischen Kunststoffes, so dass der eingefüllte thermoplastische Kunst stoff zu einer Konturkulisse geprägt wird und sich mit der Verbundplatte verbin det, und Entformen des Kunststoffteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundplatte durch folgende Schritte in der Spritzgießform ausgebildet wird : Einlegen von Fasermatten und Kunststofffolien in die Spritzgießform, wobei die Kunststofffolien aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet sind Schließen der Spritzgießform und Erwärmen der Fasermatten und Kunststofffoli en auf eine Temperatur etwas oberhalb der Erweichungstemperatur des ther moplastischen Kunststoffs, Pressen der Fasermatten und Kunststofffolien zu einer Verbundplatte.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen der Fasermatten und Kunststofffolien und das Spritzgießen in ei ner einzigen Spritzgießform ausgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatten und Kunststofffolien in die Spritzgießform derart eingelegt werden, dass sie einen Stapel bilden, in dem sich Fasermatten und Kunststofffolien abwechseln.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine äußere Lage des Stapels eine Kunststofffolie ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide äußeren Lagen des Stapels Kunststofffolien sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff zum Ausbilden der Konturkulisse derart in die Spritzgießform eingespritzt wird, dass er großflächig an der Verbundplatte anliegt und sich mit einer aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden äußeren Schicht der Verbundplatte verbindet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schicht der Verbundplatte, die nicht in Kontakt mit der Konturkulis se steht, aus einem witterungsbeständigen Kunststoffmaterial ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Füllen der Spritzgießform ein thermoplastischer Kunststoff mit einem Fa sergehalt verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pressen der Verbundplatte die Spritzgießform zur Ausbildung eines Hohlraumes aufgeweitet wird, wobei die Spritzgießform luftdicht verschlossen bleibt.
11. Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffteils, mit einer Spritzgießform, die durch eine Matrize (2) und einem Stempel (3) begrenzt ist, und der Stempel (3) zweiteilig aus einem Stempelkern (8) und einem Stempelmantel (9) ausgebildet ist, wobei der Stempelkern (8) an einer zur Matrize (2) weisenden Fläche eine die Spritzgießform begrenzende Formfläche (10) aufweist und angren zend an dieser Formfläche (10) der Stempelkern (8) vom Stempelmantel (9) um schlossen ist, und der Stempelmantel (9) relativ zum Stempelkern (8) beweglich ist, und, der Stempel (3) und die Matrize (2) in einer Pressvorrichtung derart angeordnet sind, dass der Stempel (3) und die Matrize (2) mit ihren die Spritzgießform begrenzenden Flächen (10,11) aufeinander zu bewegbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (14) zum Fixieren des Stempelmantels (9) in einer Position vorgesehen ist, in der der Stempelmantel (9) in Richtung zur Matrize (2) ein Stück an der Formfläche (10) des Stempelkerns (8) vorsteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelmantel (9) und der Stempelkern (8) an der Pressvorrichtung auf einer Stempelbasisplatte (4) gelagert sind, wobei zwischen dem Stempelmantel (9) und der Basisplatte (4) ein Federelement (13) angeordnet ist, mit welchem der Stempelmantel (9) in Richtung zur Matrize (2) beaufschlagt ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 verwendet wird.
15. Kunststoffteil mit einer Verbundplatte (18) und einer daran angeformten Konturkulisse (19), wobei die Verbundplatte (18) aus einem thermoplastischen Kunststoff mit darin eingebetteten Fasermatten (16) ausgebildet ist, und die Konturkulisse (19) aus thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist.
16. Kunststoffteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatten Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern aufweisen.
17. Kunststoffteil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Kunststoffe aus Polyamid, thermoplastischen Polyester, Polyethylen, Polypropylen oder Polybuten ausgebildet sind.
18. Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in die Konturkulisse ein Einlegeteil (22,23,24) integriert ist.
19. Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen aus gebildet ist.
20. Kunststoffteii nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
21. Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht der Verbundplatte (18) aus einem witterungsbeständigen Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
22. Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturkulisse aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem Faserge halt ausgebildet ist.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffteils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines faser- verstärkten Kunststoffteils.

Bekannte faserverstärkte Kunststoffteile bzw. Verbundwerkstoffe bestehen in der Regel aus in Kunstharz eingebetteten Fasermatten. Diese Kunstharze sind Kunst- stoffe, die während des Herstellungsprozesses dünnflüssig sind, so dass die Faser- matten bei der Herstellung darin getränkt werden und die aufgrund chemischer Re- aktionen aushärten.

Das Aushärten der Kunstharze dauert eine beträchtliche Zeit, die zum Beispiel 20 min betragen kann. Beim Herstellen derartiger Kunststoffteile ist es deshalb nicht möglich, die Zykluszeit, die benötigt wird, um in einem Formwerkzeug ein derartiges Kunststoffteil herzustellen, auf zum Beispiel weniger als 20 min zu vermindern. Diese Kunststoffteile sind deshalb in der Regel teure Spezialteile und aufgrund der hohen Zykluszeit für kostengünstige Massenartikel nicht geeignet.

Kostengünstige aus Kunststoff bestehende Massenartikel werden üblicherweise aus thermoplastischen Kunststoffen im Spritzgießverfahren hergestellt. Hierbei wird der Kunststoff etwas oberhalb seiner Erweichungstemperatur erwärmt und dann in eine

Spritzgießform eingespritzt. In der Spritzgießform erstarrt der Kunststoff in der Regel in weniger als einer Minute und kann dann der Form entnommen werden. Hierdurch werden Zykluszeiten von weniger als 1 min realisiert, die eine entsprechend kosten- günstige Herstellung der Kunststoffteile erlauben.

Mit dem bekannten Spritzgießverfahren ist es jedoch nicht möglich, faserverstärkte Kunststoffteile aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen. Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass beim Einlegen einer Fasermatte in eine Spritzgießform und dem Einspritzen von thermoplastischem Kunststoff folgende Probleme auftreten : Der thermoplastische Kunststoff erhärtet an der Oberfläche der Fasermatten und kann deshalb kaum in die Fasermatten eindringen. Es ist deshalb nicht möglich, dass der thermoplastische Kunststoff mehrere Fasermatten durch- dringt und die einzelnen Fasern umschließt.

Beim Einspritzen des thermoplastischen Kunststoffs in die Spritzgießform werden die Fasermatten von der Kunststoffmasse verschoben und beschä- digt, so dass keine reproduzierbare Anordnung der Fasermatten im Kunst- stoffteil möglich ist.

Von der Firma Bond-Laminates (Homepage : www. bond-laminates. de) ist ein ther- moplastischer Verbundwerkstoff bekannt, der unter dem Handelsnamen TEPEX vertrieben wird. Dieses Verbundmateriai sind sogenannte Kunststoffbleche. Diese Kunststoffbleche werden aus Fasermatten und thermoplastischen Kunststofffolien hergestellt, die übereinandergeschichtet, erhitzt und mittels Walzen in einem konti- nuierlichen Laminierprozess zu den Kunststoffblechen verpresst werden. Diese Kunststoffbleche werden nachträglich mit Formwerkzeugen in die gewünschte Form verformt, wobei hinterschnittene Profile kaum möglich sind. Da der Herstellungspro- zess der Kunststoffbleche und die Formgebung zwei separate Prozesse sind, sind die hieraus ausgebildeten Kunststoffteile, im Vergleich zu mit dem Spritzgießverfah- ren hergestellten Kunststoffteilen teuer. Zudem besitzen sie nur eine sehr be- schränkte Formgebung, da dass Ausgangsprodukt für das Formgebungsverfahren ein ebenflächiges Kunststoffblech ist.

Ferner ist früher ein sogenanntes Spritz-Gieß-Verfahren, das auch als Spritz-Präge- Verfahren bezeichnet wird, zum Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe verwen- det worden. Bei diesem Verfahren wurde der thermoplastische Kunststoff in eine leicht geöffnete Form eingespritzt, die nach dem Einspritzen geschlossen wird, wo- durch der sich darin befindliche Kunststoff in alle Kavitäten der Form gepresst wird.

Dieses Verfahren ist für die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen mit schlechten Fließfähigkeiten zweckmäßig, da hiermit sichergestellt ist, dass die Form vollständig mit Kunststoff gefüllt ist. Bei den heute üblichen thermoplastischen Kunststoffen mit guten Fließfähigkeiten ist dieses Verfahren nicht mehr üblich.

Aus der DE-OS 2 011 954 geht ein Verfahren zum Erzeugen hinterspritzter Kunst- stoffteil hervor. Bei diesem Verfahren wird ein Schichtkörper rückseitig hinterspritzt, wobei ein Schichtkörper verwendet wird, der zumindest eine Schicht aus saugfähi- gem porösem Werkstoff aufweist, so dass durch Aufsaugen erwärmter Kunststoff- masse der Schichtkörper sich mit dem Spritzkunststoff verbindet.

Aus der US 4,891,176 geht ein Verfahren zum Ausbilden einer Formplatte hervor, die aus zwei vorgeformten Matten aus Glasfasern, einer Polyethylen-Folie und ei- nem Polyurethan-Kern besteht. Durch die Polyethylen-Folie sollen Schrumpflinien in der Außenoberfläche der Formplatte vermieden werden. Diese vier Teile der Form- platte werden miteinander verpresst, wobei gleichzeitig ein Harz eingespritzt wird, das die Fasermatten imprägniert.

Die US 5,690,880 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteiles mit einer abriebfesten Oberfläche und einer räumlichen Kontur. Dieses Formteil wird durch Einlegen einer Folie in eine Formkammer, Einspritzen einer Kunststoffmasse und Formen und Verbinden der Folie und der Kunststoffmasse mittels eines Stem- pels erzeugt.

Aus der DE-OS 1 529 892 geht ein Verfahren zum Anspritzen von Schuhsohlen aus Kunststoff hervor, wobei zunächst eine der Sohle entsprechend dosierte Material- menge in einen Formhohlraum, der größer als die fertige Schuhsohle ist, eingespritzt wird und erst nach beendeter Einspritzung der Formhohlraum zur Verfestigung und

Ausformung des Materials zur Sohle und eine gleichzeitige Verbindung mit dem Schuhschaft auf die Größe der fertigen Sohle reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffteils zu schaffen, das für eine kosten- günstige Massenproduktion geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Ferner wird gemäß Anspruch 11 ein neuartiges Kunststoffteil vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunst- stoffteil umfasst folgende Schritte : - Anordnen einer Verbundplatte, die aus Fasermatten und Lagen aus thermopla- stischen Kunststoff ausgebildet ist, in einer Spritzgießform, wobei die Verbund- platte über die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes er- wärmt ist, - Füllen der Spritzgießform mit über die Erweichungstemperatur erwärmten ther- moplastischen Kunststoff, - Verringern des Volumens der Spritzgießform zum Verdichten des eingefüllten thermoplastischen Kunststoffes, so dass der eingefüllte thermoplastische Kunst- stoff zu einer Konturkulisse geprägt wird und sich mit der Verbundplatte verbin- det, und - Entformen des Kunststoffteils.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an einer Verbundplatte eine Konturku- lisse aus thermoplastischen Kunststoff ausgebildet, wobei durch das Verringern des Volumens der Spritzgießform zum Prägen der Konturkulisse und Verbinden der Konturkulisse mit der Verbundplatte möglich ist, dass die Spritzgießform mit gerin- gem Druck gefüllt werden kann und der beim Prägevorgang erzeugte Druck gleich-

mäßig in der gesamten Kunststoffmasse aufgebaut wird, wodurch eine Beschädi- gung oder ein Verschieben der Verbundplatte sicher vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Verwendung von thermoplasti- schen Kunststoffen zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils, das eine komplizierte Form besitzen kann und in einer Spritzgießform mit kurzer Zykluszeit herstellbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein faserverstärktes Kunststoffteil er- halten, das eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht besitzt und durch das Vorse- hen der Konturkulisse mit einer komplexen Raumform ausgebildet sein kann. Da sowohl der Kunststoff der Verbundplatte als auch der Kunststoff der Konturkulisse thermoplastische Kunststoffe sind, kann das erfindungsgemäße faserverstärkte Kunststoffteil mit einer sehr kurzen Zykluszeit hergestellt werden.

Nach einem bevorzugten Verfahren werden zunächst Fasermatten und Kunststofffo- lien zu einer Verbundplatte gepresst. An die gepresste Verbundplatte wird im er- wärmten Zustand die Konturkulisse aus thermoplastischem Kunststoff mittels Spritz- gießen angeformt.

Vorzugsweise wird das Verfahren in einer einzigen Spritzgießform ausgeführt, so dass sichergestellt ist, dass zwischen dem Pressen der Fasermatten und Kunst- stofffolien zu einer Verbundplatte und dem Spritzgießen der Konturkulisse das hier- bei entstehende Kunststoffteil nicht mit Luft in Kontakt kommt und das gewünschte Temperaturniveau exakt gesteuert werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunst- stoffteil weist eine Spritzgießform auf, die durch eine Matrize und einem Stempel begrenzt ist, und der Stempel ist zweiteilig aus einem Stempelkern und einem Stem- pelmantel ausgebildet, wobei der Stempelkern an einer zur Matrize weisenden Flä- che eine die Spritzgießform begrenzende Formfläche aufweist und angrenzend an dieser Formfläche ist der Stempelkern vom Stempelmantel umschlossen, und der Stempelmantel ist relativ zum Stempelkern beweglich, und

der Stempel und die Matrize sind in einer Pressvorrichtung derart angeordnet, dass der Stempel und die Matrize mit ihren die Spritzgießform begrenzenden Flächen aufeinander zu bewegbar sind.

Durch das zweiteilige Ausbilden des Stempels ist es möglich, dass die Matrize und der Stempel in einem ersten Verfahrensabschnitt gegeneinander gepresst werden, wobei die zur Matrize weisenden Flächen des Stempelkerns und des Stempelman- tels zueinander fluchten, und danach der Stempelkern im Stempelmantel ein Stück zurückgezogen wird, so dass der Raum zwischen dem Stempelkern und der Matrize erweitert wird. In diesem erweiterten Raumbereich wird Kunststoff zum Ausbilden der Konturkulisse eingespritzt.

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, in der durch die Matrize und dem Stempel be- grenzten Spritzgießform sowohl eine Verbundplatte zu pressen als auch eine an der Verbundplatte angeformte Konturkulisse mittels Spritzgießen herzustellen. Während des gesamten Verfahrens kann die Spritzgießform geschlossen gehalten werden, so dass sichergestellt ist, dass der darin befindliche Kunststoff nicht mit Luft in Kontakt tritt und zudem ist es möglich, den Temperaturverlauf innerhalb der Spritzgießform exakt zu steuern, so dass das faserverstärkte Kunststoffteil mit hoher Qualität her- stellbar ist.

Ein erfindungsgemäßes Kunststoffteil weist somit eine Verbundplatte und eine daran angeformte Konturkulisse auf, wobei die Verbundplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff mit darin eingebetteten Fasermatten ausgebildet ist, und die Konturkulisse aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet ist. Ein solches Kunststoffteil weist eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht auf und ist durch die Verwendung von thermoplastischem Kunststoff mit kurzen Zykluszeiten herstellbar, womit die Her- stellungskosten gering gehalten werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichen zeigen : Fig. 1 schematisch einen Stapel von Kunststofffolien und Fasermatten, der zu einer Verbundplatte verpresst werden kann in einer Schnittdarstellung, Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kunststoffteil mit einer Verbundplatte und einer daran ausgebildeten Konturkulisse in einer Schnittdarstellung, Fig. 3 bis Fig. 7 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung in unterschiedlichen Stellungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das Herstellen von faserverstärkten Kunst- stoffteilen aus Fasermatten und thermoplastischem Kunststoff. Dieses Verfahren kann beispielsweise mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, wie sie in Fig. 3 sche- matisch in einer Schnittdarstellung gezeigt ist.

Dies ist eine Spritz-Präge-Vorrichtung 1, die eine Matrize 2 und einen Stempel 3 aufweist. Der Stempel 3 lagert auf einer Stempelbasisplatte 4. Die Matrize 2 und die Stempelbasisplatte 4 sind jeweils an Halteplatten 5 einer Pressvorrichtung derart befestigt, dass sich der Stempel 3 und die Matrize 2 jeweils mit Stirnflächen 6,7 ge- genüberliegend angeordnet sind.

Der Stempel 3 ist zweiteilig aus einem Stempelkern 8 und einem Stempelmantel 9 ausgebildet. Der Stempelmantel 9 ist ein ringartiges Element, das den Stempelkern 8 in der Ansicht mit Blickrichtung auf die Stirnfläche 7 vollständig umschließt. Am Stempelkern 8 ist im Bereich der Stirnfläche 7 eine Formfläche 10 ausgebildet, die die komplementäre Form eines Bereiches des herzustellenden Kunststoffteiles auf- weist. An der Stirnfläche 6 der Matrize 2 ist eine korrespondierende Formfläche 11 ausgebildet, die komplementär zur Form des übrigen Bereiches des zu fertigenden Kunststoffteiles ist. Im geschlossenen Zustand der Spritz-Präge-Vorrichtung 1 (Fig.

5,6,7) begrenzen die beiden Formflächen 10,11 eine im Wesentlichen geschlosse- ne Spritzgießform. Von der Formfläche 10 des Stempels 3 erstreckt sich durch den Stempelkern 8, die Stempelbasisplatte 4 und der entsprechenden Halteplatte 5 ein Spritzgießkanal 12.

Zwischen dem Stempelmantel 9 und der Stempelbasisplatte 4 sind Federelemente 13 vorgesehen, die den Stempelmantel 9 in Richtung zur Matrize 2 mit einer Kraft beaufschlagen. In Fig. 3 sind der Stempelmantel 9 und der Stempelkern 8 derart angeordnet, dass deren Stirnflächen zueinander fluchten. Durch die Wirkung der Federelemente kann der Stempelmantel 7 aus dieser Position in Richtung zur Matri- ze 2 (Fig. 4) gedrückt werden. Der Stempelmantel 9 kann somit ein Stück am Stem- pelkern 8 vorstehen. Diese Position kann mittels Schieber 14 fixiert werden, die mit- tels einer Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) zwischen die Stempelbasisplatte 4 und dem Stempelmantel 9 einschiebbar sind.

Die Halteplatte 5, an der die Matrize 2 befestigt ist, ist in Richtung zum Stempel 3 hin und her beweglich ausgebildet (Doppelpfeil 15), wobei ein erheblicher Druck auf ein in der Spritzgießform befindliches Material ausgeübt werden kann. Ein typischer Druckwert beträgt zum Beispiel 105 N/cm2.

Die Matrize 2 und der Stempel 3 sind mit Temperiereinrichtungen versehen, die eine Temperatureinstellung im Bereich von 20 °C bis 320 °C erlauben. An den Spritzgieß- Kanal 12 ist eine an sich bekannte Extrudiereinrichtung angeschlossen, mit der vor- gewärmtes thermoplastisches Material in den Kanal 12 extrudiert werden kann.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz der in den Figuren 3 bis 7 gezeigten Spritz-Präge-Vorrichtung erläutert.

Auf die Formfläche 10 wird zunächst ein Stapel von Fasermatten 16 und Kunststoff- folien 17 aufgelegt. Dieser Stapel erstreckt sich über den Rand des Stempelkerns 8 in den Bereich des Stempelmantels 9. In diesem Stapel sind die Fasermatten 16 und Kunststofffolien 17 abwechselnd angeordnet, wobei die äußeren Lagen jeweils durch eine Kunststofffolie 17a bzw. 17b ausgebildet sind. Die Fasermatten 16 bestehen beispielsweise aus Carbonfasern und die Kunststofffolien 17 aus Polyamid, wie zum Beispiel PA6.

Die Matrize 2 und der Stempel 3 werden etwas über die Erweichungstemperatur der aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Kunststofffolien 17 erwärmt und die Matrize 2 wird gegen den Stempel 3 gepresst, so dass der Stapel von Fasermatten 16 und Kunststofffolien 17 zu einer Verbundplatte 18 verpresst wird. Bei diesem Pressvorgang dienen die mit einem Rand des Stempelkerns 8 vorstehenden Lagen von Fasermatten 16 und Kunststofffolien 17 als Dichtelemente, die vom Stempel- mantel 9 und der Matrize 2 zusammengepresst werden. Hierdurch ist die durch die Formflächen 10,11 begrenzte Spritzgießform gasdicht abgedichtet.

Da bei diesem Pressvorgang die aus thermoplastischem Kunststoffmaterial ausge- bildeten Kunststofffolien 17 über ihre Erweichungstemperatur erwärmt werden, be- ginnt dieses Kunststoffmaterial zu fließen und dringt in die Poren der Fasermatten, so dass die einzelnen Fasern von thermoplastischem Kunststoff umschlossen sind.

Nachdem in der Spritzgießform die Verbundplatte 18 ausgebildet ist, wird die Spritz- gießform erweitert, indem die Matrize 2 ein Stück angehoben wird. Hierbei wird der Stempelmantel 9 durch die Federelemente 13 gegen die Matrize 2 gedrückt, so dass die Spritzgießform gasdicht abgedichtet ist. Ab einer gewissen Höhe werden die Schieber 14 zwischen dem Stempelmantel 9 und der Stempelbasisplatte 4 einge- schoben (Fig. 6). Zwischen dem Stempelmantel 9 und den Schiebern 14 besteht ein Spalt S, dessen Funktion unten näher erläutert wird.

In die erweiterte Spritzgießform wird durch den Spritzgieß-Kanal thermoplastischer Kunststoff zugeführt, der den restlichen Raum der Spritzgießform ausfüllt bildet. Der thermoplastische Kunststoff wird mit einem relativ geringen Druck zugeführt, damit die über die Erweichungstemperatur erwärmte Verbundplatte von der eindringenden Kunststoffmasse weder beschädigt noch verschoben wird. Dieser Druck beträgt etwa 20% bis 30% des üblichen Einspritzdruckes. Er wird vorzugsweise so gewählt, dass die Geschwindigkeit, mit welcher die thermoplastische Kunststoffmasse zugeführt wird, ca. 30 bis 90 mm/s beträgt. In der Regel liegt der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Druck zum Zuführen von thermoplastischen Kunststoff im Be- reich zwischen 3-107 Pa und 1,2-108 Pa, wobei dieser Druck am Eingang des Spritz- gießkanals 12 anliegt.

Nun wird mit der Pressvorrichtung der Druck auf die Matrize 2 erhöht, so dass die Matrize 2 nach unten bewegt wird, wobei der Stempelmantel 9 nach unten gegen die Schieber 14 gedrückt wird (Fig. 7). Hierdurch wird das Volumen der Spritzgießform verringert. Die Verringerung des Volumens beträgt ca. 10% bis 30% des maximalen Volumens. Dies führt zu einem sehr gleichmäßigen Druckaufbau in der Spritzgieß- form, wodurch der weiche thermoplastische Kunststoff geprägt und verdichtet wird und eine Konturkulisse 19 bildet. Durch die Verdichtung des Kunststoffes erhält die- ser seine hohe mechanische Festigkeit. Überschüssiger Kunststoff wird beim Prägen aus der Spritzgießform verdrängt. Während des Prägevorganges wird mit der Press- vorrichtung der Druck in der Spritzgießform wesentlich erhöht. Er kann z. B. im Be- reich von ca. 107 Pa bis 4-108 Pa liegen und ist vorzugsweise größer als 108 Pa ist.

Die Konturkulisse 19 verbindet sich großflächig mit der Verbundplatte 18, da die äu- ßere Lage der Verbundplatte 18, die mit der Konturkulisse 19 in Kontakt kommt, eine thermoplastische Kunststoffschicht ist, die über die Erweichungstemperatur erwärmt ist und somit sich mit dem thermoplastischen Kunststoff der Konturkulisse verbindet.

Die Spritzgießform wird unter die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes abgekühlt, so dass das Kunststoffteil erstarrt und aus der Spritzgieß- form entformt werden kann. Hierzu sind im Stempelkern 8 an sich bekannte Aus- werfstifte (nicht dargestellt) integriert, mit welchem nach Öffnen der Spritzgießform das Kunststoffteil vom Stempel 3 abgehoben werden kann.

Nach dem Entformen wird das Kunststoffteil beschnitten, wobei der Randbereich, der beim Spritzgießvorgang zwischen der Matrize 2 und dem Stempelmantel 9 ein- geklemmt gewesen ist, abgeschnitten wird.

Die Zykluszeit, die mit dem Einlegen der Fasermatten und Kunststofffolien beginnt und mit dem Entformen des Kunststoffteils endet, dauert weniger als 3 min und kann bei einfachen kleinen Kunststoffteilen auf 1 min vermindert werden. Der Verfahrens- schritt des Abkühlens unter die Erweichungstemperatur nimmt hierbei die meiste Zeit in Anspruch.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können faserverstärkte Kunststoffteile mit komplizierter Formgebung schnell und günstig hergestellt werden. Die Formgebung wird durch Formflächen 10 und 11 festgelegt. Die an der Matrize 2 ausgebildete Formfläche 11 kann glatt und gleichmäßig ausgebildet sein und somit eine Sichtflä- che am fertigen Kunststoffteil ausbilden. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass die äußere Lage 17b der Verbundplatte 18, die beim Formen an der Formfläche 11 an- liegt, aus einem speziellen, sicht vom übrigen thermoplastischen Kunststoff des Kunststoffteils unterscheidenden thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist, der zum Beispiel witterungsbeständig und UV-beständig ausgebildet ist oder eine be- stimmte Einfärbung besitzt, damit das Kunststoffteil auf Dauer eine gewisse optische Erscheinung besitzt. Um dies zu erreichen, muss beim Einlegen der Fasermatten und Kunststofffolien die diese Lage bildende Kunststofffolie 17b aus dem entspre- chenden thermoplastischen Kunststoffmaterial ausgebildet sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Einlegeteile aus Metall oder anderen Kunststoffen, wie zum Beispiel Metallgewinde, Anschraubdorne, Dichtlippen oder dgl. mit eingegossen werden. Hierdurch wird ein multifunktionelles, hochfestes Kunststoffteil geschaffen. Die Form der Konturkulisse kann in den vom Spritzgieß- verfahren bekannten üblichen Formgebungen ausgestaltet sein.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffteil mit einer Ver- bundplatte 18 und der Konturkulisse 19. An der Konturkulisse 19 ist noch der An- guss 20, der durch die im Spritz-Gieß-Kanal erstarrende Masse gebildet wird, ange- formt. An der Konturkulisse 19 ist eine Verstärkungsrippe 21 angeformt und ein Ha- kenelement 22, ein Gewindedorn 23 und eine Dichtlippe 24 sind darin eingegossen.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist ein Kunststoffteil mit einer Verbundplatte der Größe 120 mm x 100 mm hergestellt worden, wobei als thermoplastischer Kunststoff Polyamid PA6 und als Fasermatten Carbonfasermatten verwendet wor- den sind. Das so erzeugte Kunststoffteil besitzt eine äußerst glatte Sichtfläche im Bereich der freien Oberfläche der Verbundplatte und ist bei geringem Gewicht hochfest. Die einzelnen Fasermatten sind vollständig mit thermoplastischen Kunst-

stoffen durchsetzt und das gesamte Kunststoffteil bildet eine homogene Einheit. Bei der Herstellung dieses Kunststoffteiles betrug die Temperatur beim Pressen der Verbundplatte ca. 250 °C bis 290 °C, da die Erweichungstemperatur des hierbei verwendeten thermoplastischen Kunststoffes bei ca. 240 °C bis 245 °C liegt.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, auch andere thermopla- stische Kunststoffe, wie zum Beispiel thermoplastischen Polyester, Polyethylen, Po- lypropylen oder Polybuten zu verwenden. Hierbei sind die einzelnen Verfahrenspa- rameter, wie Temperatur, Druck und Zeit entsprechend anzupassen. Der während des Spritzgießvorgangs eingespritzte thermoplastische Kunststoff kann zur weiteren Erhöhung der Festigkeit Faseranteile beinhalten.

Bezugszeichenliste : 1 Spritzpressvorrichtung 2 Matrize 3 Stempel 4 Stempelbasisplatte 5 Halteplatte 6 Stirnfläche 7 Stirnfläche 8 Stempelkern 9 Stempelmantel 10 Formfläche 11 Formfläche 12 Spritzgießkanal 13 Federelement 14 Schieber 15 Doppelpfeil 16 Fasermatte 17 Kunststofffolie 18 Verbundplatte 19 Konturkulisse 20 Anguss 21 Verstärkungsrippe 22 Hakenelement 23 Gewindedorn 24 Dichtlippe




 
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