纤维复合塑料构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造具有力引入结构的纤维复合塑料构件的方法以及一种根据权利要求8的前序部分所述的这样的纤维复合塑料构件。
【背景技术】
[0002]这样的纤维复合塑料构件在车辆领域中例如被用作电池支架壁(Batterietraegerwand)，其例如被集成到车辆的后座壁中。车辆的牵引用电池可旋抒在这样的电池支架壁处，由此尤其在碰撞情况中高负载作用到电池支架壁的旋接点上。
[0003]在这种类型的现有技术中，这样的纤维复合塑料构件的材料结构设计成使得其一方面承受高碰撞负载而另一方面重量轻。这种类型的纤维复合塑料构件如此具有至少一个承载板件、例如有机板件以及由纤维强化的塑料物质(Kunststoffmasse)后注塑的力引入结构。在本申请中，有机板件应理解成由无端纤维强化的、热塑性的纤维复合塑料制成的板件。有机板件在此可由不同的无端纤维材料(例如碳、玄武岩)和不同的热塑性基质系统(例如聚酰胺、聚丙烯)构成。在现有技术中，为了提供旋接附件在加工技术上复杂地将容纳孔钻到力引入结构中，旋接套(Schraubbuchse)作为金属插入物可集成到容纳孔中，可将牵引用电池旋接在旋接套处。
[0004]例如由文件DE 10 2011 014 538 B3和W0 2004/094175 A1已知用于制造这样的纤维复合塑料构件的方法。
[0005]具有附加的金属插入物的上述纤维复合塑料构件的制造可在加工技术上复杂地执行并且因此不适合用于大批量加工方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于制造具有力引入结构的、尤其双层的纤维复合塑料构件的大批量的、成本有利的加工方法，亦即尤其具有集成的可高负载的力引入和/或腐蚀保护。
[0007]该目的通过权利要求1或8的特征来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选的改进方案。
[0008]在根据本发明的方法中，通常首先将第一承载板件、尤其有机板件作为插入物插入注塑模具(5口1':^281188￥611?61^)的复制塑料构件的阴模(如831:；^；1；'01'111)的模腔中。这在释放注塑模具的复制力引入结构的阴模的子腔(Te i 1 kammer)的情况下实现。接着，在注塑步骤中将纤维强化的塑料材料注入还空着的子腔中，由此形成后注塑的力引入结构。根据权利要求1的特征部分，为了提高构件刚度和强度在执行注塑步骤之前附加地将金属插入物(Metalleinleger)插入还空着的子腔中。然后在注塑步骤期间由塑料材料注塑包封金属插入物。以该方式在注塑步骤期间不仅形成力引入结构，而且附加地还将加强的金属插入物集成到力引入结构中。
[0009]上面概括说明的根据本发明的方法作为第四方法步骤集成在以下优选的工序中:
1.(例如借助于红外线福射)将有机板还(Organoblech-Zuschnitt)加热到处理温度上；
2.用于优选地由CFK制造具有装配孔的下部的有机板插入物的成形和冲裁过程；
3.(例如利用红外线辐射器)中间加热用于短纤维强化的注塑物质的更好的连结；
4.将至少一个金属的插入件(例如旋接套)插入注塑模具中，利用优选地由GFK构成的塑料材料来后注塑(Hinterspritzen)下部的有机板插入物，并且通过金属插入件的注塑包封在金属的插入件与下部的有机板插入物的碳纤维之间实现腐蚀保护；
5.在外部的成形工位(Umformstat1n)中使优选地由CFK构成的上部的有机板插入物成形；以及
6.使上部的有机板插入物和力引入结构焊接连接(例如通过镜面焊接(Spiegelschweissen))，焊上并且取出构件。
[0010]利用上述工序得到以下优点:如此可实现具有双层结构、后注塑的GFK肋结构和高负载的力引入元件以及腐蚀保护的集成的热塑性FVK金属复合构件。此外，在有机板成形时进行冲裁过程。在模具中导出冲裁余料。此外，可将金属力引入元件(也就是说金属的插入物)无腐蚀地与碳强化的有机板结合。此外，可通过红外线镜面焊接和压制将有机板和GFK力弓I入结构的接合副焊接在一起。
[0011]接下来再次特别强调本发明的另外的特征:如此对于双层的实施方案可将另外的第二承载板件(也就是说上面提及的上部的有机板插入物)与已形成的塑料构件拼接在一起。这优选地可在镜面焊接步骤中进行，在其中将第二承载板件与塑料构件材料配合地连接，亦即在中间置入金属插入物和注入的塑料材料的情况下以及在形成空心型材(Hohlprof i 1)(其被力引入结构、优选地桁架式肋结构贯穿)的情况下。
[0012]在特别优选的应用情况中，力引入结构可具有旋接附件。在此，金属插入物可以是例如柱状的旋接套，其以其金属端侧通过承载板件的旋接孔向外暴露。在这样的情况中，基于相关的材料选择在金属插入物与有机板件的强化纤维之间是否存在化学势很重要，在其中在过早腐蚀方面防止直接的电接触。
[0013]在这样的情况中，金属插入物优选地可相对于承载板件无接触地伸过承载板件的横截面设计得较大的装配孔。由此形成的在金属插入物端侧和旋接孔的孔边缘之间的环形间隙优选地可利用塑料物质来填充。对此，当空着的环形间隙是复制力引入结构的子腔的组成部分时，是有利的。在该情况中，在上面提及的注塑步骤中，利用塑料材料来填充子腔并且因此也填充空着的环形间隙，由此在有机板件与金属插入物之间设置有有效的电绝缘。
[0014]由此提供有效的腐蚀保护，其例如实现有机板件中的碳纤维和金属插入物的铝材料的结合，而不存在腐蚀风险。反之，在没有这样的腐蚀保护的情况下，在金属插入物和有机板件之间的材料选择可能将被限制于有机板件中的玻璃纤维上和/或不锈钢插入物(代替铝插入物)。
[0015]在进一步提高构件刚度方面，纤维复合塑料构件的双层实施方案是有利的。对此，可将具有第二承载板件的塑料构件(例如同样有机板件)与塑料构件接合。这在中间置入金属插入物和后注塑的塑料材料的情况下实现，其力引入结构贯穿双层构件的此外存在的空心型材。优选地，可将第二承载板在镜面焊接步骤中材料配合地与塑料构件连接。代替镜面焊接，任何其它焊接方法、例如摩擦焊接也是可能的。
[0016]在注塑步骤之前的冲裁步骤中，可将旋接孔冲裁到第一和/或第二承载板件中。备选地，也可利用热的芯轴压出旋接孔，以便不打断连续的纤维。
[0017]除了例如在有明确相关性或不相容备选方案的情况中，前面所阐述的和/或在从属权利要求中给出的本发明的有利的构造和/或改进方案可单独地或者但是也可相互任意组合地应用。
【附图说明】
[0018]以下根据附图来详细阐述本发明及其有利的构造和改进方案以及其优点。其中:
图1以分解图示出双层的纤维复合塑料构件；
图2显示了在塑料构件的组装位置中沿着图1中的剖面1-Ι的极其放大的部分剖示图； 图3a至3f分别示出用于制造在图1和2中所示的塑料构件的方法步骤；以及图4示出了穿过具有集成的冲裁系统的上模和下模的剖示图。
【具体实施方式】
[0019]在图1中以分解图显示了双层的纤维复合塑料构件的实施例。因此，塑料构件由下部的有机板插入物1以及上部的有机板插入物3和布置在之间的力引入结构5构成。力引入结构5具有桁架式分布的肋7，其分别在两个被力引入结构5注塑包封的旋接套9处星形地汇合。力引入结构5此外具有注塑的边缘部(Umrandung) 7a，其侧向地包围承载板件1并且由此补偿在成形时产生的加工不精确性。因此可省去事后对FVK构件修边。力引入结构5是后注塑的纤维强化的塑料物质，而这两个上部的和下部的有机板插入物1，3分别是无端纤维强化的热塑性的半成品，例如由碳纤维强化的塑料制成。旋接套9在此例如由铝材料制成。
[0020]在图2中所示的组装位置中，旋接套9的金属端侧11分别在端侧向上和向下暴露。根据图2，旋接套9具有必要时带有内螺纹的旋接通道13。在图2中，柱状的旋接套9的在径向上在外部的侧面很大程度上被力引入结构5的纤维强化的塑料材料注塑包封。在此，纤维强化的塑料材料例如具有玻璃纤维15，其被置入点状示出的例如由聚酰胺构成的塑料基质17中。
[0021]如由图2另外得出的那样，旋接套9的两个端侧11被引导通过上部的有机板插入物3和下部的有机板插入物1的装配孔19，其中，在装配孔19的直径较大的孔边缘与旋接套9的外周缘之间设置有以塑料材料填充的环形间隙21。以该方式使有机板插入物1，3中的碳纤维与旋接套9的铝材料电绝缘。力引入结构5的后注塑的塑料材料因此以双重功能不仅用于加固塑料构件而且用于在旋接套9与有机板插入物1，3之间的电绝缘。
[0022]根据本发明的用于制造在图1和2中所示的塑料构件的工艺由以下六个阶段组成，其根据图3a至3f来说明:
1.借助于红外线辐射将有机板坯加热到处理温度上(未在图中示出)；
2.用于制造具有装配孔19的下部的有机板插入物1的成形和冲裁过程，如其示意性地在图3a中所示；
3.根据图3b利用红外线辐射器中间加热用于玻璃纤维强化的注塑物质的更好的连结；
4.将旋接套9作为金属插入物插入模具中，如其根据图3c所示，以塑料材料来后注塑下部的有机板插入物1，并且通过旋接套9的注塑包封在旋接套9与下部的有机板插入物1的碳纤维之间实现腐蚀保护；
5.在未示出的外部的成形工位中使优选地由CFK制成的上部的有机板插入物3成形；
以及
6.借助于镜面焊接设备40镜面焊接(见图3d)上部的有机板插入物3和力引入结构5，焊上(图3f)并且取出构件。
[0023]在大批量运行中，该制造工艺包含四个相同类型的下模、两个不同类型的上模和两个加热工位(其集成在圆形工作台设备中)。此外，需要另一外部的加热工位和外部的上模和下模用于使上部的有机板插入物3成形。圆形工作台设备的所有四个位置并行地加工有机板插入物1和3，使得循环时间由单个加工步骤来确定。目标循环时间低于一分钟。