DE102018102264B4

DE102018102264B4 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102018102264B4
Application number: DE102018102264.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Rosensträter
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: WO2019149810A1; DE102018102264A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrensschritten:- Bereitstellen eines Anbauelements (6), wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements;- Erwärmen eines Verbindungsbereichs (10) des Anbauelements (6) ;- Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Halteposition, wobei das erwärmte Anbauelement (6) in der Halteposition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist;- Verringern des Abstands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärmten Anbauelement (6) mithilfe einer Hubvorrichtung (12);- Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungselement (18), wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement (18) abgewandten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche (14) anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Während des elektrischen Fahrbetriebs von Hybrid-Fahrzeugen wird der Kunststoffkraftstoffbehälter, der flüssigen Kraftstoff bevorratet, verschlossen, um Kraftstoffemissionen zu vermeiden. Im verschlossenen Zustand kann der Innendruck des Kraftstoffbehälters temperaturbedingt Werte zwischen -150 mbar und +450 mbar annehmen.
Infolge der Druckbelastung kann die Kunststoffwandung des Kraftstoffbehälters um mehrere Zentimeter nach außen oder innen gewölbt werden. Diese Deformationen können zu einer Beschädigung der Wandung des Kraftstoffbehälters oder von in dem Kraftstoffbehälter aufgenommenen oder an den Kraftstoffbehälter angebundenen Funktionseinheiten führen. Weiter muss zusätzlicher Bauraum vorgehalten werden, damit eine deformierte Wandung weder unter die Bodenfreiheitslinie eines Kraftfahrzeugs reicht noch gegen die Karosserie gepresst wird.
Um die Deformationen einer Wandung eines Kunststoffkraftstoffbehälters infolge von temperaturbedingten Innendruckschwankungen zu reduzieren, kann die Kunststoffwandung lokal verstärkt werden. Hierzu können beispielsweise Verstärkungselemente aus faserverstärktem Kunststoff eingesetzt werden, die mit der Tankwandung verschweißt werden.
Beim Verschweißen von Anbauelementen mit einer solchen Kunststoffwandung eines Kunststoffkraftstoffbehälters besteht grundsätzlich die Herausforderung, die Applikation der Anbauelemente möglichst effizient in den Fertigungsprozess einzubinden. Soweit beispielsweise vorgeheizte, flächige Verstärkungselemente unter Ausnutzung der Extrusionswärme der Vorformlinge im Halbschalen-Blasformprozesses verschweißt werden sollen, muss ein Auskühlen des vorgeheizten, flächigen Verstärkungselements vor dem Verschweißen vermieden werden, um eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zu erreichen. Dies gilt sowohl für Verstärkungselemente als auch für weitere Funktionseinheiten, wie Strukturen zur Minderung von Schwappgeräuschen, Heizelemente und dergleichen, die mit einer Behälterwandung verschweißt werden sollen.
Relevanter Stand der Technik findet sich in DE 102010056032 A1 , DE 69302760 T2 und JP H04-12824 A1 .
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen, und insbesondere ein zuverlässiges Verschweißen von Anbauelementen mit einem Wandungselement ermöglichen, wobei ein Auskühlen eines zu verschweißenden Anbauteils vor dem Verschwei-ßen vermieden wird.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 16. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrensschritten:

- Bereitstellen eines Anbauelements, wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements, oder dergleichen;
- Erwärmen eines Verbindungsbereichs des Anbauelements;
- Halten des erwärmten Anbauelements in einer Halteposition, wobei das erwärmte Anbauelement in der Halteposition einen Abstand zu einer Anlagefläche aufweist;
- Verringern des Abstands zwischen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement mithilfe einer Hubvorrichtung;
- Verschweißen des erwärmten Anbauelements mit einem Wandungselement des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements an das Wandungselement, wobei das erwärmte Anbauelement während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt.

Dadurch, dass das erwärmte Anbauelement zunächst unter einem Abstand zu der Anlagefläche gehalten wird, kann eine Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement über die Anlagefläche in der Halteposition vermieden werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Anbauelement in der Halteposition keinen Kontakt zu der Anlagefläche aufweist.
Vor und/oder während dem Verschweißen wird der Abstand zwischen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement verringert. Demnach kann ein erster Kontakt des Verbindungsbereichs mit dem Wandungselement bereits erfolgen, bevor das erwärmte Anbauelement mit der dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt. Alternativ kann ein erster Kontakt des Verbindungsbereichs mit dem Wandungselement erst dann erfolgen, nachdem das erwärmte Anbauelement mit der dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt.
Wenn vorliegend von einem Erwärmen eines Verbindungsbereichs des Anbauelements gesprochen wird, so handelt es sich dabei um ein Erwärmen auf eine Temperatur, die ein Verschweißen des Kunststoffs des Anbauelements mit einem Kunststoff des Wandungselements ermöglicht. Nach dem Erwärmen befindet sich der Verbindungsbereich des Anbauelements in einem zumindest teilweise plastifizierten Zustand.
Es versteht sich, dass zumindest der Verbindungsbereich des Anbauelements erwärmt wird, jedoch gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass das gesamte Anbauelement erwärmt wird. Soweit das Anbauelement beispielsweise ein dünnwandiges, flächiges Verstärkungselement ist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder dergleichen, so wird beim Erwärmen des dünnwandigen, flächigen Verstärkungselements das gesamte Verstärkungselement durcherhitzt. Beispielsweise kann ein solches dünnwandiges, flächiges Verstärkungselement eine Dicke von 0,2 bis 3 mm aufweisen, und eine flächige Ausdehnung von 0,01 m² bis 1 m² haben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das erwärmte Anbauelement mithilfe einer mechanischen Andrückvorrichtung an das Wandungselement angedrückt wird, um ein Verschweißen des Anbauelements mit dem Wandungselement zu bewirken. Demnach kann das erwärmte Anbauelement mit dem Wandungselement verschweißt werden, indem beispielsweise wenigstens ein Andrückstempel mit dem Anbauelement oder dem Wandungselement in Anlage gebracht wird, um das Anbauelement und das Wandungselement mechanisch gegeneinander zu drücken.
Soweit zum Beispiel ein mechanisches Andrücken des erwärmten Anbauelements an oder gegen das Wandungselement innerhalb einer Blasform erfolgt, so kann das Verschweißen insbesondere vor dem Aufbringen eines Blasdrucks erfolgen, wobei in diesem Fall während des Verschweißens Umgebungsdruck in der das Anbauteil und das Wandungselement umgebenden Umgebungsluft herrscht.
Alternativ oder ergänzend zur Verwendung einer mechanischen Andrückvorrichtung kann das Andrücken des erwärmten Bauteils an das Wandungselement in einen Blasformprozess durch eine Druckbeaufschlagung des Wandungselements und/oder des erwärmten Bauteils mit einem Blasdruck erfolgen, der das Wandungselement und das erwärmte Anbauelement in Anlage bringt, um diese zu verschweißen.
Bevorzugt wird jedoch das Verschweißen einzig durch das mechanische Andrücken des erwärmten Anbauelements an das Wandungselement mithilfe wenigstens eines Andrückstempels oder mehrerer Andrückstempel erreicht, um wiederholgenau eine definierte Verschweißung zwischen dem Anbauelement und dem Wandungselement zu erreichen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 50 mm oder weniger beträgt. Auf diesen Weise kann das Anbauelement zügig mit der Anlagefläche in Kontakt gebracht werden, gegen die das Anbauelement beim Verschweißen gedrückt wird.
In Abhängigkeit von dem Temperaturverhalten des Anbauelements, kann gemäß weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens vorgesehen sein, dass der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 30 mm oder weniger beträgt, 20 mm oder weniger beträgt, oder 10 mm oder weniger beträgt.
Alternativ oder ergänzend kann der Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche in der Halteposition 5 mm oder mehr betragen. Damit kann verhindert werden, dass gegebenenfalls in Folge der Erwärmung an dem Anbauelement gebildete Falten in der Halteposition nicht mit der Anlagefläche in Berührung kommen. Handelt es sich bei dem Anbauelement beispielsweise um ein flächiges Verstärkungselement, wie ein faserverstärktes Organoblech, ein faserverstärktes Tapegelege oder dergleichen, so kann ein solches flächiges Verstärkungselement infolge der Erwärmung Falten bilden, die zumindest abschnittsweise in Richtung der Anlagefläche gewölbt sind.
Der Abstand, den ein Anbauelement in der Halteposition mindestens zu der Anlagefläche haben sollte, kann daher in Abhängigkeit von der zu erwartenden Änderung der Geometrie des Anbauelements infolge der Erwärmung gewählt werden. So kann für einen Anbauteil, bei dem lediglich geringe Verformungen infolge der Erwärmung zu erwarten sind, ein Abstand zu der Anlagefläche vorgegeben sein, der 1 mm oder mehr beträgt, oder der 2 mm oder mehr beträgt.
Demnach können für die Halteposition einerseits ein maximaler Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche und andererseits alternativ oder ergänzend ein minimaler Abstand des Anbauelements zu der Anlagefläche vorgegeben werden.
Der Abstand wird insbesondere senkrecht zur Anlagefläche in Richtung der dem Wandungselement abgewandten Seite gemessen.
Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Temperatur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wandungselement an der Anlagefläche anliegt, fünf Sekunden oder weniger beträgt.
Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Temperatur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wandungselement an der Anlagefläche anliegt, 2 Sekunden oder weniger beträgt.
Um ein Auskühlen des erwärmten Anbauelements auf eine unter die für ein zuverlässiges Verschweißen erforderliche Temperatur zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement vor einem Kontakt mit dem Wandungselement an der Anlagefläche anliegt, eine Sekunde oder weniger beträgt.
Die Anlagezeitdauer kann entsprechend dem Abkühlverhalten des mit dem Wandungselement zu verbindenden Anbauteils gewählt werden. Soweit beispielsweise ein dünnwandiges, flächiges Verstärkungselement mit dem Wandungselement verschweißt werden soll, kann es erforderlich sein, dass eine Anlagezeitdauer, während derer das dünnwandigen, flächige Verstärkungselement vor einem Kontakt mit dem Wandungselement an der Anlagefläche anliegt 1 Sekunde oder weniger beträgt, 0,5 Sekunden oder weniger beträgt oder 0,25 Sekunden oder weniger beträgt. Wird demgegenüber jedoch eine mehrere Zentimeter dicke, regellos vernetzte, schwammartige Struktur in ihrem Verbindungsbereich lokal erwärmt, so ist durch den Kontakt der dem Verbindungsbereich abgewandten Seite an der Anlagefläche kein maßgeblicher Kühleffekt zu erwarten. In einem solchen Fall kann beispielsweise eine Anlagezeitdauer an der Anlagefläche bis zu 5 Sekunden betragen ohne die Qualität der durch das Verschweißen erreichten stoffschlüssigen Verbindung zu beeinträchtigen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Anbauelement mit einer einem Formwerkzeug zugwandten Außenseite des Wandungselements verschweißt wird, wobei eine Werkzeugoberfläche zur Formgebung des Wandungselements die Anlagefläche bildet. Bei dem Formwerkzeug kann es sich beispielsweise um ein Blasformwerkzeug handeln.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauelement mit einer einem Formwerkzeug abgewandten Innenseite des Wandungselements verschweißt wird, wobei eine Oberfläche eines Andrückstempels die Anlagefläche bildet, der an einem Mittenrahmen gehalten ist.
Wenn vorliegend von einem Mittenrahmen gesprochen wird, so handelt es sich dabei insbesondere um einen verfahrbaren Rahmen, der zwischen Formhälften eines Formwerkzeugs bewegbar ist, um Funktionseinheiten zu applizieren und/oder Anbauteile zu positionieren.
Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Anbauelemente mit dem Wandungselement verschweißt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens ein Anbauelement mit der Innenseite des Wandungselements verschweißt wird und mindestens ein weiteres Anbauelement mit der Außenseite des Wandungselements verschweißt wird.
Es können mehrere Anbauelemente auf der Außenseite des Wandungselements und mehrere Anbauelemente auf der Innenseite des Wandungselements verschweißt sein.
Um eine möglichst geringe Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement zu erreichen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das Halten des erwärmten Anbauelements in einer Halteposition mithilfe einer Haltevorrichtung erfolgt, die das erwärmte Anbauteil mit wenigstens einem Halteelement oder mehreren Halteelementen in der Halteposition hält, wobei eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement insgesamt weniger als 10% einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs beträgt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche der Haltevorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement insgesamt weniger als 5%, einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs beträgt, insbesondere weniger als 2% einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs beträgt, um ein Abkühlen des erwärmten Anbauelements durch die Anlage zu der Kontaktfläche gering zu halten.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, die Haltevorrichtung eine Heizeinrichtung aufweist, um eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung zu dem erwärmten Anbauelement zu erwärmen und einer Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement entgegenzuwirken.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung wenigstens ein Halteelement hat, das ausgehend von der Halteposition in eine Andrückposition bewegbar ist, wobei das Halteelement in der Andrückposition bündig zur Anlagefläche angeordnet ist oder gegenüber der Anlagefläche zurückversetzt angeordnet ist.
Insbesondere kann ein Halteelement der Haltevorrichtung bzw. können die Halteelemente der Haltevorrichtung von dem Anbauelement gelöst werden, sobald ein erstes Anhaften des Anbauelements an dem Wandungselement erfolgt ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Halteelement der Haltevorrichtung bzw. können die Halteelemente der Haltevorrichtung während der gesamten Zeitdauer des Schweißvorgangs mit dem Anbauelement in Kontakt bleiben und das Anbauelements halten.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Halteelement ein Vakuumsauger ist, der eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweist. Insbesondere können mehrere Vakuumsauger vorgesehen sein, die jeweils eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweisen. Die Verwendung eines oder mehrerer Vakuumsauger hat den Vorteil, dass das Anbauelement durch den Kontakt zu der Halteeinrichtung nicht beschädigt wird. Zudem ist ein einfaches und schnelles Lösen eines Vakuumsaugers von dem Anbauelement möglich.
Wenn vorliegend von einer starren Saugfläche gesprochen wird, so handelt es sich dabei um eine Saugfläche, die im unbelasteten Zustand unter ihrem Eigengewicht nicht biegeschlaff ist.
Die starre Saugfläche kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem Sinterwerkstoff bestehen. Insbesondere kann ein Saugelement, an dem die starre Saugfläche gebildet ist, ein poröses Material aufweisen oder aus einem porösen Material bestehen, so das ein Unterdruck zum Ansaugen des Anbauelements über die Poren des Materials an der Saugfläche bereitgestellt werden kann.
Die starre Saugfläche kann an einem beschichteten Kunststoff gebildet sein, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Temperatur liegt, auf die das Anbauteil erwärmt wird, sodass ein Plastifizieren der Saugfläche vermieden werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Halteelement eine Nadel oder einen Dorn ist. Die Nadel oder der Dorn eines solchen Halteelements kann das Anbauelement teilweise oder vollständig durchdringen, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Anbauelement gebildet ist. Dabei ist vorteilhaft, dass ein solches Halteelement kostengünstig bereitgestellt werden kann und, beispielsweise im Vergleich zu dem voranstehend beschriebenen Vakuumsauger, einen geringeren Anlagenaufwand bedeutet.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Halteelement ein Greifer ist. Der Greifer kann das Anbauelement teilweise oder vollständig greifen oder umgreifen, um das Anbauelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig zu halten. Die Verwendung eines Greifers hat den Vorteil, dass verschiedene sich in ihrer Geometrie unterscheidende Anbauelemente mithilfe ein und desselben Greifers gehalten werden können. Beispielsweise ist dadurch für das Handhaben und Bewegen verschiedener Anbauelemente keine Umrüstung einer Fertigungseinrichtung erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Anbauelement ein Verstärkungselement aufweist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder dergleichen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauelement aus einem Verstärkungselement besteht, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape oder dergleichen.
Das Organoblech und/oder faserverstärkte Tape können Fasern aus Glas, Carbon, Aramid oder Basalt aufweisen.
Das Organoblech und/oder faserverstärkte Tape können eine Matrixmaterial aus Polyamid (PA), Polyethylen (PE) High-density polyethylene (HDPE), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polyphthalamid (PPA) aufweisen.
Das Organoblech kenn ein Gewebe oder Gelege sein.
Bei dem Tape kann es sich um ein Tapegelege oder ein unidirektionales Tape handeln.
Ein Verstärkungselement kann ein kurzfaserverstärktes oder langfaserverstärktes Halbzeug sein.
Es kann mindestens eine Haftvermittlerschicht vorgesehen sein, um ein Verschweißen des Anbauelements mit dem Wandungselement zu ermöglichen oder die stoffschlüssige Verbindung zu verbessern.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Anbauelement eine Funktionseinheit aufweist, wie eine Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur oder dergleichen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anbauteil aus einer Funktionseinheit besteht, wie einer Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur oder dergleichen.
Um in einfacher und kostengünstiger Weise eine Vorrichtung bereitzustellen, kann die Hubvorrichtung entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens einen Hubzylinder oder mehrere Hubzylinder aufweisen, wie einen Pneumatikzylinder einen Hydraulikzylinder oder dergleichen. Insbesondere kann ein solcher Hubzylinder einen Anschlag aufweisen, um den zwischen der Halteposition und einer Andrückposition zu begrenzen.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Hubzylinder in einer die Anlagefläche durchdringenden Ausnehmung sitzt. Weiter kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Zylinder in jeweils zugeordneten Ausnehmungen sitzen, die die Anlagefläche durchdringen Eine derartige Ausnehmung kann beispielsweise in eine Werkzeugoberfläche einer Formhälfte eines Blasformwerkzeugs eingelassen sein, so dass der jeweils in der Ausnehmung sitzende Hubzylinder kompakt in eine Formhälfte eines Blasformwerkzeugs integriert werden kann.
Soweit ein Zylinder in einer an einer Formhälfte eines Blasformwerkzeugs gebildeten Ausnehmung sitzt, kann ein an dem Hubzylinder befestigtes Halteelement mithilfe des Hubzylinders in die Halteposition bewegbar sein. So kann das Halteelement an einem Ende einer Kolbenstange des Hubzylinders befestigt sein und mithilfe der Kolbenstange in einer in einen Formhohlraum auskragende Position bewegt werden, die der Halteposition entspricht.
Alternativ kann eine Ausnehmung einer Anlagefläche, in der ein Hubzylinder sitzt, an einem Andrückstempel gebildet sein, der an einem Mittenrahmen gehalten ist. Es können mehrere Hubzylinder in jeweils zugeordnete, in eine Anlagefläche eingelassene und die Anlagefläche durchdringenden Ausnehmungen sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wandungselement eine Halbschale für einen Kunststoffkraftstoffbehälter ist, wobei das Wandungselement durch Extrusion und Blasformen innerhalb eines Blasformwerkzeugs einlagig oder mehrlagig hergestellt wird. So kann das Wandungselement beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Schichten haben, die mithilfe einer Extrusionsvorrichtung koextrudiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung, die zum Erwärmen des Anbauelements vorgesehen ist, ein Flächenheizelement ist.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung, die zum Erwärmen des Anbauelements vorgesehen ist, mit einem Abstand zu einem Formwerkzeug, wie einer Blasform oder dergleichen, bereitgestellt wird. Während ein Kunststoffbauteil in der Blasform fertiggestellt wird, kann demnach gleichzeitig ein Anbauelement zur Fertigung des darauffolgenden herzustellenden Kunststoffbauteils bereitgestellt und aufgewärmt werden. Nachdem die Blasform geöffnet ist, und das Kunststoffbauteil aus der Blasform entnommen worden ist, kann ein zum Blasformen vorgesehenes mehrschichtiges Wandungselement ausgehend von einer Extrusionsvorrichtung in einen Bereich des geöffneten Blasformwerkzeugs koextrudiert werden. Das mithilfe der externen Heizeinrichtung erwärmte Anbauelements kann vor oder nach dem Extrudieren des mehrschichtigen Wandungselements an einer in eine Formhälfte integrierten Halteeinrichtung befestigt und gehalten werden.
Anschließend kann eine andere Vorrichtung das Wandungselement gegen das Anbauelement drücken, wobei beispielsweise eine Oberfläche einer Formhälfte des Blasformwerkzeugs die Anlagefläche bildet. Nachdem das Anbauelements mit dem noch aus dem vorangegangenen Extrusion Prozess erwärmten Wandungselement verschweißt worden ist, kann die Blasform geschlossen und ein Blasdruck aufgebracht werden. Durch den Blasdruck wird das Wandungselement vollständig mit der Werkzeugoberfläche der Formhälfte des Blasformwerkzeugs in Anlage gebracht.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Anbauelements, wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements, oder dergleichen; mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Verbindungsbereichs des Anbauelements; mit einer Halteeinrichtung zum Halten eines erwärmten Anbauelements in einer Halteposition, derart, dass das erwärmte Anbauelement in der Halteposition einen Abstand zu einer Anlagefläche aufweist; mit einer Hubvorrichtung, die zum Verringern des Abstands zwischen der Anlagefläche und dem erwärmten Anbauelement eingerichtet ist; mit einer Schweißeinrichtung, die zum Verschweißen des erwärmten Anbauelements mit einem Wandungselement des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements an das Wandungselement eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauelement während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche anliegt.
Dadurch, dass das erwärmte Anbauelement zunächst unter einem Abstand zu der Anlagefläche gehalten werden kann, kann eine Wärmeabfuhr aus dem erwärmten Anbauelement über die Anlagefläche in der Halteposition vermieden werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Anbauelement in der Halteposition keinen Kontakt zu der Anlagefläche aufweist.
Alle voranstehend bezüglich des Verfahrens diskutierten Merkmale, die auch strukturelle Merkmale der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, wie zum Beispiel die Ausgestaltung der Halteeinrichtung, der Halteelemente, der Heizeinrichtung und dergleichen, können gleichermaßen auch Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:

1 ein Blasformwerkzeug in einer Seitenansicht;
2 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffbauteils mit dem Blasformwerkzeug aus 1 in einer Schnittdarstellung;
3 ein Anbauteil in Halteposition;
4 das Anbauteil aus 4 in Andrückposition.

2 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Herstellen eines Kunststoffbauteils. Die Vorrichtung 2 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Die Vorrichtung hat ein Blasformwerkzeug 3, wobei lediglich eine Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs gezeigt ist.
Die Vorrichtung 2 hat eine Einrichtung 4 zum Bereitstellen eines Anbauelements 6. Das Anbauelement 6 ist vorliegend ein Organoblech 6, das aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Die Einrichtung 4 zum Bereitstellen des Anbauelements 6 ist vorliegend ein Montageroboter 4.
Die Vorrichtung 2 hat weiter eine Heizeinrichtung 8 zum Erwärmen eines Verbindungsbereichs 10 des Anbauelements 6. Die Heizeinrichtung 8 ist vorliegend ein als Flächenheizelement ausgebildeter Infrarotstrahler 8.
Die Vorrichtung 2 hat eine Haltevorrichtung 12 zum Halten des erwärmten Anbauelements 6 in einer Halteposition, derart, dass das erwärmte Anbauelements 6 in der Halteposition einen Abstand a zu einer Anlagefläche 14 aufweist.
Die Haltevorrichtung 12 ist vorliegend gleichzeitig auch eine Hubvorrichtung 12, die zum Verringern des Abstands a zwischen der Anlagefläche 14 und dem erwärmten Anbauelement 6 eingerichtet ist.
Die Vorrichtung 2 hat weiter eine Schweißeinrichtung 16, die zum Verschweißen des erwärmten Anbauelements 6 mit einem Wandungselement 18 des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements 6 an das Wandungselement 18 eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauelement 6 während des verschweißen mit einer dem Wandungselement 18 abgewandten Seite 20 an der Anlagefläche 14 anliegt. Die Schweißvorrichtung 16 ist demnach vorliegend eine mechanische Andrückvorrichtung 16.
Der Abstand a beträgt vorliegend 30 mm.
Die Haltevorrichtung 12 hat vorliegend drei Halteelemente 22, 24, 26, die das erwärmte Anbauteil 6 in der Halteposition halten, nachdem das erwärmte Anbauteil der Haltevorrichtung 12 von dem Montageroboter 4 übergeben worden ist.
Jedes der drei Halteelemente 22, 24, 26 ist vorliegend ein Vakuumsauger 22, 24, 26. Der Aufbau der Vakuumsauger 22, 24, 26 wird nachfolgend exemplarisch anhand des Vakuumsaugers 24 beschrieben.
Der Vakuumsauger 24 hat eine starre Saugfläche 28, die an einem Einsatz 30 gebildet ist, wobei der Einsatz 30 aus einem porösen Sinterwerkstoff besteht. Der Einsatz 30 ist austauschbar an einem Kolbenelement 32 gehalten. Ein Dichtring 34 dient zum Abdichten der Saugfläche 28 gegenüber einer Umgebung U, soweit das Anbauteil 6 an der Haltevorrichtung 12 gehalten ist.
Das Kolbenelement 32 und die Kolbenstange 36 sind hohl ausgeführt und an eine Vakuumpumpe 38 angeschlossen.
Die Kolbenstange 36 ist Teil eines Hubzylinders 40, durch den das Halteelement 24 aus der Halteposition (3) in eine Andrückposition (vgl. 4) bewegbar ist. In der Andrückposition ist der Abstand a gleich 0.
Wie 2 zu entnehmen, sitzt der Zylinder 40 mit seiner Kolbenstange 36 und dem Kolbenelement 32 in einer die Anlagefläche 14 durchdringenden Ausnehmung 42 der Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs 3.
Zum Herstellen eines Kunststoffbauteils wird zunächst das Organoblech 6 mithilfe des Montageroboters 4 bereitgestellt und mithilfe der Heizvorrichtung 8 erwärmt, so dass der Verbindungsbereich 10 in einem zumindest teilweise plastifizierten bzw. aufgeschmolzenen Zustand ist (1).
Das Blasformwerkzeug 3 befindet sich im geöffneten Zustand.
Das erwärmte Organoblech 6 wird gedreht und anschließend mithilfe des Montageroboters 4 und/oder einer weiteren zwischengeschalteten Vorrichtung an die Haltevorrichtung 12 übergeben, sodass das Organoblech 6 mit der Seite 20 an den Vakuumsaugern 22, 24, 26 anliegt und durch die Vakuumsauger 22, 24, 26 in der Halteposition gehalten wird, in dem die Vakuumpumpe 38 einen Unterdruck erzeugt (3).
Bevor oder nach dem das Organoblech 6 an die Haltevorrichtung 12 übergeben wird, wird ein Wandungselement 18 koextrudiert, dass vorliegend einen fünfschichtigen Wandungsaufbau hat.
Das Wandungselement 18 wird mithilfe der mechanischen Andrückvorrichtung 16 an das erwärmte Organoblech 6 angedrückt um ein Verschweißen des Organoblechs 6 mit dem Wandungselement 18 zu bewirken. Das Wandungselement 18 befindet sich während des Verschweißens aufgrund der verbleibenden Wärme aus dem Extrusionsvorgang seinerseits noch im zumindest teilweise plastifizierten bzw. aufgeschmolzenen Zustand.
Bevor das Wandungselement 18 mit dem Organoblech 6 verschweißt wird, wird das Organoblech 6 aus der Halteposition in die Andrückposition überführt, in der der Abstand a gleich 0 ist. Eine Anlagezeitdauer während derer das erwärmte Organoblech vor einem Kontakt mit dem Wandungselement 18 an der Anlagefläche 14 anliegt, beträgt vorliegend weniger als 1 Sekunde.
Im vorliegenden Fall wird das Organoblech 6 mit einer dem Formwerkzeug 3 zugewandten Außenseite 44 des Wandungselement 18 verschweißt.
Vorliegend ist die Anlagefläche 14 die Werkzeugoberfläche 14 der Formhälfte 5 des Blasformwerkzeugs 3.
Bezugszeichenliste

2: Vorrichtung
3: Blasformwerkzeug
4: Einrichtung zum Bereitstellen eines Anbauelements
5: Formhälfte
6: Anbauelement
8: Heizeinrichtung
10: Verbindungsbereich
12: Haltevorrichtung/Hubvorrichtung
14: Anlagefläche
16: Schweißeinrichtung/Andrückvorrichtung
18: Wandungselement
20: abgewandte Seite
22: Halteelement
24: Halteelement
26: Halteelement
28: Saugfläche
30: Einsatz
32: Kolbenelement
34: Dichtring
36: Kolbenstange
38: Vakuumpumpe
40: Hubzylinder
42: Ausnehmung/Durchgangsöffnung
44: Außenseite des Wandungselement 18
a: Abstand
U: Umgebung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit den Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Anbauelements (6), wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements; - Erwärmen eines Verbindungsbereichs (10) des Anbauelements (6) ; - Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Halteposition, wobei das erwärmte Anbauelement (6) in der Halteposition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist; - Verringern des Abstands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärmten Anbauelement (6) mithilfe einer Hubvorrichtung (12); - Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungselement (18), wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement (18) abgewandten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche (14) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Anbauelement (6) mithilfe einer mechanischen Andrückvorrichtung (16) an das Wandungselement angedrückt wird oder umgekehrt, um ein Verschweißen des Anbauelements (6) mit dem Wandungselement (18) zu bewirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Abstand (a) des Anbauelements (6) zu der Anlagefläche (14) in der Halteposition 50 mm oder weniger beträgt, und/oder - der Abstand (a) des Anbauelements (6) zu der Anlagefläche (14) in der Halteposition 5 mm oder mehr beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, fünf Sekunden oder weniger beträgt; oder - eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, 2 Sekunden oder weniger beträgt; oder - eine Anlagezeitdauer, während derer das erwärmte Anbauelement (6) vor einem Kontakt mit dem Wandungselement (18) an der Anlagefläche (14) anliegt, eine Sekunde oder weniger beträgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - das Anbauelement (6) mit einer einem Formwerkzeug (5) zugwandten Außenseite (44) des Wandungselements (18) verschweißt wird, wobei eine Werkzeugoberfläche (14) zur Formgebung des Wandungselements (18) die Anlagefläche (14) bildet oder - das Anbauelement (6) mit einer einem Formwerkzeug (5) abgewandten Innenseite des Wandungselements (18) verschweißt wird, wobei eine Oberfläche eines Andrückstempels die Anlagefläche bildet, der an einem Mittenrahmen gehalten ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Anbauelemente (6) mit dem Wandungselement (18) verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anbauelement (6) mit der Innenseite das Wandungselements (18) verschweißt wird und wenigstens ein weiteres Anbauelement mit der Außenseite des Wandungselements (18) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass - das Halten des erwärmten Anbauelements (6) in einer Halteposition mithilfe einer Haltevorrichtung (12) erfolgt, die das erwärmte Anbauteil mit wenigstens einem Halteelement (22, 24, 26) oder mehreren Halteelementen (22, 24, 26) in der Halteposition hält, - wobei eine Kontaktfläche der Haltevorrichtung (12) zu dem erwärmten Anbauelement (6) insgesamt weniger als 10% einer zu verschweißenden Fläche des Verbindungsbereichs (10) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Haltevorrichtung (12) wenigstens ein Halteelement (22, 24, 26) hat, das ausgehend von der Halteposition in eine Andrückposition bewegbar ist, - wobei das Halteelement (22, 24, 26) in der Andrückposition bündig zur Anlagefläche (14) angeordnet ist oder gegenüber der Anlagefläche (14) zurückversetzt angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens ein Halteelement (22, 24, 26) ein Vakuumsauger (22, 24, 26) ist, der eine starre Saugfläche zum Halten des Anbauelements aufweist; und/oder - wenigstens ein Halteelement eine Nadel oder einen Dorn ist; und/oder - wenigstens ein Halteelement ein Greifer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass - das Anbauelement (6) ein Verstärkungselement (6) aufweist, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape, oder - das Anbauelement (6) aus einem Verstärkungselement (6) besteht, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - das Anbauelement eine Funktionseinheit aufweist, wie eine Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur, oder - das Anbauteil aus einer Funktionseinheit besteht, wie einer Folienheizung, eine Dämpfungsstruktur.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubvorrichtung (12) einen Hubzylinder (40) oder mehrere Hubzylinder (40) aufweist, wie einen Pneumatikzylinder einen Hydraulikzylinder.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hubzylinder (40) in einer die Anlagefläche (14) durchdringenden Ausnehmung (42) sitzt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass - das Wandungselement (18) eine Halbschale für einen Kunststoffkraftstoffbehälter ist, - wobei das Wandungselement (18) durch Extrusion und Blasformen innerhalb eines Blasformwerkzeugs einlagig oder mehrlagig hergestellt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, - eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, - mit einer Einrichtung (4) zum Bereitstellen eines Anbauelements (6), wie einer Funktionseinheit, eines Verstärkungselements; - mit einer Heizeinrichtung (8) zum Erwärmen eines Verbindungsbereichs (10) des Anbauelements (6); - mit einer Halteeinrichtung (12) zum Halten eines erwärmten Anbauelements in einer Halteposition, derart, dass das erwärmte Anbauelement (6) in der Halteposition einen Abstand (a) zu einer Anlagefläche (14) aufweist; - mit einer Hubvorrichtung (12), die zum Verringern des Abstands (a) zwischen der Anlagefläche (14) und dem erwärmten Anbauelement (6) eingerichtet ist; - mit einer Schweißeinrichtung (16), die zum Verschweißen des erwärmten Anbauelements (6) mit einem Wandungselement (18) des Kunststoffbauteils durch Andrücken des erwärmten Anbauelements (6) an das Wandungselement (18) eingerichtet ist, wobei das erwärmte Anbauelement (6) während des Verschweißens mit einer dem Wandungselement (18) abgewandten Seite (20) zumindest abschnittsweise an der Anlagefläche (14) anliegt.