WO2001087568A1

WO2001087568A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines formteils aus einem metall-/kunststoffverbund sowie verwendung der vorrichtung

Info

Publication number: WO2001087568A1
Application number: PCT/EP2001/005534
Authority: WO
Inventors: Lars Ziegler
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2002-11-17
Also published as: DE10024224B4; AU2001281772A1; EP1282500B1; ATE284299T1; DE10024224A1; DE50104767D1; EP1282500A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Hestellung eines Formteils aus einem Metall-/Kunststoffverbund durch Innenhochdruckumformen von rohrförmigem Halbzeug aus Metall zu dem Formteil wird das Halbzeug in ein wenigstens zweiteiliges Formwerkzeug mit einem der Aussenkontur des Formteils entsprechenden Formraum eingelegt, das Formwerkzeug geschlossen, das rohrförmige Halbzeug an seinen offenen Stirnseiten druckfest abgedichtet und von wenigstens einer Stirnseite mit einer Polymerschmelze unter hohem Druck in den Formraum eingeformt. Die Polymerschmelze wird durch Spritzgiessen mittels eines herkömmlichen Spritzgiessaggregats in das Halbzeug gedrückt. Nach ausreichender Erstarrung der Polymerschmelze im Wandbereich des metallischen Formteils wird die Polymerschmelze aus dem Formteil verdrängt, so dass ein metallisches Formteil mit einer Innenbeschichtung aus Kunststoff erhalten wird. Ferner ist eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung und deren Verwendung beschrieben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils aus einem Metall-/Kunststoffverbünd sowie Verwendung der

Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenhochdruckum- formen von rohrförmige Halbzeug aus Metall zu dem Formteil, indem das Halbzeug in ein wenigstens zweiteiliges Formwerkzeug mit einem der Außenkontur des Formteils entsprechenden Formraum eingelegt, das Formwerkzeug mit Ausnahme der offenen Stirnseiten des Halbzeugs geschlossen, das Halbzeug an seinen offenen Stirnseiten druckfest abgedichtet und von wenigstens einer Stirnseite mit einer durch Spritzgießen in das Halbzeug gedrückten Polymerschmelze unter hohem Druck in den Formraum eingeformt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Innenhochdruckum- formen von rohrförmigem Halbzeug aus Metall sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung.

In der Umformtechnik von Metallen gewinnt das Innenhoch- druckumformen zunehmend an Bedeutung zur Herstellung nahtloser, hohler Formteile in einem einzigen oder mehreren aufeinanderfolgenden Umformvorgängen. Das Ausgangsmaterial ist im allgemeinen ein rohrformiges Halbzeug mit grundsätz- lieh beliebigem Querschnitt und beliebiger Querschnitts - form, das in ein hohles Formteil umgeformt wird. Das rohr- förmige Halbzeug wird in ein zweiteiliges Formwerkzeug eingelegt, dessen Formraum der gewünschten Außenkontur des Formteils entspricht. Nach Schließen des Werkzeugs wird das rohrförmige Halbzeug an beiden Stirnseiten abgedichtet und über wenigstens eine Stirnseite ein Fluid unter hohem Druck aufgegeben und dadurch das Halbzeug "aufgeblasen", bis es die endgültige Kontur eingenommen hat. Hierbei wird mit Drücken zwischen 1000 und 4000 bar gearbeitet, wobei die

Höhe des Drucks von den Umformradien, den Umformtiefen und der Wandstärke des Halbzeugs abhängig ist. Als Fluid wird üblicherweise eine Öl -/Wasser-Emulsion verwendet, die nach Abdichten des Halbzeugs eingepreßt wird, wobei der Durch- messer des Halbzeugs im Bereich der Abdichtung in der Regel erhalten bleibt. Nach dem Umformen und der Druckentlastung wird das Formwerkzeug geöffnet und das Formteil entnommen.

Mit diesem Verfahren lassen sich relativ verwickelte Form- teile herstellen, die früher nur durch Tiefziehen oder

Pressen zweier Formteilhälften oder mehrerer Formstücke und anschließendes Zusammenfügen derselben herstellbar waren. Als Beispiel seien in der Kfz -Technik Auspuffanlagen und deren Teile, hohle Rahmen oder Rahmenteile etc. genannt. Gleichermaßen wird das Verfahren aber auch bei anderen technischen Bauteilen eingesetzt, sofern sie in entsprechender Stückzahl zu fertigen sind.

Bei dem bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß die ver- wendete Öl -/Wasser-Emulsion gewisse Umweltrisiken mit sich bringt. Am Arbeitsplatz einer solchen Umformanlage fällt zudem stets die Emulsion an, was mit entsprechenden Reinigungsarbeiten verbunden ist. Ferner muß die Emulsion laufend ergänzt oder gar ersetzt werden. Schließlich han- delt es sich bei dem Verfahren um ein Kaltumformen, da das Umformfluid in der Regel mit Umgebungstemperatur oder wenig darüber eingesetzt wird und sich eine Temperatur im Bereich des Siedepunktes von Wasser verbietet.

Es ist ferner bekannt (DE 197 13 074 AI) , als Fluid für das Innenhochdruckformen eine Polymerschmelze zu verwenden, die unter hohem Druck mittels eines Spritzgießaggregates in das Halbzeug gedrückt wird, das auf diese Weise in den von dem Formwerkzeug begrenzten Formraum eingeformt wird. Die Poly- merschmelze verbleibt in dem Formteil als Kunststoff -

Füllung. Dadurch soll insbesondere bei stabförmigen Stütz - körpern mit geringer Wandstärke des metallischen Teils eine erhöhte Knickfestigkeit erreicht werden. Dieses Ziel wird allerdings nur mit einem erhöhten Materialeinsatz an Kunst- stoff erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung dahingehend weiterzu- entwiekeln, daß bei einem geringem Kunststoffbedarf eine vielfältige Gestaltung von Formteilen aus einem Metall-/ Kunststoffverbünd möglich ist.

Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß die Polymerschmelze nach dem Umformen des Halbzeugs zum Formteil mittels eines unter Druck zugeführten, gegenüber der Polymerschmelze inerten Fluids unter Bildung einer Polymer- Innenschicht an dem Formteil zumindest teilweise aus dem Formteil verdrängt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Umformfluid eine Polymerschmelze eingesetzt, die je nach Art des Polymers eine Temperatur zwischen 150 und 350°C aufweisen kann. Mit diesem Umformfluid wird die Umformtemperatur entsprechend angehoben, so daß -wie beim Warmformen- die Umform- kräfte und damit der Wirkmediendruck entsprechend reduziert werden können. Schließlich wird das Innenhochdruckumformen gemäß der Erfindung mit einer in der Kunststofftechnologie bekannten Verfahrenstechnik, nämlich dem Spritzgießen, verwirklicht, so daß in verfahrenstechnischer Hinsicht keine neuen technischen Konzepte zu entwickeln sind.

Auf diese Weise lassen sich hohle oder bereichsweise hohle Formteile herstellen, die innenseitig kunststoffbeschichtet sind. In diesem Zusammenhang sind insbesondere medienfüh- rende Bauteile zu nennen, bei denen die Kunststoff -

Innenbeschichtung als Korrosions- oder Verschleißschutz dient, wobei das Halbzeug aus einem weniger hochwertigen Metall bestehen kann. Es kann ferner ein Halbzeug mit geringerer Wandstärke eingesetzt und auf eine sehr dünne End- Wandstärke umgeformt werden, da die Innenschicht für eine zusätzliche Stabilisierung sorgt. So lassen sich auf diese Weise Leichtbauteile mit dünner Metallhaut erzeugen. Wesentlich ist bei diesem Verfahren, daß das Umformfluid, nämlich die Polymerschmelze, unmittelbar in ein technisch funktionelles Teil, nämlich die Beschichtung, umgesetzt wird. Es geht insbesondere auch kein Fluid verloren, wie auch jegliche Entsorgung entfällt, da die überschüssige Polymerschmelze wiederverwendet werden kann. Gegenüber reinen, hochwertigen Spritzgußteilen aus Kunststoff können Kunststoffrezyklate verarbeitet werden. Gegenüber dem herkömmlichen Spritzgießen kann die Zykluszeit verkürzt werden, da das Formteil früher entformt werden kann.

Wird die Polymerschmelze sofort nach dem Umformen des Halb- zeugs vollständig ausgeblasen, wird ein metallisches Formteil mit dünner Kunststoffhaut erhalten, wird sie hingegen zeitverzögert und nur teilweise ausgeblasen, erhält man ein Verbund-Formteil aus Metall mit dickerer Innenbeschichtung. Die Wandstärke der Innenbeschichtung läßt sich durch Außen- kühlung des Formteils im Formwerkzeug und/oder durch Steue- rung der Verweilzeit des Polymers bis zum Ausblasen steuern. Das ausgeblasene Polymer läßt sich wiederverwenden.

Vorzugsweise erfolgt das Ausblasen der Polymerschmelze mit- tels Gas oder Wasser, die zugleich zur Abkühlung des im

Formteil für die Innenbeschichtung verbleibenden Polymeranteils dienen können.

Es kann in einer Variante vorgesehen sein, daß das Form- Werkzeug beheizt wird, um ein zu schnelles Abkühlen der Polymerschmelze zu verhindern und die Vorteile eines Warmformens zu nutzen. Hierbei wird die Heiztemperatur so gesteuert, daß das Halbzeug keine höhere Temperatur als die Schmelztemperatur der Polymerschmelze annimmt. Ein solches Beheizen empfiehlt sich insbesondere zu Beginn eines Fertigungszyklus ' , während sich mit zunehmender Betriebsdauer am Formwerkzeug ohnehin erhöhte Temperaturen einstellen. Gleichwohl ist aufgrund der Metallhülle ein frühzeitiges Entformen möglich.

Das Einspritzen der Polymerschmelze wird vorzugsweise mittels eines herkömmlichen Spritzgießaggregates durchgeführt, wobei das Spritzmundstück des Spritzgießaggregates die offene Stirnseite des Halbzeugs unmittelbar abdichten kann.

Wenn die offene Stirnseite des Halbzeugs aufgrund des Nach- ziehens beim Umformen wandert, wird das Spritzgießaggregat entsprechend dem Umformfortschritt des Halbzeugs nachgeführt .

Zum Aufbau des Gegendrucks, wie auch zum Ausblasen der Polymerschmelze zur Herstellung von innenseitig beschichteten Formteilen kann wiederum ein herkömmliches Gas- oder Wasserinnendruckaggregat, wie es bei der Herstellung hohler Spritzgießteile aus Kunststoff verwendet wird (DE- Zeitschrift "Kunststof e" 1999, 84, 86), eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend modifiziert werden, daß das rohrför ige Halbzeug mit wenigstens einer Durchbrechung versehen wird, die im Formwerkzeug von einem Schieber verschlossen wird, und daß nach dem Umformen des Halbzeugs beim Verdrängen der Polymerschmelze ein Teil derselben durch Zurückweichen des Schiebers in einen von die- sem begrenzten Formraum im Formwerkzeug verdrängt wird.

Auf diese Weise wird gleichsam ein Teil der Schmelze auf die Außenseite des metallischen Formteils verdrängt und bildet dort einen aus Kunststoff bestehenden Teil der Au- ßenkontur des Formteils. Der Kunststoff durchdringt also die metallische Außenhaut. Hierdurch können auf der metallischen Außenseite technische Funktionsteile aus Kunststoff gebildet werden, z.B. Rippen, Befestigungselemente für das Formteil und dergleichen.

Die Durchbrechungen Durchbrechungen können am Halbzeug vor dem Einlegen in das Formwerkzeug oder auch im Formwerkzeug durch spanende Bearbeitung mit Späneabsaugung erzeugt werden.

Stattdessen oder zusätzlich ist es möglich, daß das rohrförmige Halbzeug an wenigstens einer Stirnseite zumindest teilweise verschlossen wird und im Bereich des Verschlusses wenigstens eine Durchbrechung vorgesehen wird, die im Form- Werkzeug von einem Schieber verschlossen wird, und daß nach dem Umformen des Halbzeugs beim Verdrängen der Polymer- schmelze ein Teil derselben durch Zurückweichen des Schiebers in einen von diesem begrenzten Formraum des Formwerkzeugs verdrängt wird. Mit dieser Verfahrensvariante lassen sich an den Stirnseiten des Formteils aus dem Metall -/Kunststoffverbünd zusätzliche Formkonturen aus Kunststoff anformen, z.B. Teile von Steckverbindungen, kraftübertragende Mitnehmer, Teile eines Kunststoffanschlusses für das Formteil oder dergleichen.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend abgewandelt werden, daß das rohrförmige Halbzeug an wenigstens einer Stirnseite durch eine steuerbare Düse ver- schlössen wird, die während des Umformens in Schließstellung gehalten wird, und daß die Düse nach dem Umformen des Halbzeugs geöffnet und die Polymerschmelze beim Verdrängen aus dem Halbzeug durch die Düse in außerhalb des Formwerkzeugs angeordnete Formräume zur Bildung von Spritzgußteilen verdrängt wird.

Auf diese Weise läßt sich die aus dem Formteil verdrängte Polymerschmelze unmittelbar zu weiteren Spritzgießteilen aus Kunststoff verarbeiten. Die Polymerschmelze ist also einerseits Arbeitsmittel für das Innenhochdruckformen, andererseits Werkstoff zur Bildung von Formteilen.

Zur Lösung der Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Herstel- lung eines Formteils aus einem Metall -/Kunststoff erbünd durch Innenhochdruckumformen von rohrförmigem Halbzeug aus Metall mittels eines Fluids zu dem Formteil, bestehend aus einem wenigstens zweiteiligen Formwerkzeug mit einem der Außenkontur des Formteils entsprechenden Formraum, das ein- gelegte Halbzeug an seinen offenen Stirnseiten verschließenden Abdichtungen und wenigstens einem an eine Stirnseite anschließbaren, eine Polymerschmelze in das Halbzeug drük- kenden Spritzgießaggregat. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch ein an eine offene Stirnseite des rohrförmigen Halbzeugs, gegebenenfalls die dem Spritzgießaggregat gegenüberliegende Stirnseite, anschließbares Druckaggregat zur Er- zeugung eines Innendrucks zum Verdrängen der Polymerschmelze an die Innenwand des Halbzeugs während des Umformens, um metallische, hohle Formteile mit einer Kunststoff - Innenbeschichtung herzustellen.

Bezüglich der Vorteile einer solchen Vorrichtung kann auf das vorstehend beschriebene Verfahren verwiesen werden. Gegenüber dem herkömmlichen Spritzgießen hohler Kunststoff - teile können die Zuhaltekräfte am Formwerkzeug reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Spritz- gießaggregat ein die offene Stirnseite des Halbzeugs abdichtendes Spritzmundstück auf und ist das Spritzgießaggregat vorzugsweise verfahrbar, um mit dem abdichtenden Spritzmundstück der Bewegung der offenen Stirnseite des

Halbzeugs während des Umformens zu folgen.

Ferner kann das Formwerkzeug beheizt sein, um die in das Halbzeug eingepreßte Polymerschmelze nicht zu schnell abzu- kühlen und den Warmumformvorgang zu unterstützen.

Als Druckaggregat kommt insbesondere ein herkömmliches Gas- oder Wasserinnendruckaggregat in Frage, wie es in der Kunststoffspritzgießtechnik zur Herstellung hohler Spritz- gußteile eingesetzt wird und das im Rahmen der Erfindung zum Ausblasen der Polymerschmelze dient.

Die ausgeblasene Polymerschmelze kann in das Spritzgießaggregat zurückgeführt werden. Hierfür bieten sich Spritz - gießaggregate mit verschiebbarer Extruderschnecke an. Nach dem Einspritzen der Polymerschmelze in das Halbzeug und dessen Umformung zum endgültigen Formteil kann die Extruderschnecke zurückgezogen und die ausgeblasene Polymer- schmelze in den dadurch gebildeten Freiraum zurückgedrückt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Formwerkzeug außerhalb des vom Halbzeug eingenommenen Bereichs eine von dem Spritzmundstück beim Verfahren des Spritzaggregats freilegbare Formkavität zur Aufnahme der ausgeblasenen Polymerschmelze aufweist.

Bei dieser Ausführungsform wird nach dem Umformen das Spritzmundstück zurückgefahren und dadurch eine Formkavität freigelegt, in welche die Polymerschmelze ausgeblasen werden kann.

Statt einer solchen Formkavität zur Aufnahme der überschüssigen Polymerschmelze kann auch vorgesehen sein, daß das Formwerkzeug außerhalb des vom Halbzeug eingenommenen Bereichs eine von dem Spritzmundstück beim Verfahren des Spritzgießaggregats freilegbare Öffnung zum Ableiten der ausgeblasenen Polymerschmelze aufweist.

Bei beiden vorgenannten Ausführungsformen kann die Polymer- schmelze bzw. das gegebenenfalls wieder erstarrte Polymer dem Spritzgießaggregat wieder zugeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Formwerkzeug wenigstens einen von einem Schieber verschlossenen zusätzlichen Formraum aufweist, der mit einer im rohrförmigen Halbzeug vorgesehenen Durchbrechung korrespondiert und diese verschließt, und daß der Schieber nach dem Umformen des Halbzeugs den zusätzlichen Formraum für den Zutritt der Polymerschmelze freigibt. Mit dieser Ausführung der Vorrichtung wird zumindest ein Teil der verdrängten Polymerschmelze zur Bildung von Formkonturen aus Kunststoff auf der Außenseite der metallischen Hülle des Formteils genutzt. In einer weiteren Variante ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß das Formwerkzeug wenigstens einen mit der Stirnseite des Halbzeugs zusammenwirkenden Schieber aufweist, der mit einer Durchbrechung an der teilweise geschlossenen Stirnseite des Halbzeugs zusam- menwirkt und einen zusätzlichen Formraum verschließt, und daß der Schieber nach dem Umformen des Halbzeugs den zusätzlichen Formraum für den Zutritt der Polymerschmelze freigibt.

Mit diese Variante können auch an der Stirnseite des Formteil zusätzliche Kunststoffkonturen ausgeformt werden.

Schließlich ist es möglich, daß im Formwerkzeug eine der teilweise verschlossenen Stirnwand des Halbzeugs zugeordne- te Düse angeordnet ist, an die über Angußverteiler weitere Formräume angeschlossen sind, und daß die Düse nach dem Umformen des Halbzeugs für den Zutritt der verdrängten Polymerschmelze in die weiteren Formräume in die Öffnungsstellung bringbar ist, wodurch sich die zuvor als Arbeitsmittel dienende Polymerschmelze vollständig zur Bildung des Formteils und weiterer Kunststoff-Formstücke nutzen läßt.

Erfindungsgemäß wird die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von hohlen Formteilen aus Metall mit einer In- nenbeschichtung aus Kunststoff verwendet.

Eine weitere Verwendung der Vorrichtung besteht in der Herstellung von Formteilen aus Metall mit einer Innenbeschichtung aus Kunststoff und das Formteil nach außen überragen- den Kunststoffkonturen. Ferner läßt sich die Vorrichtung zur Herstellung von innenbeschichteten Formteilen aus Metall und weiterer beliebiger separater Spritzgußteile verwenden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile lassen sich als konstruktive Bauteile, insbesondere Leichtbauteile mit akustischen und/oder thermischen Isolationseigenschaften, als medienführende Teile mit gleichzeitigem Verschleiß- schütz im Fahrzeugbau, in der Raumfahrt, wie auch im Hei- zungs- und Sanitärbereich einsetzen. Sie können ferner an ihrer Außenseite Kunststoff -Anformungen für vielfältige technische Funktionen aufweisen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels einer Umformeinheit beschrieben. In der Zeichnung zeigen jeweils in einem schematischen Schnitt:

Fig.l eine erste Ausführung der Formeinheit in der Ausgangsposition in Schematischer Darstellung;

Fig.2 die Formeinheit gemäß Fig.l während des Umformvorgangs ;

Fig.3 die Formeinheit gemäß Fig.l nach dem Umformvorgang;

Fig.4 eine der Fig.l entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung in der Ausgangsposition;

Fig.5 die Ausführungsform gemäß Fig.4 während des

Umformvorgangs; Fig.6 die Ausführungsform gemäß Fig.4 am Ende des

Umformvorgangs ;

Fig.7 eine der Fig.l entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig.8 die Ausführungsform gemäß Fig.7 während des

Umformvorgangs ;

Fig.9 die Ausführungsform gemäß Fig.8 am Ende des

Umformvorgangs ;

Fig.10 eine perspektivische Teilansicht eines Formteils mit Kunststoffrippen auf der Außenseite;

Fig.11 verschiedene Ansichten eines Formteils mit a) bis c) außenseitig angeformten Befestigungselemen- ten aus Kunststoff und

Fig.12 eine perspektivische Ansicht eines Formteils mit stirnseitig angeformten Kunststoffelementen.

Die Formeinheit gemäß Fig.l bis 9 weist einen Tisch 1, ein als Aufspannplatte 2 dienendes Querhaupt und die Druckkräfte vornehmlich aufnehmende Säulen 3 auf, die in einem nicht gezeigten Maschinenfundament sitzen. Ferner besitzt die Formeinheit bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ein zweiteiliges Formwerkzeug 4, das aus einem mit dem Tisch 1 verbundenen Unterwerkzeug 5 und einem mit der Aufspannplatte 2 verbundenen Oberwerkzeug 6 besteht. Durch Verfahren der Aufspannplatte 2 mit dem Oberwerkzeug 6 läßt sich das Formwerkzeug 4 öffnen und schließen. Unterwerkzeug 5 und Oberwerkzeug 6 ergänzen einen insgesamt mit 7 bezeichneten Formraum, dessen Innenkontur der Außenkontur des zu erzeugenden Formteils entspricht.

In das geöffnete Formwerkzeug 4 wird das rohrförmige Halbzeug 8 aus Metall eingelegt. Zu diesem Zweck weisen Unter- und Oberwerkzeug 5, 6 außerhalb des maßgeblichen Formraums zylindrische Abschnitte entsprechenden Querschnittes auf.

Zur Formeinheit gehört ferner ein herkömmliches Spritzgieß- aggregat 9, insbesondere eine handelsübliche Spritzgießmaschine. Sie weist einen Aufgabetrichter 10 und zwei parallele Extruderschnecken 11 auf, die in einem beheizten Gehäuse 12 umlaufen und axial verschiebbar sein können. Das Gehäuse endet in einem Spritzmundstück 13, durch das das über den Aufgabetrichter 10 beispielsweise als Granulat aufgegebene Polymer in Form einer Schmelze ausgedrückt wird.

Das Spritzgießaggregat 9 ist in Richtung des Doppelpfeils 14 verfahrbar und kann folglich mit seinem Spritz - mundstück 13 an die in der Zeichnung rechts liegende offene Stirnseite des rohrförmigen Halbzeugs 8 angefahren und dichtend angepreßt werden.

An der gegenüberliegenden Stirnseite des rohrförmigen Halbzeugs 8 kann ein Druckaggregat dichtend angeschlossen werden, wie es beispielsweise vom Spritzgießen hohler Spritzgußteile her bekannt ist und das vorzugsweise mit Gasdruck arbeitet. Nach dem Abdichten beider Stirnseiten des Halbzeugs 8 wird über das Spritzgießaggregat 9 die Polymer- schmelze eingeführt. Unter Wirkung des sich im Halbzeug 8 aufbauenden Drucks wird das Halbzeug in den Formraum 7 ein- geformt, wobei die Polymerschmelze ihren Wärmeinhalt zumin- dest teilweise an das Halbzeug abgibt, dieses also erwärmt und selbst an dem relativ kalten Halbzeug erstarrt und eine Innenschicht bildet, während der Kern plastisch bleibt (Fig.2) . Wenn sich das Halbzeug 8 beim Umformen verkürzt, wird das Spritzgießaggregat nachgefahren, um die Abdichtung an der anspritzseitigen Stirnseite aufrechtzuerhalten.

Nach dem Umformen des Halbzeugs wird mit dem Druckaggregat 15 der noch schmelzflüssige oder plastische Kern ausgeblasen, wie dies in Fig.3 gezeigt ist. Zu diesem Zweck kann die Extruderschnecke 11, wie ein Vergleich von Fig.2 und 3 zeigt, axial zurückgezogen werden, so daß im Extruder- Gehäuse 12 ein Freiraum 18 entsteht, der die überschüssige Schmelze wieder aufnimmt. Stattdessen kann die überschüssige Schmelze auch nach Abrücken des Spritzmundstücks bzw. des gesamten Spritzgießaggregates mittels. des Gasinnendruk- kaggregats über Angußkanäle in zusätzliche Formkavitäten, die außerhalb des Formwerkzeugs liegen, überführt werden.

In beiden vorgenannten Fällen wird ein hohles Formteil 19 mit einer Metallhülle 16 und einer Kunststoff- Innenbeschichtung 20 erhalten.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. bis 6 unterscheidet sich von dem der Fig.l bis 3 nur dadurch, daß das rohrför- mige Halbzeug 8 an seinem Umfang eine Durchbrechung 21 beliebigen Querschnitts aufweist, die vorzugsweise vor dem Einlegen in das Formwerkzeug 4 hergestellt worden ist. An der entsprechenden Stelle des Formwerkzeugs 4 ist ein Schieber angeordnet, der im Unterwerkzeug 5 etwa senkrecht zur Achse des rohrförmigen Halbzeugs geführt ist. Der

Schieber 22 greift in die Durchbrechung 21 ein und schließt diese gegenüber dem Innenraum des Halbzeugs ab (Fig.4 und 5). Nach dem Einspritzen der Polymerschmelze (Fig.5) und unmittelbar vor der Druckbeaufschlagung aus dem Druck- aggregat 15 wird der Schieber 22 in das Unterwerkzeug 5 eingefahren und gibt dann einen Formraum 23 frei, in den die Polymerschmelze eindringt. Es wird auf diese Weise ein Formteil 24 mit einer Metallhülle 25 und einer Kunststoff - finnenbeschichtung 26 erhalten, das außenseitig eine Anfor- mung 27 aus Kunststoff aufweist, die materialschlüssig mit der Innenbeschichtung 26 verbunden ist.

Der Aufbau und die Funktionsweise der in den Fig.7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen weicht von der gemäß Fig .1 bis 3 nur dadurch ab, daß das rohrförmige Halbzeug 8 an seiner dem Spritzgießaggregat 9 gegenüberliegenden Stirnseite durch eine Wandung 28 verschlossen ist, die lediglich eine Öffnung für den Anschluß des Druckaggregats 15 und darüber eine Durchbrechung 29 aufweist, die vor dem Einle- gen des Halbzeugs 8 in das Formwerkzeug 4 erzeugt worden ist. Die Durchbrechung 29 ist im Formwerkzeug 4 von einem Schieber 30 verschlossen, der im Oberwerkzeug 6 geführt ist (Fig.7) . Der Schieber verbleibt beim Einspritzen der Polymerschmelze mittels des Spritzaggregates 9 in seiner Schließstellung. Während der Druckbeaufschlagung des Innenraums des Halbzeugs (Fig. ) wird der Schieber 30 zurückgezogen und gibt einen Formraum 31 frei, in den die Polymer- schmelze eindringt. Das fertige Formteil 32 besteht aus einem Metallmantel 33 mit einer Kunststoff- Innenbeschichtung 34. Der Metallmantel 33 ist an der Stirnwand 28 im Bereich der Durchbrechung 29 von einer Kunststoffanformung 35 überragt, die mit der Innenbeschichtung des Formteils 32 materialschlüssig verbunden ist.

Fig.10 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Formteils, wie es etwa nach dem Verfahren gemäß Fig.4 bis 6 hergestellt werden kann. Es weist einen hohlen, rohrförmigen Grundkörper 36 aus einem Metallmantel 37 und einer Kunststoff-Innenbeschichtung 38 sowie an der Außenseite des Mantels 37 mehrere parallele Rippen 39 auf, die aus dem Kunststoff der Innenbeschichtung 38 bestehen und mit dieser über entsprechende schlitzförmige Durchbrechungen im Metallmantel 37 verbunden sind. Fig.11 zeigt in Seitenansicht a) , Draufsicht b) und Stirnansicht c) ein hohles Formteil 40 mit einem rohrförmigen Metallmantel 41 und einer Innenbeschichtung 42. Der Metallmantel 41 weist an etwa diametral angeordneten Stellen Durchbrechungen 43 auf, durch die die Kunststoffmasse der Innenbeschichtung 42 nach außen gedrungen ist und dort Anformungen 44 bildet, die beispielsweise zur Befestigung des Formteils an anderen

Bauteilen dienen und zugleich das Formteil elektrisch und thermisch isolieren.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.12 weist das wiederum rohrförmige Formteil 45 einen Metallmantel 46 und eine

Kunststoffinnenbeschichtung 47 sowie ein stirnseitig vorspringendes Profil 48 aus Kunststoff auf, das im vorliegenden Fall als eine Art Klauen- oder Steckkupplung ausgebildet ist. Dieses Formteil kann nach einem Verfahren herge- stellt werden, wie es mit Bezug auf die Fig.7 bis 9 beschrieben worden ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem

Metall -/Kunststoffverbünd durch Innenhochdruckumformen von rohrförmigem Halbzeug aus Metall zu dem Formteil, indem das Halbzeug in ein wenigstens zweiteiliges Formwerkzeug mit einem der Außenkontur des Formteils entsprechenden Formraum eingelegt, das Formwerkzeug mit Ausnahme der offenen Stirnseiten des Halbzeugs geschlossen, das Halbzeug an seinen Stirnseiten druck- fest abgedichtet und von wenigstens einer Stirnseite mit einer durch Spritzgießen in das Halbzeug gedrückten Polymerschmelze unter hohem Druck in den Formraum eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze nach dem Umformen des Halbzeugs zum Form- teil mittels eines gegenüber der Polymerschmelze inerten, unter Druck zugeführten Fluids unter Bildung einer Polymer-Innenschicht am Formteil zumindest teilweise aus dem Formteil verdrängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid nach Art der Gas- oder Wasserinnendrucktechnik zugeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Polymers abgekühlt und das Formteil aus dem Formwerkzeug entnommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze mittels eines Fluids aus dem Formteil ausgeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze mittels Gas oder Wasser ausgeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug beheizt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen der Polymerschmelze mittels eines herkömmlichen Spritzgießaggregates durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Stirnseite des Halbzeugs mittels des Spritzmundstücks des Spritzgießaggregats abgedichtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat während des Umformens entsprechend dem Umformfortschritt des Halbzeugs nach- geführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Halbzeug mit wenigstens einer Durchbrechung versehen wird, die im Formwerkzeug von einem Schieber verschlossen wird, und daß nach dem Umformen des Halbzeugs beim Verdrängen der Polymerschmelze ein Teil derselben durch Zurückweichen des Schiebers in einen von diesem begrenzten Formraum im Formwerkzeug verdrängt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Halbzeug an wenigstens einer Stirnseite zumindest teilweise verschlossen wird und im Bereich des Verschlusses wenigstens eine Durchbrechung vorgesehen wird, die von einem

Schieber verschlossen wird, und daß nach dem Umformen des Halbzeugs beim Verdrängen der Polymerschmelze ein Teil derselben durch Zurückweichen des Schiebers in einen von diesem begrenzten Formraum des Formwerkzeugs verdrängt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Halbzeug .an wenigstens einer Stirnseite durch eine steuerbare Düse ver- schlössen wird, die während des Umformens in Schließ - Stellung gehalten wird, und daß die Düse nach dem Umformen des Halbzeugs geöffnet und die Polymerschmelze beim Verdrängen aus dem Halbzeug durch die Düse in außerhalb des Formwerkzeugs angeordnete Formräume zur Bildung von separaten Spritzgußteilen verdrängt wird.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils aus einem Metall -/Kunststoffverbund durch Innenhochdruckumformen von rohrförmigem Halbzeug aus Metall zu dem Formteil, bestehend aus einem wenigstens zweiteiligen Formwerkzeug mit einem der Außenkontur des Formteils entsprechenden Formraum, das eingelegte Halbzeug an seinen offenen Stirnseiten verschließenden Abdichtungen und wenigstens einem an eine Stirnseite anschließbaren, eine Polymerschmelze in das Halbzeug drückenden Spritzgießaggregat, gekennzeichnet durch ein an eine offene Stirnseite des rohrförmigen Halbzeugs anschließbares Druckaggregat zur Erzeugung von Innen- druck zum Verdrängen der Polymerschmelze an die Innenwand des Halbzeugs während des Umformens .

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat ein die offene Stirnseite des Halbzeugs abdichtendes Spritzmundstück aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat verfahrbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da- durch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat entsprechend dem Umformfortschritt des Halbzeugs nachführbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da- durch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug beheizt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckaggregat ein her- kömmliches Gas- oder Wasserinnendruckaggregat ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckaggregat an die dem Spritzgießaggregat gegenüberliegende offene Stirnseite des Halbzeugs dichtend angeschlossen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Polymerschmelze mittels des Druckaggregats in das Spritzgieß- aggregat rückführbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat eine verschiebbare Extru- derschnecke aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug außerhalb des vom Halbzeug eingenommenen Bereichs eine von dem Spritzmundstück beim Verfahren des Spritzaggregats freilegbare Formkavität zur Aufnahme der ausgeblasenen Polymerschmelze aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, da- durch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug außerhalb des vom Halbzeug eingenommenen Bereichs eine von dem Spritzmundstück beim Verfahren des Spritzgießaggregats freilegbare Öffnung zum Ableiten der ausgeblasenen Polymerschmelze aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug wenigstens einen von einem Schieber verschlossenen zusätzlichen Formraum aufweist, der mit einer im rohrförmigen Halb- zeug vorgesehenen Durchbrechung korrespondiert und diese verschließt, und daß der Schieber nach dem Umformen des Halbzeugs den zusätzlichen Formraum für den Zutritt der Polymerschmelze freigibt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, da^¬ durch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug wenigstens einen mit der Stirnseite des Halbzeugs zusammenwirkenden Schieber aufweist, der mit einer Durchbrechung an der teilweise geschlossenen Stirnseite des Halbzeugs zusammenwirkt und einen zusätzlichen Formraum verschließt, und daß der Schieber nach dem Umformen des Halbzeugs den zusätzlichen Formraum für den Zutritt der Polymerschmelze freigibt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß im Formwerkzeug eine der teilweise verschlossenen Stirnwand des Halbzeugs zugeordnete Düse angeordnet ist, an die über Angußverteiler weitere Formräume angeschlossen sind, und daß die Düse nach dem Umformen des Halbzeugs für den Zutritt der verdrängten Polymerschmelze in die weiteren Formräume in die Öffnungsstellung bringbar ist.

27. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23 zur Herstellung von hohlen Formteilen aus

Metall mit einer Innenbeschichtung aus Kunststoff.

28. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25 zur Herstellung von Formteilen aus Metall mit einer Innenbeschichtung und das Formteil nach außen überragenden Kunststoffkonturen.

29. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 26 zur Herstellung von Formteilen aus Metall mit einer Innenbe- Schichtung aus Kunststoff und weiterer separater Spritzgußteile.