DE20217918U1 - Adjustment device of a motor vehicle - Google Patents
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Description
Brose Fahrzeugteile GmbH & Co.
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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Bauteil, das zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt ist.The invention relates to an adjustment device of a motor vehicle with a component that is at least partially made of plastic.
Im Automobilbau werden Kunststoffe eingesetzt, da diese für den Anwendungszweck ausgelegt werden können. In Verstelleinrichtungen von Kraftfahrzeugen wird eine Mechanik zur Verstellung eines Verstellteils verwendet, die durch einen Antrieb zur Verstellung eines Verstellteils antreibbar ist. Dabei dienen Kunststoffbauteile beispielsweise als Getriebeelemente, Gleitpartner oder Befestigungselemente, sowie als Gehäuseteile und Kraftkoppelelemente.Plastics are used in automobile construction because they can be designed for the intended purpose. In adjustment devices in motor vehicles, a mechanism is used to adjust an adjustment part, which can be driven by a drive to adjust an adjustment part. Plastic components serve, for example, as gear elements, sliding partners or fastening elements, as well as housing parts and force coupling elements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Verstellvorrichtung anzugeben, die unter Verwendung eines Kunststoffbauteils die mechanischen Eigenschaften verbessert, ohne die Anzahl von Ausfallteilen zu vergrößern.The invention is based on the object of providing an adjustment device which improves the mechanical properties by using a plastic component without increasing the number of defective parts.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is solved by the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Demzufolge weist die Verstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs ein erstes Bauteil auf, das mit einem zweiten Bauteil der Verstelleinrichtung mechanisch gekoppelt ist. Dabei ist zumindest eines der Bauteile aus Kunststoff, der eine mikrozelluläre Struktur aufweist.Accordingly, the adjustment device of the motor vehicle has a first component that is mechanically coupled to a second component of the adjustment device. At least one of the components is made of plastic that has a microcellular structure.
Hierbei bezeichnet der Begriff „mikrozelluläre Struktur", dass das Bauteil Hohlräume oder Zellen umfasst, die eine Größe von wenigen hundert Mikrometer aufweist. Diese Zellen sind im allgemeinen gleichmäßig in der den Kunststoff des Bauteils bildenden Masse verteilt, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.The term "microcellular structure" refers to the fact that the component comprises cavities or cells that are a few hundred micrometers in size. These cells are generally evenly distributed in the mass that forms the plastic of the component, without this being intended to be a limitation.
Die Zellen weisen im allgemeinen eine sphärische Form auf, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Der Begriff sphärisch bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Zellen vorzugsweise eine kugelförmige Gestalt aufweisen, wobei dem Fachmann offensichtlich ist, dass aufgrund der Druckverhältnisse in der Form während dem Spritzguss auch Zellen mit anderer Gestalt in dem Bauteil enthalten sein können, oder dass die Form der Zellen von der idealen Kugelgestalt abweichen kann.The cells generally have a spherical shape, without this being intended to be a restriction. In the context of the present invention, the term spherical means that the cells preferably have a spherical shape, whereby it is obvious to the person skilled in the art that, due to the pressure conditions in the mold during injection molding, cells with a different shape can also be included in the component, or that the shape of the cells can deviate from the ideal spherical shape.
Dementsprechend bedeutet der Begriff sphärisch, dass das Verhältnis von der größten Ausdehnung der Zellen zur geringsten Ausdehnung maximal 4, vorzugsweise maximal 2 beträgt, wobei diese Ausdehnungen jeweils durch den Schwerpunkt der Zellen gemessen werden. Vorzugsweise sind mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 90%, bezogen auf die Zahl der Zellen, sphärisch.Accordingly, the term spherical means that the ratio of the largest dimension of the cells to the smallest dimension is a maximum of 4, preferably a maximum of 2, with these dimensions being measured through the center of gravity of the cells. Preferably at least 70%, particularly preferably at least 90%, based on the number of cells, are spherical.
Die Größe der Zellen, bei sphärischen Zellen der Durchmesser, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis &Igr;&Ogr;&Ogr;&mgr;&eegr;&tgr;&igr;. Diese Größe stellt den über die Zahl der Zellen bestimmten Mittelwert dar, der unter anderem durch Raster-Elektronenmikroskopische Aufnahmen bestimmt werden kann.The size of the cells, in the case of spherical cells the diameter, is preferably in the range from 1 to λΩΩμείδα. This size represents the average value determined over the number of cells, which can be determined, among other things, by scanning electron micrographs.
Bedingt durch die mikrozelluläre Struktur liegt der den Kunststoff des Bauteiles bildenden Masse, die das Volumen der Zellen der mikrozellulären Struktur umfasst, im allgemeinen unterhalb der Dichte der Formmasse vor der Herstellung des eine mikrozelluläre Struktur aufweisende Dichte des Kunststoffs aus Polyacetat beispielsweise im Bereich von 1,0 bis 1,6 g/cm3. Vorzugsweise liegt diese Dichte 1 - 20% unterhalb der Dichte der FormmasseDue to the microcellular structure, the mass forming the plastic of the component, which comprises the volume of the cells of the microcellular structure, is generally below the density of the molding compound before the production of the plastic having a microcellular structure made of polyacetate, for example in the range of 1.0 to 1.6 g/cm 3 . This density is preferably 1 - 20% below the density of the molding compound
vor der Herstellung des Bauteils. Diese Größe kann bestimmt werden, indem man die Dichte des Kunststoffs des Bauteils misst, anschließend den Kunststoff schmilzt, ggf. entgast und die Dichte der abgekühlten Schmelze bestimmt. Durch das Schmelzen verliert die den Kunststoff bildende Masse die mikrozelluläre Struktur.before the component is manufactured. This value can be determined by measuring the density of the plastic of the component, then melting the plastic, degassing if necessary, and determining the density of the cooled melt. Melting causes the mass that forms the plastic to lose its microcellular structure.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass über die mechanische Kopplung eine Kraft in die mikrozelluläre Struktur des Kunststoffes einleitbar ist. Der Kunststoff der die mechanische Kopplung bildet und die mikrozelluläre Struktur aufweist, kann zur Kopplung beispielsweise einen Formschluss bilden, so dass an den formschlüssigen Stellen der Kopplung in einem Winkel zur Oberfläche der mikrozellulären Struktur eine Druck- oder Zugkraft auf die Oberfläche derselben wirkt.A preferred development of the invention provides that a force can be introduced into the microcellular structure of the plastic via the mechanical coupling. The plastic that forms the mechanical coupling and has the microcellular structure can, for example, form a positive connection for the coupling, so that a compressive or tensile force acts on the surface of the microcellular structure at the positive connection points of the coupling at an angle to the surface of the same.
Aufgrund der mikrozellulären Struktur wird die Kraft in das Bauteil im wesentlichen gleichmäßig eingeleitet. Örtlich Kraftspitzen können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im mikroskopischen Bereich zu einer Zerstörung der Kunststoffmatrix im Bereich dieser Kraftspitzen führen. Demzufolge passt sich die Form der mikrozellulären Struktur der Oberflächenform des Koppelpartners an und die Kraft wird über eine größere Kontaktfläche verteilt.Due to the microcellular structure, the force is introduced into the component essentially evenly. According to one embodiment of the invention, local force peaks can lead to destruction of the plastic matrix in the area of these force peaks at a microscopic level. As a result, the shape of the microcellular structure adapts to the surface shape of the coupling partner and the force is distributed over a larger contact area.
Um ein besonders bruchsicheres Bauteil der Verstelleinrichtung zu nutzen, liegt in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die mikrozelluläre Struktur des Kunststoffes innerhalb des Kraftflusses der Verstellkraft. Dabei wird die vom Antrieb erzeugte Verstellkraft oder Verstellmoment durch die Verstellmechanik auf das zu verstellende Teil übertragen. Innerhalb dieser Kraftkette sind die Bauteile angeordnet. Über die Kopplung zwischen den Bauteilen wird die Verstellkraft übertragen, so dass die mikrozelluläre Struktur des Kunststoffes für eine Krafteinleitung über die Kopplung in das Bauteil genutzt wird.In order to use a particularly break-proof component of the adjustment device, in a preferred development of the invention the microcellular structure of the plastic is located within the force flow of the adjustment force. The adjustment force or adjustment torque generated by the drive is transferred to the part to be adjusted by the adjustment mechanism. The components are arranged within this force chain. The adjustment force is transferred via the coupling between the components, so that the microcellular structure of the plastic is used to introduce force into the component via the coupling.
Ein derartiges Bauteil oder ein Teil desselben, über das die Verstellkraft übertragen wird, ist in verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung ein Getriebeelement, ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugschlosses oder ein Kunststoffteil einer Mechanik einer Kraftfahrzeugsitzverstellung.Such a component or a part thereof, via which the adjusting force is transmitted, is in various embodiments of the invention a gear element, an adjusting element of a motor vehicle lock or a plastic part of a mechanism of a motor vehicle seat adjustment.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Bauteil zumindest ein Teil eines Mitnehmers eines Fensterhebers ist. Dabei wird über eine Nippelkammer, in der die an dem zur Verstellung angetriebenen Seil fixierten Nippel formschlüssig befestigt sind und die Verstellkraft in die mikrozelluläre Struktur derA particularly advantageous embodiment of the invention provides that the component is at least part of a driver of a window lifter. In this case, a nipple chamber in which the nipples fixed to the cable driven for adjustment are positively attached and the adjustment force is transmitted to the microcellular structure of the
Nippelkammer einleiten. Zudem kann als weitere Kopplung die Scheibenbefestigung zur Kraftkopplung mit der Fensterscheibe aus Kunststoff mit einer mikrozellulären Struktur gebildet sein.nipple chamber. In addition, as a further coupling, the pane fastening for force coupling with the window pane can be made of plastic with a microcellular structure.
Besonders vorteilhaft ist der gesamte Mitnehmer eines Fensterhebers eines Kraftfahrzeugs aus einem, insbesondere Polyacetale umfassenden Kunststoff hergestellt, der eine mikrozelluläre Struktur aufweist. Dieser Mitnehmer ist zum einen mit der Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs, zum anderen mit einer Antriebsvorrichtung des Fensterhebers, insbesondere einem Antriebsseil direkt oder über ein weiteres mechanisches Koppelelement verbindbar. Der Mitnehmer ist dabei auf einer Führungsschiene oder Führungsbahn des Fensterhebers gleitend angeordnet. Um den Mitnehmer zudem entsprechend zu strukturieren, weist dieser Mitnehmer in einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung Durchbrüche, Stege, Rippen und strukturierte Kanten auf.It is particularly advantageous for the entire driver of a window lifter of a motor vehicle to be made from a plastic, in particular comprising polyacetals, which has a microcellular structure. This driver can be connected to the window pane of the motor vehicle on the one hand and to a drive device of the window lifter on the other hand, in particular a drive cable, directly or via another mechanical coupling element. The driver is arranged to slide on a guide rail or guide track of the window lifter. In order to structure the driver accordingly, this driver has openings, webs, ribs and structured edges in an advantageous further development of this embodiment of the invention.
Der Begriff Durchbruch bezeichnet eine Fläche, bei der die Wanddicke des Bauteils den Wert null annimmt. Hierbei ist diese Fläche vollständig von Formmasse auch Loch genannt umgeben, wobei die dritte Dimension die Wanddicke darstellt. Je nach Anwendungsfall ist dieser Durchbruch entsprechend ausgestaltet. So kann dieser Durchbruch für das Einschrauben einer Schraube oder dergleichen beispielsweise konisch ausgebildet sein.The term breakthrough refers to an area where the wall thickness of the component is zero. This area is completely surrounded by molding compound, also known as a hole, with the third dimension being the wall thickness. This breakthrough is designed accordingly depending on the application. For example, this breakthrough can be conical for screwing in a screw or the like.
Da die Verstellkräfte direkt über die mikrozelluläre Struktur in das Bauteil eingeleitet werden, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dieses Bauteil im wesentlichen frei von Eigenspannungen. Die Freiheit von Eigenspannungen ist dabei im Verhältnis zu sehen zu den auf die mikrozelluläre Struktur wirkenden Kräften insbesondere der Verstellung. Das Bauteil ist demzufolge dann als frei von Eigenspannungen anzusehen, wenn sich die Eigenspannungskräfte von den wirkenden Kräften um wenigstens eine Größenordnung unterscheiden.Since the adjustment forces are introduced directly into the component via the microcellular structure, in an advantageous development of the invention this component is essentially free of residual stresses. The freedom from residual stresses is to be seen in relation to the forces acting on the microcellular structure, in particular the adjustment. The component is therefore to be regarded as free of residual stresses if the residual stress forces differ from the acting forces by at least one order of magnitude.
Alternativ oder in Kombination zur der Kopplung der Verstellkräfte ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kopplung zur vorzugsweise dauerhaften Befestigung, insbesondere zur Clipsbefestigung oder zur Schraubbefestigung des ersten Bauteiles an dem zweiten Bauteil ausgebildet. Dabei nimmt die mikrozelluläre Struktur des Kunststoffes die zugehörige Befestigungskraft auf.Alternatively or in combination with the coupling of the adjustment forces, in a particularly advantageous development of the invention, the coupling is designed for preferably permanent fastening, in particular for clip fastening or screw fastening of the first component to the second component. The microcellular structure of the plastic absorbs the associated fastening force.
Neben den Clips- oder Schraubbefestigungen eines Mitnehmers ist das Bauteil in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ein Gehäuseteil eines Getriebes der Verstellvorrichtung, beispielsweise ein Lagerdeckel. Dieses Bauteil weist einen oder mehrere Schnapphaken aus Kunststoff mit einer mikrozellulären Struktur auf. Ein anderes Bauteil wie beispielsweise ein Mitnehmer eines Fensterhebers kann einen oder mehrere Schraubdome oder ein oder mehrere Filmscharniere aus mikrozellulärer Struktur aufweisen. Allgemein können Schraubdome oder Filmscharniere beliebiger Bauteile der Verstelleinrichtung entsprechende Befestigungskräfte aufnehmen. Diese Befestigungskräfte können ständig wirken, wenn die befestigten Bauteile eine Gewichtskraft aufweisen oder federbelastet sind. Andererseits können diese Befestigungskräfte auch unter besonderen äußeren Bedingungen, beispielsweise dem Zuschlagen einer Fahrzeugtür auftreten und in die mikrozelluläre Struktur eingeleitet werden.In addition to the clip or screw fastenings of a driver, in another embodiment of the invention the component is a housing part of a gear of the adjustment device, for example a bearing cover. This component has one or more snap hooks made of plastic with a microcellular structure. Another component such as a driver of a window lifter can have one or more screw domes or one or more film hinges made of a microcellular structure. In general, screw domes or film hinges of any component of the adjustment device can absorb corresponding fastening forces. These fastening forces can act continuously if the fastened components have a weight force or are spring-loaded. On the other hand, these fastening forces can also occur under special external conditions, for example the slamming of a vehicle door, and can be introduced into the microcellular structure.
Um eine Geräuscherzeugung, beispielsweise durch Klappern zu verhindern oder um Reibkräfte zu minimieren ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Kunststoff mit der mikrozellulären Struktur des ersten Bauteils eine Passform zu dem zweiten Bauteil bildet, dass aus demselben oder einem anderen Material sein kann.In order to prevent the generation of noise, for example due to rattling, or to minimize frictional forces, a preferred development of the invention provides that the plastic with the microcellular structure of the first component forms a fit with the second component, which can be made of the same or a different material.
Vorteilhafterweise ist die Passform des Kunststoffes mit mikrozellulärer Struktur derart dimensionsstabil, dass die Abweichung der auf die Passform wirkenden Kraft von einer Sollkraft geringer ist gegenüber demselben Kunststoff mit massiver Struktur. Um so passgenauer die Passform hergestellt werden kann, um so geringer sind dabei die Abweichungen. Soll die Passform ohne äußere Kräfte beispielsweise Kraft- und Spannungsfrei ausgelegt sein, führt jede Abweichung von der idealen Passform dabei zu einer auf die Passform wirkenden Kraft.Advantageously, the fit of the plastic with a microcellular structure is dimensionally stable to such an extent that the deviation of the force acting on the fit from a target force is smaller than for the same plastic with a solid structure. The more precisely the fit can be produced, the smaller the deviations are. If the fit is to be designed without external forces, for example, force and tension-free, every deviation from the ideal fit leads to a force acting on the fit.
Allgemein führt eine Abweichung der Fluchtung der zueinander passgenau anzuordnenden Bauteile, als auch eine Abweichung des Stichmaßes zu Abweichungen von den Sollkräften. Die Sollkraft kann dabei auch von dem Betrag Null verschieden sein, wenn beispielsweise ein Presspassung mit einer Sollpresskraft verwendet wird. Die mikrozelluläre Struktur ermöglich eine Dimensionsstabilität, die während des Herstellungsprozesses derselben derart optimiert werden kann, dass die Schrumpfung und Verformung während der Abkühlungsphase gegenüber dem gleichen Bauteil aus massivem Kunststoff deutlich reduziert ist.In general, a deviation in the alignment of the components that are to be arranged precisely to one another, as well as a deviation in the pitch, leads to deviations from the target forces. The target force can also be different from zero if, for example, a press fit with a target pressing force is used. The microcellular structure enables dimensional stability that can be optimized during the manufacturing process in such a way that shrinkage and deformation during the cooling phase is significantly reduced compared to the same component made of solid plastic.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sowohl das erste Bauteil als auch das zweite Bauteil zumindest zum Teil Kunststoffelemente sind, die eine mikrozelluläre Struktur aufweisen. Dabei ist die Kopplung eine Passform, in der die mikrozelluläre Struktur des ersten Bauteiles an der mikrozellulären Struktur des zweiten Bauteiles anliegt. Die ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Passformen vorhanden sind und die Passformen zwischen den Bauteilen möglichst exakt zueinander im Herstellungsprozess positioniert sein müssen.A further development of the invention provides that both the first component and the second component are at least partially plastic elements that have a microcellular structure. The coupling is a fit in which the microcellular structure of the first component rests against the microcellular structure of the second component. This is particularly advantageous when there are several fits and the fits between the components must be positioned as precisely as possible in relation to one another in the manufacturing process.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Bauteil auf dem zweiten Bauteil gleitend angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Verstellung der Bauteile über deren Kopplung relativ zueinander. Dabei ist eine Oberfläche der mikrozellulären Struktur als Gleitfläche ausgebildet, die eine Oberfläche mit Poren aufweist. Diese Poren bieten gegenüber einer mikroskopisch glatten Oberfläche wesentliche Vorteile bezüglich der Gleiteigenschaften. So wird ein Kleben der beiden Oberflächen aneinander, das beispielsweise durch Potentialkräfte verursacht werden kann, durch die Poren wesentlich reduziert oder gar verhindert.In a particularly preferred development of the invention, it is provided that the first component is arranged in a sliding manner on the second component. This enables the components to be adjusted relative to one another via their coupling. One surface of the microcellular structure is designed as a sliding surface that has a surface with pores. These pores offer significant advantages in terms of sliding properties compared to a microscopically smooth surface. The pores therefore significantly reduce or even prevent the two surfaces from sticking together, which can be caused by potential forces, for example.
Vorteilhafterweise liegt die Größe der Poren in der Größenordnung der Mikrozellen. Derartige Mikroporen sind für die Gleiteigenschaften besonders vorteilhaft. Zudem können diese Mikroporen mit der mikrozellulären Struktur zeitgleich hergestellt werden, indem die mikrozelluläre Struktur an der Gleitoberfläche nicht vollständig versiegelt wird und so einige Mikrozellen der Struktur Öffnungen an der Gleitoberfläche aufweisen. Vorteilhafterweise sind in den Poren der Oberfläche Gleitmittel angeordnet. Derartige Gleitmittel sind beispielsweise Fette oder Wasser, das sich in den Poren ansammelt. Die Poren wirken demzufolge als Fetttäschchen, die über die Lebensdauer der Verstelleinrichtung fortwährend kleinste Mengen Gleitmittel auf die Gleitoberfläche abgeben und im Falle von einer zu großen Menge von Gleitmittel auf der Gleitoberfläche dieses Gleitmittel innerhalb der Poren speichern können.The size of the pores is advantageously the same as the size of the microcells. Such micropores are particularly advantageous for the sliding properties. In addition, these micropores can be produced at the same time as the microcellular structure by not completely sealing the microcellular structure on the sliding surface, so that some of the microcells of the structure have openings on the sliding surface. Lubricants are advantageously arranged in the pores of the surface. Such lubricants are, for example, fats or water that collects in the pores. The pores therefore act as pockets of fat that continuously release tiny amounts of lubricant onto the sliding surface over the service life of the adjustment device and, if there is too much lubricant on the sliding surface, can store this lubricant within the pores.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die mikrozelluläre Struktur derart ausgebildet ist, dass die Geometrie der die Poren aufweisenden Gleitoberfläche des Bauteiles an die Geometrie des Gleitpartners anpassbar ist. Die Anpassung erfolgt dabei vorzugsweise während des Betriebes der Verstellvorrichtung, so dass kein zusätzlicher Schritt im Herstellungsverfahren nötig ist.A particularly advantageous development of the invention provides that the microcellular structure is designed in such a way that the geometry of the sliding surface of the component having the pores can be adapted to the geometry of the sliding partner. The adaptation preferably takes place during operation of the adjustment device, so that no additional step in the manufacturing process is necessary.
Hierzu wird die mikrozelluläre Struktur durch Druck oder durch Reibung oder durch eine Kombination aus Druck und Reibung verändert. Der Druck kann beispielsweise durchFor this purpose, the microcellular structure is changed by pressure or friction or by a combination of pressure and friction. The pressure can be, for example,
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den auf den Mitnehmer wirkenden Scheibenandruck verursacht werden, während die Reibung während einer Verstellbewegung des Mitnehmers des Fensterhebers auftritt.the window pressure acting on the driver, while the friction occurs during an adjustment movement of the driver of the window lifter.
Ein Synergieeffekt kann erzielt werden, indem in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Gleitmittel ein Gleitadditiv in Doppelfunktion verwendet wird. Dabei ist die mikrozelluläre Struktur derart ausgebildet, dass sich das Gleitadditiv in den Poren der Oberfläche anreichert, während eine Kunststoffmatrix der mikrozellulären Struktur durch Reibung oder Druck abgetragen wird.A synergistic effect can be achieved by using a dual-function sliding additive as a lubricant in a particularly advantageous embodiment of the invention. The microcellular structure is designed in such a way that the sliding additive accumulates in the pores of the surface, while a plastic matrix of the microcellular structure is removed by friction or pressure.
Die Materialverwendung eines Bauteils ist dabei nicht auf Kunststoff mit einer mikrozellulären Struktur begrenzt, vorteilhafterweise können mit dem Kunststoff aus mikrozellulärer Struktur weitere Materialien, wie Glasfasern in das Bauteil integriert werden. Bevorzugt weist die mikrozelluläre Struktur des Kunststoffes des Bauteiles eine Grenzfläche mit einer Metallstruktur desselben Bauteiles auf. Die Technologie zu Kombination von Werkstoffen, insbesondere von Metallen mit Kunststoffen ist beispielsweise als Insert-Technik, Outsert-Technik oder Hybrid-Technik bekannt.The material used for a component is not limited to plastic with a microcellular structure; other materials such as glass fibers can advantageously be integrated into the component using the plastic with a microcellular structure. The microcellular structure of the plastic of the component preferably has an interface with a metal structure of the same component. The technology for combining materials, in particular metals with plastics, is known, for example, as insert technology, outsert technology or hybrid technology.
Die Bauteile der vorliegenden Erfindung können demzufolge ebenfalls Metall, beispielsweise Eisen, insbesondere Stahl, Nickel, Zinn, Zink, Chrom, Kupfer sowie Legierungen dieser Metalle enthalten. Derartige Bauteile können beispielsweise durch Metallumspritzungen, unter anderem durch die Outsert Technik erhalten werden. Diese Bauteile zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeit und Haltbarkeit aus, wobei sich dies insbesondere auf die Rissbildung des Kunststoffs bezieht, die bei den erfindungsgemäßen Bauteilen im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen einer Verstelleinrichtung besonders gering ist.The components of the present invention can therefore also contain metal, for example iron, in particular steel, nickel, tin, zinc, chromium, copper and alloys of these metals. Such components can be obtained, for example, by metal overmolding, including through the outsert technique. These components are characterized by particularly high strength and durability, whereby this relates in particular to the cracking of the plastic, which is particularly low in the components according to the invention compared to conventional components of an adjustment device.
Ein vorteilhafter Bestandteil der erfindungsgemäßen Bauteile der Verstelleinrichtungen mit mikrozellulärer Struktur sind Polyacetale. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Polyoxylmethylen-Homo- und/oder Copolymerisate Mischungen daraus. Die Poyacetale bilden den Hauptbestandteil der Formmassen, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile dienen. In der Regel haben die verwendeten Polyoxymethylene einen Volumen-Fließindex (melt volume rate, MVR) bei 190 0C und einer Auflagekraft von 2,16 kg nach DIN ISO 1133 von 0,5 bis 200 cm3/10 min, vorzugsweise von 1 bis 70 cm3/10 min. In dem Bauteil sind die Polyactale vorzugsweise in einer Menge von mindestens 40 Gew.-%, vorteilhafterweise mindestens 70 Gew.-% und insbesondere mindestens 95 Gew.-%, enthalten, bezogen auf das Gewicht des Bauteils.An advantageous component of the inventive components of the adjustment devices with a microcellular structure are polyacetals. These are, for example, polyoxymethylene homopolymers and/or copolymers or mixtures thereof. The polyacetals form the main component of the molding compounds used to produce the inventive components. As a rule, the polyoxymethylenes used have a volume flow index (melt volume rate, MVR) at 190 ° C and a contact force of 2.16 kg according to DIN ISO 1133 of 0.5 to 200 cm 3 /10 min, preferably 1 to 70 cm 3 /10 min. The polyacetals are preferably contained in the component in an amount of at least 40% by weight, advantageously at least 70% by weight and in particular at least 95% by weight, based on the weight of the component.
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Die Formmasse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile kann auch übliche Zusatz- und Verstärkungsstoffe enthalten, wie zum Beispiel Fasern, insbesondere Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasem, Mineralfasern, Verarbeitungshilfen, polymere Gleitstoffe, Gleitmittel, die auch zuvor beschriebener Doppelfunktion verwendet werden können, mit äußerer und/oder innerer Gleitwirkung, ultrahochmolekulares Polyethylen (PE-UHMW), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein Pfropf-Copolymer, Antioxidantien, Haftvermittler, Wachse, Nukleierungsmittel, Entformungshilfen, Glaskugeln, mineralische Füllstoffe wie Kreide, Calciumcarbonat, Wollastonit, Siliciumdioxid, Talk, Glimmer, Montmorillonit, organisch modifiziert oder unmodifiziert, organisch modifizierte oder unmodifizierte Schichtsilikate, Nanokomposite oder Mischungen der vorgenannten Stoffe. Als Gleitmittel können beispielsweise Paraffine, Polyethylenwachse, Silikonöle eingesetzt werden.The molding compound for producing the components according to the invention can also contain conventional additives and reinforcing materials, such as fibers, in particular glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, mineral fibers, processing aids, polymeric lubricants, lubricants that can also be used for the dual function described above, with external and/or internal lubricating effects, ultra-high molecular weight polyethylene (PE-UHMW), polytetrafluoroethylene (PTFE) or a graft copolymer, antioxidants, adhesion promoters, waxes, nucleating agents, demolding aids, glass beads, mineral fillers such as chalk, calcium carbonate, wollastonite, silicon dioxide, talc, mica, montmorillonite, organically modified or unmodified, organically modified or unmodified layered silicates, nanocomposites or mixtures of the aforementioned substances. Paraffins, polyethylene waxes, silicone oils, for example, can be used as lubricants.
Die Wanddicke der erfindungsgemäßen Bauteile der Verstelleinrichtung kann in weiten Bereichen liegen. Vorzugsweise weisen die Bauteile eine Wanddicke weniger als 10 mm auf. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die Wanddicke des Bauteils auch Unterschiede aufweisen kann. Bevorzugte Bauteile zeichnen sich durch Wanddickenunterschiede aus, wobei die Differenz zwischen minimaler Wanddicke und maximaler Wanddicke 1 mm beträgt.The wall thickness of the components of the adjusting device according to the invention can be within a wide range. The components preferably have a wall thickness of less than 10 mm. In this context, it should be noted that the wall thickness of the component can also vary. Preferred components are characterized by differences in wall thickness, with the difference between the minimum wall thickness and the maximum wall thickness being 1 mm.
Die mittlere Wanddicke des Bauteils kann berechnet werden, indem das Volumen der das Bauteil bildenden Masse, inklusive der mikrozellulären Struktur durch die Fläche des Bauteils dividiert wird, wobei sich diese Fläche aus der gesamten Oberfläche des Bauteils ergibt. Hierbei wird die gesamte Oberfläche durch zwei dividiert, um zur Fläche zu gelangen. Die mittlere Wanddicke des Bauteils liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 mm.The average wall thickness of the component can be calculated by dividing the volume of the mass forming the component, including the microcellular structure, by the area of the component, whereby this area is the total surface area of the component. The total surface area is divided by two to arrive at the area. The average wall thickness of the component is preferably in the range of 0.5 to 10 mm.
Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Bauteile der Verstelleinrichtung ist das Spritzgussverfahren. Bevorzugt werden der Polyacetal umfassenden Schmelze beispielsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der erhaltenen Mischung, eines Fluids zugegeben, welches sich im superkritischen Zustand befindet. Das Fluid und die Polymerschmelze werden nach allgemein bekannten Verfahren gegebenenfalls geschert und gemischt, zum Beispiel in einem Extruder oder einem Kneter, wobei das Fluid in der Polymerschmelze gelöst wird.An exemplary manufacturing process for the components of the adjusting device according to the invention is the injection molding process. Preferably, for example, 0.01 to 1% by weight, based on the total weight of the resulting mixture, of a fluid in the supercritical state is added to the melt comprising polyacetal. The fluid and the polymer melt are optionally sheared and mixed using generally known methods, for example in an extruder or a kneader, whereby the fluid is dissolved in the polymer melt.
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Die Menge des Fluids kann nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, dass die Lösung des Fluids in der Polymerschmelze bis zu 60% unter der Viskosität der reinen Polymerschmelze liegt. Diese Viskositätswerte können unter anderem durch die Menge des Fluids reguliert werden.
5According to a particular embodiment of the present invention, the amount of fluid can be selected such that the solution of the fluid in the polymer melt is up to 60% below the viscosity of the pure polymer melt. These viscosity values can be regulated, among other things, by the amount of fluid.
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Die Mischung wird schnell in eine Spritzgussform gefüllt. Der Nachdruck, der von dem Gasdruck übernommen wird, kann bis auf Null reduziert werden. Der Injektionsdruck wird im Allgemeinen so gewählt, dass er bis zu 45% unter dem Injektionsdruck liegt, der bei Verwendung einer Polymerschmelze, die Polyacetale umfasst, üblicherweise notwendig ist. Bevorzugte Werte liegen im Bereich von 200 bis 2000 bar, wobei diese Werte sich auf der Spritzgussmaschine einstellen (je nach Bauteilgegebenheiten).The mixture is quickly filled into an injection mold. The holding pressure, which is taken over by the gas pressure, can be reduced to zero. The injection pressure is generally selected so that it is up to 45% below the injection pressure that is usually necessary when using a polymer melt that includes polyacetals. Preferred values are in the range of 200 to 2000 bar, with these values being set on the injection molding machine (depending on the component conditions).
Der Schließdruck (Schließkraft) der Form kann auf bis zu 30% gegenüber den bekannten Verfahren bei Verwendung einer reinen Polyacetalschmelze gesenkt werden und liegt im Allgemeinen im Bereich von 500 N (0,05 t/cm2) bis 10.000 N (1 t/cm2).The closing pressure (clamping force) of the mold can be reduced by up to 30% compared to the known processes when using a pure polyacetal melt and is generally in the range of 500 N (0.05 t/cm 2 ) to 10,000 N (1 t/cm 2 ).
Die Massetemperatur, gemessen am Ausgang der Spritzdüse, kann in weiten Bereichen liegen und ist abhängig von dem Anteil an Fluid, der Molmasse der Polyacetale sowie von Additiven, beispielsweise Füllstoffen. Im allgemeinen liegt die Massetemperatur im Bereich von 2000C in Abhängigkeit vom verwendeten Polyacetaltypen, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Die Werkzeugtemperatur kann ebenfalls in einem weiten Bereich liegen. Die Werkzeugtemperatur liegt beispielsweise im Bereich von 200C bis 1600C, typischerweise 120°C.The melt temperature, measured at the outlet of the spray nozzle, can vary widely and depends on the proportion of fluid, the molar mass of the polyacetals and additives such as fillers. In general, the melt temperature is in the range of 200 ° C, depending on the type of polyacetal used, without this being a limitation. The mold temperature can also vary widely. For example, the mold temperature is in the range of 20 ° C to 160 ° C, typically 120°C.
Als Fluid können prinzipiell alle geeigneten Fluide eingesetzt werden. Der Begriff Fluid soll verdeutlichen, dass sich das Gas bzw. die Flüssigkeit im überkritischen Zustand befindet. Zu den Stoffen, die als Fluid dienen können, gehören beispielsweise atmosphärische Gase, Kohlendioxid und Stickstoff.In principle, any suitable fluid can be used as a fluid. The term fluid is intended to make it clear that the gas or liquid is in a supercritical state. Substances that can serve as a fluid include, for example, atmospheric gases, carbon dioxide and nitrogen.
Um superkritische Gase in der Spritzgusstechnik handhaben zu können, ist eine besondere Maschinentechnik notwendig. Zunächst wird das Kunststoffgranulat, wie beim herkömmlichen Spritzguss üblich, aufgeschmolzen. Im Zylinder der Spritzgussmaschine werden die superkritischen Gase dann der thermoplastischen Schmelze zugeführt. Um den Druck innerhalb des Zylinders stabil zu halten - das superkritische Gas also nicht vorzeitig ausgast -, muss der Zylinder dicht sein. Die Mischung aus Schmelze und superkritischem Gas wird anschließend mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck inIn order to be able to handle supercritical gases in injection molding, special machine technology is required. First, the plastic granulate is melted, as is usual in conventional injection molding. The supercritical gases are then fed into the thermoplastic melt in the cylinder of the injection molding machine. In order to keep the pressure inside the cylinder stable - i.e. to prevent the supercritical gas from outgassing prematurely - the cylinder must be sealed. The mixture of melt and supercritical gas is then injected at high speed and high pressure into
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das Werkzeug eingespritzt. Nach dem Abkühlen des Bauteiles wird dieses der Form entnommen, wobei das Gas selbst nach kurzer Zeit in die Umgebung entweicht.the tool. After the component has cooled, it is removed from the mold, and the gas itself escapes into the environment after a short time.
Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele eingehender erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt werden soll:The invention is explained in more detail below by means of examples and comparative examples, without the invention being limited to these examples:
An einem Mitnehmer der Fa. Brose mit den Abmessungen 90 mm &khgr; 120 mm und einer mittleren Wanddicke von 2 mm mit Schnapphaken und Schraubdomen wurden Spritzversuche mit Polyoxymethylen (POM) durchgeführt. Die Fließweglänge des Mitnehmers betrug ca. 10 mm. Die Wanddicke an der dünnsten Stelle des Mitnehmers betrug 1 mm, wohingegen die maximale Wanddicke 4 mm betrug. Der Spritzguss wurde auf einer Maschine vom Typ KM 150520 / 90 erhältlich von Krauss Maffei durchgeführt. Die Massetemperatur betrug ca. 1800C und die Werkzeugtemperatur ca. 600C. Als Fluid wurde Stickstoff eingesetzt, wobei die Schmelze 0,1 Gew.-% Fluid enthielt. Hierdurch wurde ein Mitnehmer erhalten, der ein Einschraubmoment von 2.7 Nm und ein Überdrehmoment von 8.7 Nm, gemessen mit 2 D Einschraubtiefe und 500 U/min bei 23°C aufwies.Injection molding tests with polyoxymethylene (POM) were carried out on a driver from Brose with dimensions of 90 mm x 120 mm and an average wall thickness of 2 mm with snap hooks and screw domes. The flow path length of the driver was approximately 10 mm. The wall thickness at the thinnest point of the driver was 1 mm, whereas the maximum wall thickness was 4 mm. Injection molding was carried out on a KM 150520 / 90 machine available from Krauss Maffei. The melt temperature was approximately 180 ° C and the mold temperature approximately 60 ° C. Nitrogen was used as the fluid, with the melt containing 0.1 wt. % fluid. This produced a driver with a screw-in torque of 2.7 Nm and an overtorque of 8.7 Nm, measured with a 2 D screw-in depth and 500 rpm at 23 ° C.
Die Festigkeit des Mitnehmers wurde in einem quasi-stationären Zugversuch mit einem Bowdenzug-Nippel Durchmesser 3 mm bei 23°C mit 10 mm/min Zuggeschwindigkeit gemessen und auf die Querschnittsfläche des Nippels bezogen. Die Festigkeit betrug 338 MPa, wobei das Bauteil 45 g wog.The strength of the driver was measured in a quasi-stationary tensile test with a Bowden cable nipple with a diameter of 3 mm at 23°C with a tensile speed of 10 mm/min and related to the cross-sectional area of the nipple. The strength was 338 MPa, with the component weighing 45 g.
Vergleichsbeispiel 1Comparison example 1
Das Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt, wobei jedoch kein Fluid zugegeben wurde. Es wurde ein Mitnehmer mit einem Gewicht von 50 g erhalten, dessen Einschraubmoment ca. 2.4 Nm und dessen Überdrehmoment 7.5 Nm betrug. Die entsprechende Festigkeit betrug 336 MPa.Example 1 was essentially repeated, but no fluid was added. A driver weighing 50 g was obtained, the screw-in torque of which was approximately 2.4 Nm and the overtightening torque of which was 7.5 Nm. The corresponding strength was 336 MPa.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2Example 2 and comparative example 2
In diesem Versuch wurden an den gemäß Beispiel 1 bzw. Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Mitnehmer Eigenspannungen und Chemikalienbeständigkeit in einem Säure Tauchtest ermittelt. Die Teile wurden 5 min in 50 % ige Schwefelsäure eingetaucht und innerhalb der nächsten 5 bis 10 min beurteilt. Als Beurteilungskriterium wurde optisch sichtbare Rissbildung herangezogen. Hierbei verhielten sich die Mitnehmer, dieIn this test, the internal stresses and chemical resistance of the carriers manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 were determined in an acid immersion test. The parts were immersed in 50% sulphuric acid for 5 minutes and assessed within the next 5 to 10 minutes. Visually visible cracking was used as an assessment criterion. The carriers, which
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gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurden, gleich, es traten sofort Risse an Wanddickenunterschieden, Ecken und Kanten auf. An den Formteilen gemäß Beispiel 1 konnten nach dieser Zeit keine Risse festgestellt werden. Daraufhin wurden die Mitnehmer 10 min getaucht, auch nach dieser Zeit konnten keine Risse gefunden werden. Die Mitnehmer wurden deshalb für ca. 20 Stunden gelagert und dann nochmals beurteilt. Bei den Mitnehmern, die gemäß Vergleichsbeispieh hergestellt wurden, zeigte sich eine enorme Steigerung der Rissbildung über das gesamte Teil verteilt. An den Mitnehmern gemäß Beispiel 1 konnte nach dieser Lagerdauer ebenfalls Rissbildung am gesamten Teil festgestellt werden, jedoch ist die Rissausbildung und Risshäufigkeit wesentlich geringer als bei den Mitnehmern, die gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurden.according to comparative example 1, cracks immediately appeared at differences in wall thickness, corners and edges. No cracks were found on the molded parts according to example 1 after this time. The drivers were then submerged for 10 minutes, and even after this time no cracks were found. The drivers were therefore stored for around 20 hours and then assessed again. The drivers manufactured according to the comparative example showed an enormous increase in crack formation across the entire part. Cracks were also found across the entire part on the drivers according to example 1 after this storage period, but the crack formation and crack frequency was much lower than with the drivers manufactured according to comparative example 1.
Gemäß dieser Erkenntnisse zeichnet sich das erfindungsgemäße Bauteil durch besonders positive mechanische Eigenschaften aus. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das die mikrozelluläre Struktur aufweisende Bauteil derart lunkerarm, dass das lokale Bruchverhalten des Bauteiles von den Lunkern aufgrund der geringen Größe und der geringen Anzahl derselben im wesentlichen unabhängig ist. Diese Lunker entstehen durch große Gaseinschlüsse während des Herstellungsprozesses und schwächen das Bauteil an der Stelle deren Auftretens. Durch die mikrozelluläre Struktur kann das Bauteil insbesondere im Kopplungsbereich sehr lunkerarm hergestellt werden, was ermöglicht, die einleitbaren Kräfte wesentlich zu erhöhen und das Bauteil für eine derartige Krafteinleitung prozesssischer herzustellen.According to these findings, the component according to the invention is characterized by particularly positive mechanical properties. In an advantageous development of the invention, the component having the microcellular structure has so few cavities that the local fracture behavior of the component is essentially independent of the cavities due to the small size and the small number of them. These cavities are caused by large gas inclusions during the manufacturing process and weaken the component at the point where they occur. Due to the microcellular structure, the component can be manufactured with very few cavities, particularly in the coupling area, which makes it possible to significantly increase the forces that can be introduced and to manufacture the component in a more process-safe manner for such force introduction.
Um Befestigungen mit diesem Bauteil zu ermöglichen ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Bauteil für eine Schraubbefestigung ausgebildet ist. Dabei weicht für dieselben Einschraubbedingungen das Einschraubdrehmoment der mikrozellulären Struktur weniger als 30% von dem Einschraubdrehmoment einer massiven Vergleichsstruktur ab. Dabei ist eine Abweichung von plus oder minus 30% möglich, je nachdem wie gut die Herstellungsbedingungen für die massive Vergleichstruktur sind.In order to enable fastenings with this component, an advantageous development of the invention provides that the component is designed for screw fastening. For the same screwing conditions, the screwing torque of the microcellular structure deviates by less than 30% from the screwing torque of a solid comparison structure. A deviation of plus or minus 30% is possible, depending on how good the manufacturing conditions are for the solid comparison structure.
Bevorzugt weicht in der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zudem für dieselben Einschraubbedingungen das Überdrehmoment der mikrozellulären Struktur weniger als 30% von dem Überdrehmoment einer massiven Vergleichsstruktur ab. Dabei kann im herkömmlichen Herstellungsprozess eines massiv strukturierten Bauteils aus Kunststoff aufgrund einer zufällig ungünstigen Position der Lunker das Überdrehmoment wesentlichPreferably, in the advantageous development of the invention, the overtorque of the microcellular structure deviates less than 30% from the overtorque of a solid comparison structure for the same screwing conditions. In the conventional manufacturing process of a solid structured component made of plastic, the overtorque can be significantly higher due to a randomly unfavorable position of the cavities.
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geringer ausfallen. Die 30% Abweichung beziehen sich daher auf eine im wesentlichen lunkerfreie massive Vergleichsstruktur.be lower. The 30% deviation therefore refers to a solid comparison structure that is essentially free of cavities.
Eine Ausgestaltung der Erfindung umfasst, dass das Bauteil durch physikalisches Schäumen, insbesondere mittels überkritischen atmosphärischen Gasen herstellt ist. Hierzu alternativ wird das Bauteil mit vergleichbaren Ergebnissen durch chemisches Schäumen, insbesondere mittels Thermoschaumguss hergestellt.One embodiment of the invention comprises that the component is produced by physical foaming, in particular by means of supercritical atmospheric gases. Alternatively, the component is produced with comparable results by chemical foaming, in particular by means of thermal foam casting.
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