Herstellung von Armlehnengehäusen für die Mittelkonsole von Kraftfahrzeugen durch Spritzgießen

Die Armlehne der Mittelkonsole erfüllt sowohl ästhetische als auch funktionale Aufgaben. Das Design und die Materialausführung tragen zur Gesamtästhetik des Innenraums bei. In erster Linie dient sie jedoch dem Komfort und der Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit. So verfügt sie beispielsweise meist über ein verstecktes Fach für persönliche Gegenstände wie Handys, Geldbörsen und Schlüssel.

Die Armlehne der Mittelkonsole bietet dem Fahrer und dem Beifahrer eine Auflagefläche für die Innenseiten der Arme. Dies verringert das Risiko von Muskelverspannungen und Ermüdung, insbesondere bei langen Fahrten. Wenn die Arme richtig abgestützt sind, kann der Fahrer eine stabile und entspannte Körperhaltung beibehalten, was für eine bessere Fahrzeugkontrolle von entscheidender Bedeutung ist.

Bauteile der Mittelkonsolen-Armlehne in modernen Fahrzeugen

Die Hersteller der meisten modernen Fahrzeuge möchten, dass jede Ausstattung entweder den Komfort erhöht oder neue Funktionen bietet. Die verschiedenen Komponenten, die bei der Fertigung der Armlehnenelemente für die Mittelkonsole zum Einsatz kommen, sind darauf ausgelegt, diese Vision zu verwirklichen.

Anforderungen des Kunden

Der Kunde stellte strenge Anforderungen an Optik und Funktionalität. Was die Optik betraf, wünschte sich der Kunde eine Mittelkonsolen-Armlehne, die frei von den bei gekrümmten Oberflächen häufig auftretenden Fehlern wie Einfallstellen, Schweißnähte und Fließspuren war. Als Premium-Automobilhersteller kann bereits der kleinste Spritzgussfehler an der Mittelkonsolen-Armlehne die Attraktivität des Innenraums beeinträchtigen.

Was die Funktionalität angeht, sollte das Bauteil eine gute strukturelle Stabilität aufweisen und über Abmessungen für die Rastverbindung verfügen, um eine einfache Montage zu ermöglichen. Weitere Aspekte, auf die der Kunde besonderen Wert legte, waren die Rechtwinkligkeit der Befestigungsstifte, das Passspiel sowie eine Bauteil-Toleranz von ±0,1 mm und eine Formtoleranz von ±0,05 mm.

Da die Armlehne dem Druck des Arms standhalten und zudem mehrere Öffnungs- und Schließvorgänge überstehen soll, legte der Hersteller auch großen Wert auf die Haltbarkeit. Wenn die Armlehne zu früh versagt, kann dies ein schlechtes Licht auf den Automobilhersteller werfen.

Herausforderungen und Lösungen

Jede der vom Hersteller festgelegten Anforderungen stellte eine ganz eigene Herausforderung dar. Die Konstruktionszeichnung des Herstellers enthielt mehrere Material- und Maßvorgaben, die mit einer herkömmlichen Formtechnik nur schwer zu erfüllen waren.

Ein makelloses Erscheinungsbild des Gehäuses der Armlehne der Mittelkonsole bei geringer Materialstärke erzielen

Die erste Herausforderung, die First Mold bewältigen musste, war die Herstellung eines stabilen, dünnwandigen Bauteils. Die Gewichtsreduzierung ist für die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen von entscheidender Bedeutung. Dies lässt sich unter anderem durch Konstruktionsänderungen erreichen, die einen geringeren Materialverbrauch ermöglichen.

Dünne Wände werden zur Stabilisierung mit Rippen verstärkt. Allerdings führen die Rippen häufig zu Schwachstellen in der Konstruktion, wenn das Material oder das Herstellungsverfahren nicht geeignet ist. Dies kann zu Problemen wie dem Bruch von Schnappverbindungen oder dem Verziehen der Schale führen (was dazu führt, dass sich die Armlehne nicht mehr öffnen oder schließen lässt oder sich lockert). Jedes dieser Probleme verkürzt die Lebensdauer des Produkts, die bei den meisten Automobilkomponenten in der Regel ≥5 Jahre beträgt.

Der Automobilhersteller wollte nicht nur ein Erscheinungsbild erzielen, das frei von den üblichen Fertigungsfehlern am Gehäuse der Mittelkonsolen-Armlehne ist, sondern auch, dass die Mittelkonsolen-Armlehne eine stilisierte Strukturprägung aufweist. Um dies zu erreichen, musste die Prägung in die Form eingearbeitet werden, was eine präzise CNC-Bearbeitung erforderte.

Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit bei der Snap-Fit-Konstruktion

Um die Langlebigkeit des Spritzgussteils für das Armlehnengehäuse der Mittelkonsole zu gewährleisten, musste First Mold die Herausforderungen im Zusammenhang mit den Schnappverbindungsmodulen bewältigen, die Tausende von Öffnungs- und Schließzyklen überstehen müssen. Bei Schnappverbindungsdesigns kommt es in der Regel zu Spannungskonzentrationen im Bereich der Basis, was das Hinzufügen von Verrundungen oder Radien erforderlich macht. Zu den weiteren Herausforderungen, die First Mold bewältigen musste, gehörten:

• Ermüdungsbruch: Dieser Ausfall ist auf das wiederholte Zusammenbauen und Auseinanderbauen von Schnappverbindungen zurückzuführen. Eine Möglichkeit, dies zu vermeiden, besteht darin, bei der Materialauswahl S-N-Kurven (Stress-Number-of-cycles-Kurven) heranzuziehen.
• Kriechen: Im Laufe der Zeit kommt es bei Kunststoff unter dauerhafter Belastung naturgemäß zu Verformungen, wodurch die Schnappverbindung geschwächt wird. Daher ist es unerlässlich, für die Herstellung von Schnappverbindungen kriechfeste Werkstoffe wie Polybutylenterephthalat – einen hochfesten, teilkristallinen Konstruktionskunststoff – oder andere verstärkte Kunststoffe zu verwenden. Für dieses Fertigungsprojekt des Gehäuses für die Armlehne der Mittelkonsole entschied sich First Mold für eine Mischung aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), das sich durch hohe Festigkeit, Steifigkeit und Hitzebeständigkeit auszeichnet, und Polycarbonat (PC). Der Verbundwerkstoff bietet eine hervorragende Balance zwischen Haltbarkeit, Zähigkeit und thermischer Leistungsfähigkeit.

Herausforderungen bei der Kompatibilität von Teilen für die Armlehne der Mittelkonsole

Die einfache Montage einer Steckverbindung hängt von der Passform der zusammensteckbaren Teile ab. Konstruktionsmerkmale wie die Abmessungen der Steckverbindung, das Passspiel, die Rechtwinkligkeit der Befestigungsstifte und die Toleranzen bestimmen, wie gut die Teile funktionieren.

• Maße für die Rastverbindung: Die beiden ineinandergreifenden Teile müssen präzise Abmessungen aufweisen und aus flexiblen Materialien bestehen. Dadurch können sich die beiden Hälften beim Zusammenbau vorübergehend verformen und anschließend wieder ihre ursprüngliche Form annehmen, wodurch eine feste Verbindung entsteht. Die richtigen Abmessungen gewährleisten eine ausreichende Festigkeit.
• Passform: Dies ist der Abstand zwischen den zusammenpassenden Teilen. Bei einer Spielpassung besteht ein beträchtlicher Abstand zwischen den beiden Teilen, was die Montage erleichtert. Eine Presspassung hingegen wird verwendet, um eine festere, semipermanente Verbindung herzustellen. Bei einer Presspassung sind die Teile größer als die Bohrungen, in die sie passen, und erfordern zum Zusammenbau einen gewissen Kraftaufwand.
• Senkrechte Ausrichtung der Befestigungspfosten: Um sicherzustellen, dass die zusammenpassenden Teile korrekt ineinander greifen, müssen die Befestigungsstifte genau im 90-Grad-Winkel zur Grundfläche stehen. Dadurch liegen sie flach auf der Oberfläche auf, wodurch Spannungen oder Fehlausrichtungen vermieden werden.
• Verträglichkeit: Dies ist die zulässige Abweichung bei den Abmessungen des Bauteils. Kein Fertigungsverfahren ist perfekt. Daher weisen Bauteile in der Regel geringe (meist vernachlässigbare) Abweichungen auf. Die Toleranz legt die Grenze für die zulässigen Abweichungen fest, die Bauteile aufweisen dürfen. Liegen die Teile innerhalb der akzeptierten Toleranzen, wird erwartet, dass sie sich korrekt montieren lassen und einwandfrei funktionieren. Für dieses Fertigungsprojekt von Teilen für die Armlehne der Mittelkonsole hatte der Kunde die Toleranzgrenze für die Teile auf ±0,1 mm und die für die Form auf ±0,05 mm festgelegt.

Welche Kunden haben von der Zusammenarbeit mit First Mold profitiert?

Aufgrund der komplexen Konstruktion des Gehäuses der Mittelkonsolen-Armlehne setzte First Mold die Simulationssoftware Moldflow ein, um die Füllung und den Schwund des Produkts im Voraus zu prognostizieren. Moldflow simuliert, wie die geschmolzene Kunststoffmasse in den Formhohlraum fließt und diesen ausfüllt. Diese Simulation hilft dabei, Lufteinschlüsse, Unterfüllungen, ungleichmäßige Füllung und Schweißnähte zu erkennen.

Das Ergebnis ermöglichte es First Mold, die Konstruktionen der Schieber und Heber des Spritzgusswerkzeugs für das Gehäuse der Armlehne der Mittelkonsole zu optimieren. Um beispielsweise Formgrate zu vermeiden, die zu erhöhtem Materialverlust und aufwendigerer Nachbearbeitung führen, stellte First Mold sicher, dass der Abstand zwischen den Schiebern und Hebern ≤ 0,02 mm beträgt.

Mithilfe virtueller Simulationen gelang es First Mold, die Anzahl der Testgussversuche auf zwei bis drei zu beschränken. Wiederholte Versuche sind zeitaufwendig und kostspielig. Durch sorgfältige Planung und den Einsatz modernster virtueller Technologien konnte First Mold dem Kunden einen höheren Mehrwert bieten – sowohl in Form einer schnelleren Markteinführung als auch in finanzieller Hinsicht.

Einführung eines 20%-Puffers für die Produktionskapazität

Um den Kunden dabei zu unterstützen, die Spritzgusskapazität für die Armlehne der Mittelkonsole zu decken, setzte First Mold mehrere Spritzgussmaschinen desselben Modells ein. Als Puffer wurde eine Produktionskapazität von mindestens 20% reserviert.

Mit anderen Worten: Wenn alle Formen für die Fertigung der Teile der Mittelkonsolen-Armlehne mit einer Kapazität von 80% laufen, wird der aktuelle Bedarf des Kunden gedeckt. Wenn alle Formen mit einer Kapazität von 100% laufen, werden 20% mehr Teile hergestellt, als nachgefragt werden. Dieser Überschuss von 20% schafft einen Puffer für Engpässe, die durch Wartungsarbeiten, plötzliche Nachfragespitzen und unerwartete Störungen entstehen können.

Die zusätzliche Produktionskapazität von 20% kann auch für die Erprobung neuer Werkstoffe nützlich sein, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die Produktionslinien hat.

Dokumentation zum Zulassungsverfahren für Serienbauteile

First Mold arbeitet nach dem Zertifizierungssystem IATF 16949 und stellt PPAP-Unterlagen bereit. Diese Unterlagen belegen, dass die von uns gelieferten Spritzgusswerkzeuge für Mittelkonsolen-Armlehnen die technischen und qualitativen Anforderungen des Kunden an die Mittelkonsolen-Armlehnen-Teile dauerhaft erfüllen.

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