DE102009013065A1

DE102009013065A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Dekorieren von Kunststoffteilen

Info

Publication number: DE102009013065A1
Application number: DE102009013065A
Authority: DE
Inventors: Harald Burger; Martin Hahn
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30
Also published as: KR20110139266A; CN102405130A; ES2629862T3; EP2408605B1; PT2408605T; KR101931812B1; US20120038082A1; WO2010105780A8; TWI532581B; EP2408605A1; KR20160111007A; TW201034836A; US20170021536A1; WO2010105780A1; US10155329B2; PL2408605T3; CN102405130B; JP2012520192A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Durchführung des In-Mould-Decoration-Verfahrens mit einem Spritzwerkzeug (1) beschrieben. Das Spritzwerkzeug (1) weist ein erstes Werkzeugteil (11) mit einer ersten Formausnehmung (13) und ein zweites Werkzeugteil (12) mit einer mit der ersten Formausnehmung korrespondierenden zweiten Formausnehmung (15) auf. Das zweite Werkzeugteil (12) weist mindestens einen Einspritzkanal (12e) auf, wobei zwischen dem ersten Werkzeugteil (11) und dem zweiten Werkzeugteil (12) ein Abschnitt einer Endlos-Dekorfolie (16) anordenbar ist. Die Formausnehmung (13) des ersten Werkzeugteils (11) weist einen um die Formausnehmung (13) geschlossen verlaufenden erhabenen Randbereich (14) mit einer im Querschnitt abgeplatteten, abgerundeten oder spitzen Stirnfläche (14s) auf. Das zweite 4s) des erhabenen Randbereichs (14) parallele korrespondierende Stirnfläche (12s) auf. Bei geschlossenem Spritzwerkzeug (1) ist ein Abstand (s) zwischen der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereiches (14) des ersten Werkzeugteils (11) und der korrespondierenden Stirnfläche (12s) des zweiten Werkzeugteils (12) zumindest über einen Teilbereich ausgebildet, wobei der Abstand durch die Dekorfolie (16) abgedichtet ist. Weiter wird ein Verfahren dazu beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dekorieren von Kunststoffteilen.
Zum Dekorieren von Kunststoffteilen ist das In-Mould-Decoration-Verfahren bekannt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Spritzen und das Dekorieren des Kunststoffteils in einem Arbeitsschritt durchführbar ist. Es können so Kunststoffteile dauerhaft dekoriert werden, gegebenenfalls auch Kunststoffteile mit unebenen Oberflächen, z. B. Strukturen, Reliefs und komplizierter Geometrie. Als In-Mould-Decoration wird ein Verfahren zum Dekorieren von Kunststoffspritzteilen bezeichnet, bei dem eine Dekorfolie in eine Spritzform eingelegt wird und sodann mit Kunststoff hinterspritzt wird. Herkömmlicherweise wird die Dekorfolie vor dem Einlegen in die Spritzform ausgestanzt und gegebenenfalls vorgeformt, wenn nicht ebene Flächen des Kunststoffspritzteils oder Teile mit komplizierten Geometrien dekoriert werden sollen. In bevorzugten Ausführungen werden nur auf die Dekorfolie aufgebrachte Schichten der Dekorfolie auf das Kunststoffspritzteil übertragen, beispielsweise ein Druckbild, also eine oder mehrere Farbschicht(en), die auf einer transparenten Schutzschicht angeordnet sein kann, wobei nach der Übertragung die Schutzschicht über der einen oder den mehreren Farbschicht(en) liegt.
In der WO 93/04837 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Dekor einer Prägefolie dekorierten Kunststoffgegenstandes beschrieben. Ein zum Einspritzen von Kunststoff in die Form benötigter Kunststoffanguss wird vom Kunststoffgegenstand abgetrennt, bevor das Kunststoffmaterial aushärtet.
In der WO 00/30827 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Folienband bedruckt wird und durch vorherige Perforation in ablösbare Abschnitte geteilt wird. Das Folienband wird einer Spritzform zugeführt und die Abschnitte werden während des Spritzprozesses aus dem Folienband endgültig herausgetrennt.
In der FR 2 735 063 ist eine Spritzform beschrieben, die ein Schneidwerkzeug aufweist, das bei geschlossener Spritzform einen zur Dekoration benötigten Abschnitt aus einer Dekorfolie in Art eines Stanzvorgangs heraustrennt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur In-Mould-Decoration anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Vorrichtungshauptanspruchs 1 gelöst. Es handelt sich dabei um eine Vorrichtung zur Durchführung eines In-Mould-Decoration-Verfahrens mit einem Spritzwerkzeug, wobei das Spritzwerkzeug ein erstes Werkzeugteil mit einer ersten Formausnehmung und ein zweites Werkzeugteil aufweist und das zweite Werkzeugteil oder das erste Werkzeugteil mindestens einen Einspritzkanal aufweist, wobei zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ein Abschnitt einer vorzugsweise als Endlos-Dekorfolie ausgebildeten Dekorfolie anordenbar ist, und wobei vorgesehen ist, dass die Formausnehmung des ersten Werkzeugteils einen um die Formausnehmung geschlossen verlaufenden erhabenen Randbereich mit einer im Querschnitt abgeplatteten, abgerundeten oder spitzen Stirnfläche aufweist, dass das zweite Werkzeugteil eine zu der Stirnfläche des erhabenen Randbereichs korrespondierende Stirnfläche aufweist; und dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug ein Abstand zwischen der Stirnfläche des erhabenen Randbereiches des ersten Werkzeugteils und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils zumindest über einen Teilbereich ausgebildet ist, wobei der Abstand durch die Dekorfolie abgedichtet ist.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkzeugverschleiß des in die Spritzform integrierten Werkzeugs reduziert ist. Weil die beiden gehärteten Werkzeugteile im Bereich der Stirnfläche des geschlossen verlaufenden erhabenen Randbereichs des ersten Werkzeugteils nicht oder zumindest nicht über den gesamten umlaufenden Randbereich in Berührung kommen, wird die Standzeit des Werkzeugs erhöht. Gleichzeitig kann auch eine Verkürzung der Taktzeit und eine Erhöhung der Taktzahl beim Einsatz der Vorrichtung im Fertigungsprozess erreicht werden. Die Dekorfolie wird beim Schließen des Spritzwerkzeugs gequetscht und kann dabei teilweise oder vollständig durchtrennt werden. Das Durchtrennen kann als ein Abscheren in Verbindung mit Quetschen erfolgen. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die Dekorfolie beim Schließen des Spritzwerkzeugs überhaupt durchtrennt wird. Wesentlich ist vielmehr, dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil zumindest bereichsweise ein Spalt verbleibt, in dem die Dekorfolie komprimiert, d. h. gequetscht wird und der Spalt durch die darin komprimiert angeordnete Dekorfolie abgedichtet wird. Der Spalt wird hierbei so weit abgedichtet, dass beim Einspritzen der Kunststoffschmelze der Spalt dicht geschlossen ist und keine Kunststoffschmelze durch den Spalt hindurch austritt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug die Spaltbreite, d. h. der Abstand der Stirnfläche des erhabenen Randbereichs und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils geringer als 50% der Dicke der bereitgestellten Dekorfolie ist, vorzugsweise 20% bis 10% der Dicke ist. Vorteilhafterweise wird durch Versuche bestimmt, welcher Abstand in Abhängigkeit von dem gewählten Material der Dekorfolie und den davon abhängigen Materialeigenschaften optimal ist. Die Spaltbreite des Spritzwerkzeugs und damit die Restdicke der Dekorfolie kann so gering sein, dass die Dekorfolie nach dem Aushärten des Kunststoffspritzteils konturengetreu abtrennbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Spaltbreite im Bereich von 20 μm bis 50 μm ist. Abstände kleiner als 20 μm sind nur mit hohem Fertigungsaufwand ausführbar, wobei weiter zu berücksichtigen ist, dass sich die Werkzeugteile im Betriebseinsatz verziehen können, so dass bei deutlicher Unterschreitung des Mindestabstandes 20 μm die Werkzeugteile mindestens partiell aufeinandertreffen können.
Der um die Formausnehmung verlaufende erhabene Randbereich kann als ringförmiger Randbereich mit Kreisringform oder anders geformter geschlossener Ringform ausgebildet sein, d. h. als geschlossen verlaufender Randbereich beliebiger Umlaufkontur. Die Kreisringform ist ausgebildet, wenn das Spritzteil zumindest im Bereich der Dekorierung eine kreisförmige Außenkontur aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Werkzeugteil, welches die Formausnehmung aufweist, als beweglicher Formeinsatz ausgebildet ist. Die Einbauabmessungen richten sich u. a. nach den Einbaubedingungen des Spritzwerkzeugs bzw. der Spritzmaschine, wobei der bewegliche Formeinsatz vorzugsweise als ein auswechselbarer Formeinsatz ausgebildet ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das zweite Werkzeugteil als fester Formeinsatz ausgebildet ist. Dieses zweite Werkzeugteil kann vorzugsweise den Einspritzkanal aufweisen. Ferner kann das zweite Werkzeugteil auch eine Formausnehmung aufweisen, die mit der ersten Formausnehmung, die im ersten Formteil ausgebildet ist, korrespondiert, d. h. bei geschlossenem Spritzwerkzeug mit der ersten Formausnehmung einen gemeinsamen Formhohlraum bildet. Die Einbauabmessungen des ersten und zweiten Werkzeugteils richten sich u. a. nach den Einbaubedingungen des Spritzwerkzeugs bzw. der Spritzmaschine, wobei der feste Formeinsatz vorzugsweise als ein auswechselbarer Formeinsatz ausgebildet ist. Einer oder beide der Formeinsätze oder das Spritzwerkzeug können einen oder mehrere Anschläge aufweisen, die beim Schließen der Formeinsätze bzw. des Spritzwerkzeugs den Abstand zwischen der Stirnfläche des erhabenen Randbereichs des ersten Werkzeugteils und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils einstellen. Die in das Spritzwerkzeug eingelegte Dekorfolie kann zwischen den Anschlägen hindurchgeführt sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Dekorfolie zur Einstellung des Abstandes zwischen der Stirnfläche des erhabenen Randbereichs des ersten Werkzeugteils und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils zu nutzen, da die Flächenpressung außerhalb des Stirnflächenbereichs so klein sein kann, dass die Dekorfolie dem Schließdruck des Spritzwerkzeugs ohne merkliche Verformung widersteht.
Bei einfach konturierten Randbereichen, beispielsweise einer o. g. Kreisringform, kann der Randbereich mit der Stirnfläche als separat austauschbares Teil ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, bei verschlissener Stirnfläche nur diesen Teil des Formeinsatzes auszutauschen, wodurch eine Kosteneinsparung erreicht werden kann.
Das Spritzwerkzeug kann eine Vielzahl von Formeinsätzen in dem ersten und zweiten Werkzeugteil aufweisen, wobei die Formeinsätze als Paare von korrespondierenden Formeinsätzen ausgebildet sind. Die Formeinsätze können dabei alle identisch oder auch unterschiedlich sein. Die Formeinsätze können in einer Matrix angeordnet sein, z. B. als 3×3, 8×8 oder auch 7×8 oder 6×9 Formeinsätze. Einer oder mehrere dieser Formeinsätze können so ausgebildet sein, dass darin Prüfteile hergestellt werden, die speziell ausgebildet sind, um die Qualität (Registergenauigkeit des Dekors, Kanten- oder Oberflächenqualität) der mit den anderen Formeinsätzen hergestellten Teilen einschätzen zu können. Beispielsweise können diese Prüfteile ein speziell ausgebildetes Dekor aufweisen und/oder eine speziell ausgebildete Form.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie kontinuierlich betreibbar ist, indem bei bevorzugten Ausführungen vorgesehen ist, dass die Dekorfolie über eine Folientransporteinrichtung zuführbar ist und als Rollenware ausgebildet ist. Es kann, wie aus der Massenfertigung an sich bekannt, mit einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren gearbeitet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Dekorfolie eine bandförmige Endlosfolie ist, die auf einer Vorratsrolle angeordnet ist und das Spritzwerkzeug durchgreift.
Weiter kann vorgesehen sein, dass stromabwärts hinter dem Spritzwerkzeug eine Aufwickelrolle angeordnet ist, auf der die Rest-Dekorfolie aufgewickelt ist.
Die Dekorfolie und/oder die Aufwickelrolle können vorteilhafterweise mit einer Transporteinrichtung derart zusammenwirken, dass die Dekorfolie zwischen einer angetriebenen Walze und einer Andruckwalze hindurchgeführt ist und dass die Vorratsrolle abgebremst ist. Es kann weiter vorgesehen sein, dass eine zweite Transporteinrichtung für die Aufwickelrolle vorgesehen ist, vorzugsweise in dieser integriert ist, wobei die Aufwickelrolle z. B. über eine Rutschkupplung mit der zweiten Transporteinrichtung verbunden sein kann. Es ist aber auch möglich, dass lediglich die zweite Transporteinrichtung vorgesehen ist und die Vorratsrolle zur Einstallung eines Bandzugs abgebremst wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Folientransporteinrichtung und/oder die Aufwickelrolle als eine mit optischen Markierungen und/oder mechanischen Markierungen zusammenwirkende Einrichtung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Dekorfolie optische und/oder mechanische Markierungen oder Registermarken aufweist, die mit der Transporteinrichtung der Dekorfolie und/oder der Aufwickelrolle zusammenwirken. Die optischen Markierungen können beispielsweise von optischen Sensoren, welche Teil der Transporteinrichtung sind, gelesen/detektiert werden. Die mechanischen Markierungen können beispielsweise als Transportperforationen ausgebildet sein, die im Register zu einem Dekoraufdruck stehen und in die eine Zahnwalze eingreift, die mit einem Schrittantrieb zusammenwirkt. Durch die Abstimmung der Folientransporteinrichtung und/oder der Aufwickelrolle mit der Position der Formausnehmungen der Formeinsätze kann eine registergenaue Dekoration der Kunststoffspritzteile erreicht werden.
Damit ist aufgezeigt, dass die eingangs genannte Aufgabe mit dem Gegenstand des Vorrichtungshauptanspruchs 1 und den darauf rückbezogenen Unteransprüchen gelöst wird.
Im Nachfolgenden wird nun aufgezeigt, dass die eingangs genannte Aufgabe auch mit dem Gegenstand des Verfahrenshauptanspruchs 14 und den darauf rückbezogenen Unteransprüchen gelöst wird. Bei dem Gegenstand des Verfahrenshauptanspruchs 14 handelt es sich um ein In-Mould-Decoration-Verfahren unter Einsatz einer Vorrichtung, die ein Spritzwerkzeug aufweist, umfassend ein erstes Werkzeugteil mit einer ersten Formausnehmung und ein zweites Werkzeugteil, wobei das erste oder das zweite Werkzeugteil einen Einspritzkanal aufweist und dass folgende Schritte zyklisch durchlaufen werden:

a) Bereitstellen eines Abschnitts der Dekorfolie auf dem ersten Werkzeugteil oder auf dem zweiten Werkzeugteil derart, dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug die Dekorfolie auf einer Stirnfläche des die erste Formausnehmung begrenzenden erhabenen, die Formausnehmung umgebenden Randbereichs aufliegt;
b) Schließen des Spritzwerkzeugs soweit, dass im Bereich der Stirnfläche des erhabenen Randbereichs zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ein Spalt zwischen der Stirnfläche des erhabenen Randbereiches des ersten Werkzeugteils und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils zumindest über einen Teilbereich ausgebildet ist und der Spalt durch die zwischengeschaltete im Bereich des Spalts gequetschte Dekorfolie abgedichtet wird;
c) Einspritzen einer Kunststoffschmelze durch den Einspritzkanal in das Spritzwerkzeug, wobei die Dekorfolie in dem von dem erhabenen Randbereich umschlossenen Bereich mit der Kunststoffschmelze hinterspritzt wird ohne Durchtritt von Kunststoffschmelze durch den abgedichteten Spalt, so dass ein dekoriertes Kunststoffteil ausgebildet wird;
d) Öffnen des Spritzwerkzeugs durch relativ voneinander Wegbewegen des ersten und des zweiten Werkzeugteils und Entnehmen des dekorierten Kunststoffteils aus dem Spritzwerkzeug;
e) Entfernen des Restabschnitts der Dekorfolie und Bereitstellen eines weiteren Abschnitts der Dekorfolie.

Dieses Verfahren gemäß dem Verfahrenshauptanspruch 14 zeichnet sich, entsprechend wie vorangehend für den Gegenstand des Vorrichtungshauptanspruchs 1 erörtert, dadurch aus, dass der Werkzeugverschleiß des in die Spritzform integrierten Werkzeugs zum Durchtrennen der Dekorfolie durch Quetschen deutlich reduziert ist und gleichzeitig dadurch auch der erforderliche Zeitaufwand pro Kunststoffspritzteil verringert ist, d. h. sich die Möglichkeit ergibt, bei der Fertigung die Taktzeit zu verkürzen und die Taktzahl zu erhöhen. Die Dekorfolie wird beim Schließen des Spritzwerkzeugs zwischen dem geschlossen verlaufenden erhabenen Randbereich des ersten Werkzeugteils und dem korrespondierenden Flächenbereich des zweiten Werkzeugteils gequetscht und kann dabei teilweise oder vollständig durchtrennt werden. Das Durchtrennen der Dekorfolie kann als ein Abscheren primär in Verbindung mit Quetschen erfolgen. Ein Durchtrennen ist jedoch nicht zwingend notwendig. Wesentlich ist, dass die beiden Werkzeugteile beim Schließen zumindest Bereichsweise einen Spalt bilden, in dem die Dekorfolie komprimiert, d. h. gequetscht und gegebenenfalls sogleich beim Schließen des Werkzeugs zumindest teilweise durchtrennt wird und insbesondere aber in der Schließlage des Formwerkzeugs der Spalt durch die komprimierte Dekorfolie abgedichtet wird. Der Spalt wird hierbei so weit abgedichtet, dass beim Einspritzen der Kunststoffschmelze der Spalt dicht geschlossen ist, so dass die in das Spritzwerkzeug eingespritzte Kunststoffschmelze nicht austreten kann.
Es kann vorgesehen sein, dass beim Quetschen und gegebenenfalls Durchtrennen der Dekorfolie in Schritt b) die Dekorfolie auf weniger als 50% ihrer Dicke, vorzugsweise auf 20% bis 10% ihrer Dicke zusammengepresst wird. Bei diesem Verfahrensschritt kann neben dem Komprimieren der Dekorfolie ein Einreißen der Dekorfolie und damit ein teilweises Durchtrennen eintreten, wobei der Grad der Durchtrennung, wie weiter oben beschrieben, materialabhängig ist. Dabei spielt die Elastizität des Materials der Dekorfolie eine wichtige Rolle, d. h. es ist möglich, dass die Dekorfolie plastisch verformt oder verdichtet wird oder dass die Dekorfolie zumindest teilweise elastisch verformt ist.
Bei bevorzugten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in Schritt b) die Dekorfolie durch Quetschen und/oder Durchtrennen beim Zusammenwirken des erhabenen Randbereichs der Formausnehmung des ersten Werkzeugteils mit der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils zumindest teilweise durchtrennt wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der erhabene Randbereich des ersten Werkzeugteils zumindest bereichsweise als Stanzkante ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass im Schritt d) die Dekorfolie auf dem durch Hinterspritzen hergestellten Kunststoffteil haftet und, soweit randseitig noch nicht vollständig durchtrennt, im Schritt d) vollständig durchtrennt wird. Wie weiter oben beschrieben, kann das vollständige Durchtrennen im Schritt d) im Wesentlichen als ein Reißvorgang beschrieben werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass in Schritt a) die Dekorfolie so angeordnet wird, dass ihr Dekor der in Schritt c) eingespritzten Kunststoffschmelze abgewandt ist. Durch diese Anordnung ergibt sich der Vorteil, dass das Dekor aus Materialien gebildet sein kann, die mit der Kunststoffschmelze im Schritt c) reagieren könnten, beispielsweise sich anlösen oder lösen können. Beim Einspritzen der Kunststoffschmelze in Schritt c) schützt die vergleichsweise dicke Materialschicht der Dekorfolie das Dekor.
Bei Verwenden einer zumindest teilweise und/oder bereichsweise transparenten oder transluzenten Kunststoffschmelze und einer gegen die Einwirkung der Kunststoffschmelze entsprechend gut beständigen Dekorschicht kann das Dekor auch auf der der Kunststoffschmelze zugewandten Seite der Dekorfolie angeordnet sein oder auch auf der der Kunststoffschmelze zugewandten Seite der Dekorfolie und der der Kunststoffschmelze abgewandten Seite der Dekorfolie. Damit sind zweiseitig dekorierte Kunststoffspritzteile herstellbar. Eine Seite des Kunststoffspritzteils ist dadurch direkt dekoriert, die andere Seite von der Rückseite her, wobei das rückseitige Dekor durch die gespritzte Kunststoffschicht hindurch ganz oder teilweise sichtbar sein kann.
Bei gleichzeitiger Verwendung einer transparenten Dekorfolie können auch dreidimensionale Effekte erzielt werden durch gezielte Überlagerung zweier identischer oder nahezu identischer Dekore in zwei übereinanderliegenden Ebenen auf Vorder- und Rückseite der Dekorfolie.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass als Dekorfolie eine Laminierfolie verwendet wird.
Es hat sich bewährt, dass eine einlagige Laminierfolie verwendet wird, wobei der Begriff „einlagige Laminierfolie” auf der Laminierfolie aufgebrachte Farbschichten oder Farbpigmentschichten oder eine Kleberschichten oder Schutzlackschichten oder Metallschichten oder Polymerschichten aus leitendem, halbleitendem oder nichtleitendem Polymer einschließt.
Vorzugsweise weist die einlagige Laminierfolie keine Kleberschicht auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Laminierfolie eine Kunststofffolie ist, vorzugsweise eine PET-Folie oder eine Folie aus Polystyrol, ABS oder PMMA. Die Kunststofffolie kann als glatte oder als strukturierte Folie ausgebildet sein. Es ist beispielsweise möglich, dass die Kunststofffolie eine Lederoberfläche nachbildet mit den typischen Ledernarben, die haptisch bzw. taktil wahrnehmbar sind. Die Strukturen können aber auch in Größenordnungen (mikroskopisch, submikroskopisch) vorhanden sein, die taktil nicht wahrnehmbar sind, z. B. optische diffraktiv oder refraktiv wirkende Strukturen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Laminierfolie aus Papier ist oder Papierschichten aufweist. Wie Versuche gezeigt haben, ist auch Kopierpapier verwendbar, so dass die Art des Papiers nicht beschränkt ist. Allerdings müssen Versuche darüber entscheiden, in welcher Dicke das Papier einsetzbar ist.
Es ist auch möglich, dass die Laminierfolie ein Gewirk aus Naturfasern und/oder Kunststofffasern ist. Der Begriff „Gewirk” ist hier so verstanden, dass die Fasern ein zusammenhängendes Flächengebilde bilden, wobei der Zusammenhalt der Fasern durch Verfilzen, Verweben und/oder Verkleben hergestellt sein kann. Letztlich ist auf diese Weise auch der vorstehend genannte Werkstoff Papier herstellbar und damit Papiere aus unterschiedlichen Faserarten einsetzbar.
Weiter kann die Laminierfolie auch aus anderen Werkstoffen, insbesondere aus Naturstoffen, wie Leder, Pergament oder Holzfurnier, ausgebildet sein.
Es hat sich bewährt, dass die Laminierfolie eine Dehnbarkeit im Bereich von 12% bis 20% aufweist, vorzugsweise im Bereich von 15% bis 20%. Dabei wird die für eine gute Verarbeitbarkeit nötige Dehnbarkeit von der Oberflächengeometrie des Kunststoffspritzteils bestimmt. Je größer die Wölbung und/oder mehr Komplexität das Kunststoffspritzteil aufweist, desto mehr Dehnbarkeit ist notwendig.
Weiter hat sich bewährt, dass die Laminierfolie eine Dicke im Bereich von 20 μm bis 500 μm aufweist.
Es hat sich bewährt, dass der Abstand zwischen der Stirnfläche des erhabenen Randbereiches des ersten Werkzeugteils und der korrespondierenden Stirnfläche des zweiten Werkzeugteils im Bereich von 20% bis 10% der Dicke der Dekorfolie liegt, wie weiter oben ausgeführt.
Es hat sich bewährt, dass die in Schritt c) eingespritzte Kunststoffschmelze Polystyrol aufweist. Es ist aber auch möglich, andere thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. ABS, ABS-PC, PMMA, PET, PET-PC zu verwenden.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes Spritzwerkzeug in der Draufsicht;
2 eine Schnittdarstellung des Spritzwerkzeugs in 1 längs der Schnittlinie II-II;
3 eine Einzelheit III in 2 in vergrößerter Darstellung;
4 eine perspektivische Explosivdarstellung der Vorrichtung in 1;
5 die Einzelheit III in 2 mit eingelegter Dekorfolie;
6 die Einzelheit III in 2 mit hinterspritzter Dekorfolie;
7 die Einzelheit III in 2 mit geöffnetem Spritzwerkzeug.
1 zeigt ein Spritzwerkzeug 1, das in eine Vorrichtung zur Durchführung des In-Mould-Decoration-Verfahrens eingesetzt ist. Als In-Mould-Decoration wird ein Verfahren zum Dekorieren von Kunststoffspritzteilen bezeichnet, bei dem eine Dekorfolie in ein Spritzwerkzeug eingelegt wird und sodann mit Kunststoff hinterspritzt wird. Diese Definition gilt sowohl für das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Verfahren als auch für die bekannten herkömmlichen In-Mould-Verfahren. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei dem herkömmlichen Verfahren die Dekorfolie durch miteinander kontaktierende Stanzkanten ausgestanzt und gegebenenfalls vorgeformt, wenn nicht ebene Flächen des Kunststoffspritzteils dekoriert werden sollen. In bevorzugten herkömmlichen Ausführungen mit Transferfolie werden nur Schichten der Dekorfolie auf das Kunststoffspritzteil übertragen, beispielsweise ein Druckbild, also eine oder mehrere Farbschichten, die auf einer transparenten Schutzschicht angeordnet sein kann. Dazu werden bei diesen bekannten herkömmlichen Verfahren relativ kostenaufwendige Transferfolien eingesetzt.
Von dem erfindungsgemäßen Spritzwerkzeug 1 sind in den Figuren lediglich die Formeinsätze dargestellt. Wie 2 zeigt, weist das Spritzwerkzeug 1 einen beweglichen Formeinsatz 11 mit einer ersten Formausnehmung 13 und einen festen Formeinsatz 12 mit einer zweiten Formausnehmung 15 auf, wobei der feste Formeinsatz 12 mit einem Einspritzkanal 12e ausgebildet ist.
3 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht die Ausbildung der beiden Formeinsätze 11 und 12 des Spritzwerkzeugs 1.
In dem beweglichen Formeinsatz 11 ist eine erste Formausnehmung 13 ausgebildet, die von einem ringförmigen Randbereich 14 begrenzt ist. Der ringförmige Randbereich 14 weist eine ebene ringförmige Stirnfläche 14s auf. In dem an den Randbereich 14 angrenzenden äußeren Randabschnitt springt die Stirnfläche der beweglichen Formhälfte 12 zurück, so dass nur die Stirnfläche 14s des Randabschnitts 14 eine Auflagefläche für die in das Spritzwerkzeug 1 eingelegte Dekorfolie 16 bildet (siehe 4).
Der feste Formeinsatz 12 weist eine ebene Stirnfläche 12s auf, die parallel zu der Stirnfläche 14s des Randabschnitts 14 des beweglichen Formeinsatzes 11 verläuft. In dem geschlossenen Spritzwerkzeug 1 verbleibt zwischen der Stirnfläche 12s und der Stirnfläche 14s ein Spalt mit einer Spaltweite s, die in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel 20 μm bis 50 μm betragen kann. Die Spaltweite s wird vorteilhafterweise so gewählt, dass sie im Bereich von 10% bis 20% der Dicke der unkomprimierten Dekorfolie 16 liegt. Der kleinste mögliche Wert ist durch die Fertigungstoleranzen der beiden Formeinsätze 11 und 12 bestimmt.
4 zeigt in perspektivischer Explosivdarstellung das geöffnete Spritzwerkzeug 1 mit einem eingelegten Abschnitt der Dekorfolie 16. Der zur Dekoration benötigte Teilabschnitt der Dekorfolie 16 ist durch eine Schraffur hervorgehoben.
Die Dekorfolie 16 ist eine Endlosfolie, die auf einer Vorratsrolle bereitgestellt ist und die durch eine nicht dargestellte Transporteinrichtung zuführbar ist.
Wird nun, wie in 5 dargestellt, das Spritzwerkzeug 1 bei eingelegter Dekorfolie 16 geschlossen, indem der bewegliche Formeinsatz 11 in Richtung des festen Formeinsatzes 12 bewegt wird, wird die Dekorfolie 16 im Bereich der Stirnfläche 14s des Randbereichs 14 des beweglichen Formeinsatzes 11 gequetscht und teilweise zertrennt.
Nun wird, wie in 6 gezeigt, die Dekorfolie 16 mit einer Kunststoffschmelze 17 hinterspritzt, wobei die Dekorfolie 16 infolge des Spritzdrucks der in die zweite Formausnehmung 15 eingespritzten Kunststoffschmelze an der Innenwand der ersten Formausnehmung 13 des Spritzwerkzeugs 1 zur Anlage kommt. Wesentlich ist, dass der bei geschlossenem Werkzeug verbleibende Spalt zwischen den Formeinsätzen 11 und 12 von der zwischengeschalteten Dekorfolie abgedichtet ist, d. h. zumindest so weit dicht geschlossen ist, dass keine Kunststoffschmelze durch den Spalt austreten kann.
Die Dekorfolie 16 wird vorzugsweise jeweils so in das Spritzwerkzeug 1 eingelegt, dass die Dekorseite der eingespritzten Kunststoffschmelze 17s abgewandt ist. Bei dieser Anordnung treten keine Reaktionen der Dekorschicht mit der Kunststoffschmelze 17s ein, wie das beim herkömmlichen In-Mould-Decoration-Verfahren möglich wäre, bei der die Dekorationsschicht der Kunststoffschmelze zugewandt ist. Als Dekorfolie 16 kann vorteilhafterweise eine Laminierfolie vorgesehen sein, bei der es sich beispielsweise um eine PET-Folie handeln kann, aber auch um bedrucktes Papier, Gewirke aus Naturfasern oder Kunstfasern oder Naturwerkstoffe, wie Leder oder Pergament. Die Dicke der Laminierfolie kann im Bereich von 20 μm bis 500 μm liegen, bevorzugt ist jedoch eine Dicke, die es gestattet, die Spaltweite s des geschlossenen Spritzwerkzeugs 1 im Bereich von 10 bis 20% der Dicke der Dekorfolie 16 einzustellen. Allerdings hat es sich in Versuchen gezeigt, dass auch Dekorfolien verarbeitet werden können, deren Dicke etwa der Spaltweite s entspricht. Ein wesentlicher Materialparameter der Dekorfolie 16 ist die Dehnbarkeit, die in Abhängigkeit von dem eingesetzten Material vorteilhafterweise im Bereich von 12% bis 20% liegen sollte, vorzugsweise im Bereich von 15% bis 20%. Für PET-Folien hat sich beispielsweise eine Dehnbarkeit von etwa 20% bewährt.
7 zeigt das nach dem Erkalten der eingespritzten Kunststoffschmelze 17s geöffnete Spritzwerkzeug, aus der ein Kunststoffspritzteil 17 entnehmbar ist, das mit der Dekorfolie 16 dekoriert ist. Die Dekorfolie 16 weist im Bereich der Stirnfläche 14s des ringförmigen Randbereichs 14n des beweglichen Formeinsatzes insbesondere durch das vorherige Quetschen der Dekorfolie 16 eine Sollbruchstelle auf, wodurch ein Restabschnitt 16r der Dekorfolie 16 verbleibt, der auf eine Aufwickelrolle aufgewickelt werden kann. Je nach Art der Dekoration und Ausbildung des Kunststoffspritzteils 17 können Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, um die Dekorfolie registergenau zuzuführen und in dem Spritzwerkzeug 1 registergenau zu positionieren. Bei dem Kunststoffspritzteil 17 kann es sich beispielsweise um ein Gehäuseoberteil eines elektronischen Gerätes handeln, bei dem ein Display und Tasten dekoriert werden sollen, weshalb Lageabweichungen zwischen der Dekoration und dem Gehäuseoberteil unbedingt zu vermeiden sind. Bei dem Kunststoffspritzteil 17 kann es sich beispielsweise auch um ein Einzelteil handeln, welches Bestandteil eines aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzten Endprodukts ist und wobei die zusammengesetzten Dekore der Einzelteile ein vorzugsweise nahezu nahtloses zusammengesetztes Gesamtdekor ergeben. Das Gesamtdekor kann beispielsweise ein Endlosdekor (z. B. ein regelmäßiges Endlosmuster oder ein unregelmäßiges Furnier) oder ein Einzelbilddekor (z. B. eine Bemalung, eine Verzierung oder ein Muster) sein. Das Endprodukt kann beispielsweise ein Bausatz, insbesondere ein Modellbausatz, z. B. für ein Spielzeug sein. Das Einzelteil kann dabei ein Teil dieses Bausatzes sein.

1: Spritzwerkzeug
11: bewegliche Formhälfte
12: feste Formhälfte
12e: Einspritzkanal
12s: Stirnfläche
13: erste Formausnehmung
14: ringförmiger Randbereich
14s: Stirnfläche
15: zweite Formausnehmung
16: Dekorfolie
16r: Restabschnitt
17: Kunststoffspritzteil
17s: Kunststoffschmelze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 93/04837 [0003]
- WO 00/30827 [0004]
- FR 2735063 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Durchführung eines In-Mould-Decoration-Verfahrens mit einem Spritzwerkzeug (1), wobei das Spritzwerkzeug (1) ein erstes Werkzeugteil (11) mit einer ersten Formausnehmung (13) und ein zweites Werkzeugteil (12) aufweist und das zweite Werkzeugteil (12) oder das erste Werkzeugteil (11) mindestens einen Einspritzkanal (12e) aufweist, wobei zwischen dem ersten Werkzeugteil (11) und dem zweiten Werkzeugteil (12) ein Abschnitt einer vorzugsweise als Endlos-Dekorfolie (16) ausgebildeten Dekorfolie anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formausnehmung (13) des ersten Werkzeugteils (11) einen um die Formausnehmung (13) geschlossen verlaufenden, erhabenen Randbereich (14) mit einer im Querschnitt abgeplatteten oder abgerundeten oder spitzen Stirnfläche (14s) aufweist, dass das zweite Werkzeugteil (12) eine zu der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereichs (14) korrespondierende Stirnfläche (12s) aufweist; und dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug (1) ein Abstand (s) unter Ausbildung eines Spalts zwischen der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereiches (14) des ersten Werkzeugteils (11) und der korrespondierenden Stirnfläche (12s) des zweiten Werkzeugteils (12) zumindest über einen Teilbereich ausgebildet ist, wobei der Abstand durch die Dekorfolie (16) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (11) als beweglicher Formeinsatz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugteil (12) den Einspritzkanal (12e) aufweist und als fester Formeinsatz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug (1) der Abstand (s) der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereichs (14) und der korrespondierenden Stirnfläche (12s) des zweiten Werkzeugteils (12) geringer als 50% der Dicke der bereitgestellten Dekorfolie (16) ist, vorzugsweise 20% bis 10% der Dicke ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s) im Bereich von 20 μm bis 50 μm ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine dem Spritzwerkzeug (1) zugeordnete Vorratsrolle aufweist, von der die als bandförmige Endlosfolie ausgebildete Dekorfolie abwickelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts hinter dem Spritzwerkzeug (1) eine Aufwickelrolle angeordnet ist, auf welche die Rest-Dekorfolie aufwickelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine dem Spritzwerkzeug (1) zugeordnete Folientransporteinrichtung aufweist, die mit der Dekorfolie (16) und/oder der Aufwickelrolle zusammenwirkt bzw. zusammenwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Folientransporteinrichtung und/oder die Aufwickelrolle als mit optischen Markierungen und/oder mechanischen Markierungen zusammenwirkende Einrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzwerkzeug eine Mehrzahl von Formeinsätzen in dem ersten Werkzeugteil (11) und in dem zweiten Werkzeugteil (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den mehreren Formeinsätzen im ersten Werkzeugteil (11) jeweils korrespondierende Formeinsätze im zweiten Werkzeugteil (12) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Formeinsätze in jedem Werkzeugteil (11, 12) in einer Matrix angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der mehreren Formeinsätze so ausgebildet ist bzw. sind, dass darin ein oder mehrere Prüfteile herstellbar sind.
In-Mould-Decoration-Verfahren unter Einsatz einer Vorrichtung, vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Spritzwerkzeug (1) aufweist, umfassend ein erstes Werkzeugteil (11) mit einer ersten Formausnehmung (13) und ein zweites Werkzeugteil (12), wobei das erste oder das zweite Werkzeugteil (11, 12) einen Einspritzkanal (12e) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte zyklisch durchlaufen werden: a) Bereitstellen eines Abschnitts der Dekorfolie (16) auf dem ersten Werkzeugteil (11) oder auf dem zweiten Werkzeugteil (12) derart, dass bei geschlossenem Spritzwerkzeug (1) die Dekorfolie (16) auf einer Stirnfläche (14s) des die erste Formausnehmung (13) begrenzenden erhabenen, die Formausnehmung (13) umgebenden Randbereichs (14) aufliegt; b) Schließen des Spritzwerkzeugs (1) soweit, dass im Bereich der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereichs (14) zwischen dem ersten Werkzeugteil (11) und dem zweiten Werkzeugteil (12) ein Spalt zwischen der Stirnfläche (14s) des erhabenen Randbereiches (14) des ersten Werkzeugteils (11) und der korrespondierenden Stirnfläche (12s) des zweiten Werkzeugteils (12) zumindest über einen Teilbereich ausgebildet ist, und der Spalt durch die zwischengeschaltete im Bereich des Spalts gequetschte Dekorfolie abgedichtet wird; c) Einspritzen einer Kunststoffschmelze durch den Einspritzkanal (12e) in das Spritzwerkzeug (1), wobei die Dekorfolie (16) in dem von dem erhabenen Randbereich (14) umschlossenen Bereich mit der Kunststoffschmelze hinterspritzt wird ohne Durchtritt von Kunststoffschmelze durch den abgedichteten Spalt, so dass ein dekoriertes Kunststoffteil ausgebildet wird; d) Öffnen des Spritzwerkzeugs (1) durch relativ voneinander Wegbewegen des ersten und des zweiten Werkzeugteils (11, 12) und Entnehmen des dekorierten Kunststoffteils aus dem Spritzwerkzeug (1); e) Entfernen des Restabschnitts der Dekorfolie (16) und Bereitstellen eines weiteren Abschnitts der Dekorfolie (16).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Dekorfolie (16) durch Quetschen und/oder Schneiden beim Zusammenwirken des erhabenen Randbereichs (14) der Formausnehmung (13) des ersten Werkzeugteils (11) mit der korrespondierenden Stirnfläche (12s) des zweiten Werkzeugteils (12) zunächst teilweise durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Quetschen und/oder Durchtrennen der Dekorfolie (16) in Schritt b) die Dekorfolie auf weniger als 50% ihrer Dicke, vorzugsweise auf 20% bis 10% ihrer Dicke zusammengepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erhabene Randbereich (14) des ersten Werkzeugteils (11) zumindest bereichsweise als Stanzkante ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Dekorfolie (16) so angeordnet wird, dass ihr Dekor der in Schritt c) eingespritzten Kunststoffschmelze abgewandt ist.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Dekorfolie (16) eine Laminierfolie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Laminierfolie ein Gewirk aus Naturfasern und/oder Kunststofffasern und/oder Papier verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierfolie eine Dehnbarkeit im Bereich von 12% bis 20% aufweist, vorzugsweise im Bereich von 15% bis 20%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierfolie eine Dicke im Bereich von 20 μm bis 500 μm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise und/oder bereichsweise transparente oder transluzente Kunststoffschmelze eingesetzt wird.