DE102011102180A1

DE102011102180A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen

Info

Publication number: DE102011102180A1
Application number: DE201110102180
Authority: DE
Inventors: Sven Stein
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-05-21
Filing date: 2011-05-21
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen mit einer ersten Werkzeughälfte (11), die eine erste Matrize (11a) aufweist, mit der eine erste Folie (11c) aufnehmbar ist und einer zweiten Werkzeughälfte (12), die eine zweite Matrize (12a) aufweist, mit der eine zweite Folie (12c) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (11, 12) Vakuumgalvanos sind, mit denen jeweils eine Folie (11c, 12c) an zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche (11b, 12b) der Matrize (11a, 12a) ansaugbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen mit einer ersten Werkzeughälfte, die eine erste Matrize aufweist, mit der eine erste Folie aufnehmbar ist und einer zweiten Werkzeughälfte, die eine zweite Matrize aufweist, mit der eine zweite Folie aufnehmbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen.
In der Kunststofftechnik besteht seit geraumer Zeit das Bemühen, mehrfarbige Kunststoffteile herzustellen. Insbesondere im Fahrzeugbau, beispielsweise im Bereich der Instrumententafel oder im Bereich der Innenverkleidung des Fahrgastraums ist das Bedürfnis nach zwei und mehrfarbigen Interieur-Kunststoffteilen allgegenwärtig. Zur Herstellung solcher Interieur-Kunststoffteilen bedient man sich zum einen des In-Mould-Coating-Polyurethan-Sprühverfahrens (IMC-PUR-Sprühverfahren) oder des sogenannten TPO-2-Verfahrens, bei dem Folien aus thermoplastischen Elastomeren auf Olefin-Basis eingesetzt werden. Beim erstgenannten Verfahren wird die Zweifarbigkeit der Bauteile über Lackierpistolen und Maskierungstechnologie umgesetzt, was zu einem teuren und zeitaufwändigen Verfahren führt. Beim TPO-2-Verfahren werden die Folien zweifarbig realisiert und anschließend thermoumgeformt. Dabei ist jedoch die geometrische Lage des Farbübergangs nur mit hohem Aufwand präzise realisierbar und kann bei bestimmten Bauteilen nicht eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch die Auszugsgrade der Folien begrenzt.
Der Auszugsgrad ist die Veränderung vom Ausgangszustand der Folie zum Zustand der Folie nach deren Umformung. Der Auszugsgrad wird bei der TPO2-Folie über die Veränderung der Narbung definiert. Die TPO2-Folie hat bereits im Ausgangszustand eine Narbe, die durch das Umformen „ausgezogen” wird. D. h., die Narbung verstreckt sich und wird flacher und verliert dadurch ihre Prägnanz. Es gibt hinsichtlich Prägnanz Grenzwerte, die nicht überschritten werden sollten. Bei der Narbung liegen diese bei ungefähr 150%. Der Auszugsgrad kann aber auch über die Foliendicke begrenzt werden. Dies bedeutet, dass wenn die Folie verstreckt wird, der Querschnitt abnimmt bis hin zum Einreissen. Bei einer nichtgenarbten Folie können deutlich höhere Auszugsgrade umgesetzt werden, da erst im verstreckten Zustand die Narbung durch das Werkzeug erzeugt wird. Dabei liegt der Grenzwert der Verstreckung bei ca. 400% und ausschlaggebend ist die restliche Foliendicke, die noch eine gewisse Mindestwandstärke beinhalten muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem auf besonders einfache Weise mehrfarbige Kunststoffbauteile realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen mit einer ersten Werkzeughälfte, die eine erste Matrize aufweist, mit der eine erste Folie aufnehmbar ist, und eine zweite Werkzeughälfte, die eine zweite Matrize aufweist, mit der eine zweite Folie aufnehmbar ist, vor. Darüber hinaus kann mindestens eine der Werkzeughälften als Vakuumgalvanos ausgebildet sein, mit dem die jeweilige Folie zumindest an einem Abschnitt einer Oberfläche der Matrize ansaugbar ist. Im Sinne der Erfindung ist die Matrize als eine Vertiefung in der Werkzeughälfte, beispielsweise als eine dreidimensionale Einbuchtung einer Formwerkzeughälfte, zu verstehen. Durch den Einsatz von Vakuumgalvanos, also zwei Galvanoschalen, die im Bereich der Farbtrennung des späteren Bauteils voneinander trennbar und beweglich sind, besteht die Möglichkeit, wenn diese Schalen in eine Position gefahren werden, in der sie voneinander getrennt sind, jede Schale mit einer Folie zu bestücken. Diese Folien unterscheiden sich farblich von einander.
Weiterhin können die Werkzeughälften relativ zueinander beweglich angeordnet sein und mindestens in eine erste vorbestimmte Position überführbar sein, in der die beiden Matrizen zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden. In anderen Worten, die zwei Matrizen bilden gemeinsam eine Hauptform bzw. eine Hauptmatrize, wenn sie sich in der ersten vorbestimmten Position befinden.
Weiterhin können die Werkzeughälften durch lineare Verschiebung, Schwenken und/oder Drehen in die erste vorbestimmte Position überführbar sein. Die Werkzeughälften können durch lineare translatorische Verschiebung, durch Schwenken und/oder durch eine Drehbewegung aus einer ersten vorbestimmten Position, in der sie zusammen eine Hauptmatrize ausbilden, in eine zweite vorbestimmte Position, in der sie voneinander getrennt sind, und umgekehrt, überführt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen mit den Schritten: Bereitstellung einer ersten Werkzeughälfte, die eine erste Matrize aufweist, wobei die Matrize eine Oberfläche umfasst, Ansaugen der ersten Folie an die Oberfläche der ersten Matrize, Bereitstellen einer zweiten Werkzeughälfte, die eine zweite Matrize aufweist, wobei die Matrize eine Oberfläche umfasst, Ansaugen der zweiten Folie an zumindest einen Abschnitt der Oberfläche der zweiten Matrize, Überführen der Werkzeughälften in eine erste vorbestimmte Position, in der die beiden Matrizen zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden und Hintersprühen der Folien mit einem schaumfähigen und/oder sprühfähigen Kunststoff. Weiterhin können hierzu als Werkzeughälften Vakuumgalvanos verwendet werden. Das Ansaugen der ersten Folie an die erste Matrize und der zweiten Folie an die zweite Matrize kann erfindungsgemäß auch gleichzeitig erfolgen.
Weiterhin kann vor und/oder bei dem Überführen der Werkzeughälften in die erste vorbestimmte Position, in der die beiden Matrizen zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden, Randbereiche der Folien beschnitten werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nachdem die Folien über Vakuum an die Oberfläche angesogen worden sind, die zwei Werkzeughälften zusammengefahren werden, wobei im Farbtrennungsbereich des späteren Bauteils die zwei einzelnen Folien eingeklemmt werden. Der Überstand der Folien wird entweder direkt über das Zusammenfahren abgeklemmt bzw. abgeschnitten oder über ein zusätzliches Schneidesystem, beispielsweise einem Ultraschallmesser, einem Laser, einem Wasserstrahl oder einer mechanischen Klinge beschnitten. Alternativ können die Überstände der Folien, die über die Werkzeughälften hinaus ragen, vor oder auch nach dem Zusammenfahren der Werkzeughälfte beschnitten werden.
Weiterhin können die Folien mit Hilfe eines Spannrahmens vorpositioniert werden, bevor sie mittels Unterdruck an die Oberfläche der Matrizen angesaugt werden.
Darüber hinaus können die Folien mittels mindestens einer Heizeinrichtung temperiert werden, bevor sie an die Oberfläche der Matrizen angesaugt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Werkzeughälften zum Überführen in die erste vorbestimmte Position linear verschoben, geschwenkt und/oder gedreht werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
Es zeigen in schematischer Darstellung
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Werkzeughälften sich in einer ersten vorbestimmten Position befinden,
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Werkzeughälften sich in einer zweiten, vorbestimmten Position befinden,
3 einen Verfahrensschritt, in dem Folien an die Werkzeughälften angesaugt werden,
4 einen Verfahrensschritt, in dem die Folien auf den Formwerkzeughälften aufliegen,
5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der sich die Werkzeughälften mit daran angeordneten Folien wieder in einer ersten vorbestimmten Position befinden, und
6 einen Verfahrensschritt, bei dem die Folien mit schäumbaren Kunststoff hintersprüht werden.
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren beschrieben werden.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen dargestellt, die eine erste Werkzeughälfte 11 und eine zweite Werkzeughälfte 12 umfasst. Die Werkzeughälfte 11 umfasst eine erste Matrize 11a und die zweite Werkzeughälfte 12 umfasst eine zweite Matrize 12a. Beide Werkzeughälften 11, 12 weisen Bohrungen 14 auf, die luftleitende Kanäle sind. Über die Kanäle kann ein Unterdruck, der in 1 unterhalb der Werkzeughälften 11, 12 angelegt wird, in einen Bereich der Kavitäten 11a, 11b geleitet werden. In 1 befinden sich die Werkzeughälften 11, 12 in einer ersten vorbestimmten Position, in der sie miteinander entlang einer Trennebene A-A in berührenden Kontakt stehen, so dass die Matrizen 11a, 12a die Hauptmatrize 13 ausbilden. Die Trennebene A-A zwischen den zwei Werkzeughälften 11, 12, die in den Figuren nur beispielhaft symmetrisch ausgebildet sind, liegt im Bereich des Farbübergangs des später zweifarbig ausgebildeten Kunststoffbauteils.
In einem ersten Verfahrensschritt werden die zwei Werkzeughälften 11, 12 aus ihrer in 1 dargestellten ersten Position in eine in 2 dargestellten zweite Position überführt. Dies kann durch eine lineare translatorische Verschiebebewegung, eine Schwenkbewegung und/oder eine Drehbewegung erfolgen. In 2 ist die Endposition einer Kombination aus einer Verschiebung und einer Schwenkbewegung dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt wird demnach die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgeklappt.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine erste Folie 11c oberhalb der ersten Werkzeughälfte 11 positioniert und eine zweite Folie 12c oberhalb der zweiten Werkzeughälfte 12 positioniert. Diese Folien sind Dünnfilmfolien und können über einen nicht dargestellten gemeinsamen Spannrahmen zugeführt werden.
Wahlweise können hierfür einzelne Spannrahmen verwendet werden, bei dem für jede Folie 11c bzw. 12c ein separater Spannrahmen zur Anwendung kommt oder ein Doppelspannrahmen benutzt werden. Als Folien 11c, 12c können insbesondere Dünnfilmfolien verwendet werden. Der zweite Verfahrensschritt ist in 3 dargestellt. Alternativ kann in diesem Verfahrensschritt jede Folie 11c, 12c über eine nicht dargestellte Heizeinrichtung erwärmt werden.
Es können folgende Folien verwendet werden: Als TPO2-Folie können genarbte TPO2-Folie mit einer Dicke von ca. 1,43 mm verwendet werden, die strahlenvernetzt sind. Als Dünnfilm-Folie können genarbte oder ungenarbte Folien aus Polypropylen, Thermoplastischen Polyurethan, Thermoplastischen Elastomer mit oder ohne Lackierung bzw. mit oder ohne Haftprimer verwendet werden. Die Foliendicke liegen zwischen 50 μm und 400 μm, bevorzugt zwischen 50 und 200 μm. Die Folieneinfärbung kann durch das Trägerstubstrat erfolgen, wobei wahlweise ein Lack als Schutz- Kratz- und/oder Haptikschicht aufgebracht wird. Gegebenenfalls kann der Lack auch als farbgebende Schicht ausführbar sein. Die Folien können auch mit Barriereschicht ausgelegt sein.
Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt ein Unterdruck bzw. ein Vakuum P_U angelegt, das durch die Bohrungen 14 hindurch wirkt und die Folien 11c, 12c an jeweils einen Abschnitt einer Oberfläche 11b, 12b ansaugt, wie in 4 dargestellt. Nachdem die Folien 11c, 12c an die Werkzeuge 11, 12 angesaugt wurden und mit diesen in berührenden Kontakt stehen, werden die Werkzeughälften aus ihrer zweiten vorbestimmten Position wieder zurück in ihre erste vorbestimmte Position überführt durch eine lineare, eine Schwenk- und/oder eine Drehbewegung. Dieser Zustand ist in 5 dargestellt. Im Bereich der Trennebene A-A kann dabei der nach unten weisende Überstand der einzelnen Folien 11c, 12c abgetrennt werden. Dies kann simultan während der Bewegung der Werkzeughälften oder sequentiell erfolgen, nachdem die Werkzeughälften in ihre erste, vorbestimmte Position überführt wurden. Das Abtrennen der Folien kann auch vor dem Zusammenfahren geschehen, wobei die Werkzeughälften in der in 4 dargestellten Position sind. Das Abschneiden bzw. Abklemmen der Folien erfolgt in einem für den Kunden, d. h. für den Fahrzeuginsassen, nicht sichtbaren Bereich.
Anschließend wird wie in 6 dargestellt, ein schäumbarer und/oder sprühbarer Kunststoff, beispielsweise ein Polyurethan, durch Hintersprühen aufgetragen. Dies geschieht vorzugsweise mit einem selbsttätig arbeitenden Aggregat 16, beispielsweise eines Roboterarms. Abschließend wird das fertige Bauteil, das eine erste Schicht aus ein- oder zweifarbigem Folienwerkstoff und eine zweite Schicht aus Polyurethan aufweist, aus der Vorrichtung entnommen. Zur Erleichterung der Entformung kann die Vorrichtung gegebenenfalls leicht geöffnet werden durch Auseinanderfahren der Werkzeughälften 11, 12. Abschließend werden die Werkzeughälften 11, 12 gereinigt von Folienresten bzw. Beschnitt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Interieurbauteile für Kraftfahrzeuge, beispielsweise Armaturenbretter, Türinnenverkleidungen, Mittelkonsolen, Hutablagen, Dachhimmelverkleidungen und/oder als Polsterüberzug für Fahrzeugsitze.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen, mit – einer ersten Werkzeughälfte (11), die eine erste Matrize (11a) aufweist, mit der eine erste Folie (11c) aufnehmbar ist und – einer zweiten Werkzeughälfte (12), die eine zweite Matrize (12a) aufweist, mit der eine zweite Folie (12c) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (11, 12) Vakuumgalvanos sind, mit denen jeweils eine Folie (11c, 12c) an zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche (11b, 12b) einer Matrize (11a, 12a) ansaugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (11, 12) relativ zueinander beweglich angeordnet sind und mindestens in eine erste vorbestimmte Position überführbar sind, in der beiden Matrizen (11a, 12a) zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize (13) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (11, 12) mittels linearer Verschiebung, Schwenken und/oder Drehen aus der ersten vorbestimmten Position in eine zweite vorbestimmte Position, in der sie voneinander getrennt sind, und umgekehrt, und umgekehrt überführbar sind.
Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen, mit den Schritten: – Bereitstellung einer ersten Werkzeughälfte (11), die eine erste Matrize (11a) aufweist, wobei die Matrize (11a) eine Oberfläche (11b) umfasst, – Ansaugen der ersten Folie (11c) an die Oberfläche (11b) der ersten Matrize (11a), – Bereitstellung einer zweiten Werkzeughälfte (12), die eine zweite Matrize (12a) aufweist, wobei die Matrize (12a) eine Oberfläche (12b) umfasst, – Ansaugen der zweiten Folie (12c) an die Oberfläche (12b) der zweiten Matrize (12a), – Überführen der Werkzeughälften (11, 12) in eine erste vorbestimmte Position, in der die beiden Matrizen (11a, 12a) zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize (13) bilden und – Hintersprühen der Folien (11c, 12c) mit einem schaumfähigen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeughälften (11, 12) Vakuumgalvanos verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, vor und/oder bei dem Überführen der Werkzeughälften (11, 12) mit daran angeordneten Folien (11c, 12c) in eine erste vorbestimmte Position, Randbereiche der Folien (11c, 12c) beschnitten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (11c, 12c) mit Hilfe eines Spannrahmens vorpositioniert werden, bevor sie mittels Unterdruck an die Oberfläche (11a, 12a) der Matrizen (11a, 12a) angesaugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (11c, 12c) mittels mindestens einer Heizeinrichtung temperiert werden, bevor sie an die Oberfläche (11b, 12b) der Matrizen (11a, 11b) angesaugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (11, 12) zum Überführen in die erste vorbestimmte Position linear verschoben, geschwenkt und/oder gedreht werden.