DE10110908A1 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbundteils und Werkzeug - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundteiles im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren in einem Werkzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Formnest umfasst die Schritte: Herstellen eines Trägerelementes durch ein Einspritzen eines ersten Werkstoffes in das erste Formnest, wobei das Werkzeug geschlossen ist; Herstellen einer Dekorschicht durch ein Einspritzen eines zweiten Werkstoffes in das zweite Formnest bei geschlossenem Werkzeug, in dem sich ein im vorherigen Arbeitsschritt gefertigtes Trägerelement befindet, wobei der zweite Werkstoff ein Treibmittel enthält und ein Thermoplast ist; Öffnen des Werkzeuges und Entnehmen des fertigen Verbundteils aus dem zweiten Formnest und Transferieren des Trägerelementes vom ersten Formnest in das zweite Formnest.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Verbundteils, wie es beispielsweise bei der Innenausstattung von Fahrzeugen, Flugzeugen oder ähnlichem Anwendung findet. Im Bereich von Automobilen werden derartige Formteile z. B. für Türverkleidungen, Armaturenbretter, Deckel, Ablagen und Griffe verwendet.

Die Formteile, die herkömmlicherweise aus einem Trägerteil, einer Schaumschicht und einer sichtbaren Dekorschicht aufgebaut sind, werden seit mehreren Jahren verwendet und dienen einerseits dazu, einen optisch ansprechenden Abschluss der Tür oder eines anderen zu verkleidenden Teils zum Fahrzeuginnenraum zu bilden und andererseits eine ansprechende Unterbringung der Bedienelemente der im Fahrzeug vorhandenen Geräte zu ermöglichen. Die Verwendung von Schaummaterialien zwischen dem Trägerelement und der Dekorschicht gestattet es dabei einerseits, eine angenehme Haptik zu verwirklichen, andererseits leistet die Schaumschicht einen Beitrag zur Sicherheit der Fahrgastzelle aufgrund ihrer nachgiebigen Eigenschaften.

Stand der Technik

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines solchen Formteiles wird gewöhnlicherweise ein Trägerelement im Spritzgießverfahren hergestellt, wozu ein Spritzgießwerkzeug und eine Spritzgießmaschine erforderlich sind. Anschließend wird der Träger in ein Schäumwerkzeug eingelegt und eine Schaumschicht mit Hilfe von reaktiven Polymeren aufgebracht. Dazu sind ein Schäumwerkzeug und eine Schäumanlage erforderlich, die oftmals auch räumlich getrennt von der Spritzgießmaschine angebracht sind, so dass eine Zwischenlagerung der Teile häufig unumgänglich ist. Schließlich wird das Trägerelement mit der aufgebrachten Schaumschicht mit Dekormaterial kaschiert. Dies kann entweder von Hand oder durch entsprechende Anlagen geschehen. Wiederum kann es erforderlich sein, das Bauteil zwischen unterschiedlichen Maschienen zu transferieren und möglicherweise zwischenzulagern.

Aus der DE 198 22 113 C1 ist beispielsweise ein derartiges Verfahren zum Herstellen von Formteilen bekannt. Dabei wird ein formstabiles Trägerelement, das in einem separaten Fertigungsschritt hergestellt worden ist, in ein Schäumwerkzeug eingelegt, in das auch eine Dekorfolie eingebracht wird. In einem abschließenden Verbindungsschritt wird durch Einbringen von Schaummaterial zwischen das Trägerelement und die Dekorfolie ein mehrschichtiges Formteil erzeugt.

Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der DE 43 05 200 C2 bekannt. Dabei werden ein formstabiles Trägerteil und eine Kaschierfolie miteinander verbunden, indem zwischen sie eine Polsterschaumschicht in einem Schäumwerkzeug eingebracht wird. Zusätzlich wird bei dem Verfahren gemäß der DE 43 05 200 bereichsweise zwischen die Schaumschicht und die Kaschierfolie ein Insert eingebracht. Die Verbindung der einzelnen Elemente geschieht dadurch, dass expandierender Schaum im Schaumwerkzeug eingespritzt und dort ausgehärtet wird.

Schließlich ist aus der DE 40 24 274 A1 ein Herstellungsverfahren für ein Fahrzeugausstattungsteil bekannt, bei dem ein vorgefertigtes Trägerelement sowie eine Oberflächenfolie in jeweils eine Formhälfte des Formwerkzeuges eingelegt werden und, nach dem Schließen der Formhälften, zwischen diese beiden Schichten aufschäumbares Polypropylen eingebracht wird. Die Polypropylen- Polsterschicht wird unter Wärmeeinfluss und unter gleichzeitiger Druckeinwirkung ausgehärtet, wodurch die Verbindung zwischen den einzelnen Schichten gewährleistet wird.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Formteils ist aus der EP 05 36 670 B1 bekannt. Dabei wird eine mehrschichtige Dekorschicht auf eine Trägerschicht durch Verschmelzen der aneinandergrenzenden Flächen beider Schichten aufgebracht oder es wird eine Verbindung der Schichten durch Penetration geschmolzener Trägermasse in eine nicht geschmolzene angrenzende Fläche der Dekorschicht bewirkt. Die Dekorschicht ist vorzugsweise ein- bis dreilagig, wobei die äußere Lage beispielsweise aus einem textilen Material besteht. Die einzelnen Lagen der Dekorschicht sind durch Klebstoffe oder durch Verschweißen miteinander verbunden. Gegebenenfalls sind auch Materialien zur Verbesserung der Haptik, beispielsweise in Form von Polyurethanschäumen, innerhalb der Dekorschicht vorhanden, bevor diese mit dem Trägerelement verbunden wird. Die Verbindung der Trägerschicht und der Dekorschicht erfolgt beispielsweise gemäß einem Spritzgießprozess durch Hinterspritzen der Dekorschicht mit plastifiziertem Polyester in einem Spritzgießwerkzeug.

Ein ähnliches Verfahren zur Verbindung einer Dekorschicht, die wenigstens eine geschäumte Urethanschicht aufweist, mit einem Trägerelement ist aus der DE 100 20 528 A1 bekannt. Dabei wird die Dekorschicht mit der geschäumten Urethanschicht zwischen ein Paar von Formhälften gebracht. Anschließend wird geschmolzenes thermoplastisches Harz zwischen die Dekorschicht und die Formoberfläche einer der Formhälften eingespritzt, wodurch ein Träger erzeugt und eine Verbindung zwischen der vorab gefertigten Dekorschicht und dem Träger hergestellt wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils vorzuschlagen, bei dem ein Transfer des Werkstückes zwischen verschiedenen Werkzeugen und Maschinen entfällt. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug für das Herstellungsverfahren des Verbundteils vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Werkzeug zur Herstellung eines Verbundteils mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verbundteil dergestalt herzustellen, dass sowohl das Trägerelement als auch die geschäumte Schicht (Soft-Touch-Medium) durch einen Spritzgießvorgang in einem 2-Komponentenverfahren hergestellt und gleichzeitig miteinander verbunden werden. Dazu wird für die geschäumte Schicht ein thermoplastischer Werkstoff verwendet, der ein Treibmittel enthält. Bei einer Volumenvergrößerung des Formnestes, in das der das Treibmittel enthaltende Werkstoff eingespritzt ist, expandiert dieses Treibmittel und sorgt somit für eine Porenbildung im zweiten Werkstoff, der die Schaumschicht nach dem Aushärten bildet. Bei kleinen Fließwegen des zweiten Werkstoffs kann eine Freistellbewegung im entsprechenden Formnest und die damit verbundene Volumenvergrößerung des Formnestes entfallen. Die Struktur des Schaumes ist dabei unter anderem abhängig von der Größe der Volumenänderung im Formnest, in das der zu schäumende Werkstoff eingespritzt wird. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Anpassung der Haptik durch unterschiedliche Volumenvergrößerungen im zweiten Formnest möglich ist. Andere wichtige Faktoren, die die Porenbildung beeinflussen, sind beispielsweise die Kombination aus dem Treibmittel und dem thermoplastischen Werkstoff oder die im Formnest enthaltenen Mengen.

Als Treibmittel, das in den zweiten Werkstoff eingebracht ist, kommen sowohl chemische Treibmittel als auch physikalische Treibmittel in Betracht. Insbesondere vorteilhaft sind chemische Treibmittel in Granulat- oder Pulverform, die dem zweiten Werkstoff beigemischt werden. Der Zusatz von physikalischen Treibmitteln in gewöhnlicher Gasform ist schwieriger, jedoch ebenfalls anwendbar. Das Treibmittel ist an den Werkstoff, in dem es enthalten ist, also den Werkstoff, der das Soft-Touch-Medium bildet, hinsichtlich beispielsweise der Reaktivität angepasst, so dass nach Abkühlung des durch das Treibmittel expandierten Werkstoffes die gewünschte Schaumstruktur (Porengröße, Porenzahl pro Volumeneinheit) entsteht.

Durch die Verwendung eines Thermoplasts für den zweiten Werkstoff, der durch Einbringen des Treibmittels im fertigen Verbundteil das Soft-Touch-Medium bildet, das für die Haptik des Verbundteils verantwortlich ist, bietet sich die Möglichkeit, dass eine Aushärtung einzig durch Abkühlung des Werkstückes erfolgt, so dass dem Einbringen eines Expansionshubs zur Volumenausdehnung und zur Bildung der Schaumstruktur im Soft-Touch-Medium keine Anforderungen hinsichtlich Wärmeeinwirkung und/oder Druckaufbringung entgegenstehen. Insbesondere kann eine Druckaufbringung umgangen werden, die der Expansion des Treibmittels im thermoplastischen Werkstoff entgegenstehen würde. Beispielsweise kommen als Thermoplast TPE, Polyolefin/Elastormerblends sowie Copolymere in Frage. Für das Trägerelement sind prinzipiell alle Thermoplaste, die im Spritzgießverfahren verarbeitet werden können, einsetzbar.

Hinsichtlich des Werkzeuges zur Herstellung des Verbundteils liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, ein Spritzgießwerkzeug vorzusehen, das mindestens zwei Formnester mit jeweils mindestens einem Einspritzkanal umfasst. Dabei ist zumindest für dasjenige Formnest, in das der Werkstoff eingespritzt wird, der das Treibmittel enthält, und der später die gewünschte Haptik des Soft-Touch-Mediums erzielt, eine Einrichtung zum Erzeugen einer Freistellbewegung vorgesehen, die eine Volumenvergrößerung im zweiten Formnest ermöglicht, ohne das Werkzeug vollständig zu öffnen. Insbesondere ist die Freistellbewegung, beispielsweise als Verschiebebewegung einer Formhälfte relativ zu einer zweiten Formhälfte und/oder Verschiebebewegung eines beweglichen Einsatzes in mindestens einer der Formhälften realisiert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das Werkzeug ist es möglich, ein mehrschichtiges Formteil innerhalb eines Werkzeuges und mit einer einzigen Maschine zu fertigen, indem sowohl die Trägerschicht, die das Trägerelement bildet, als auch die geschäumte Schicht (Soft-Touch-Medium), die für die gewünschte Haptik sorgt, im Spritzgießverfahren hergestellt werden, wobei zwei verschiedene Komponenten verwendet werden. Die Aufschäumung des zweiten Werkstoffes geschieht dabei nicht wie bislang in einem separaten Schaumwerkzeug, sondern durch Ausführen einer Freistellbewegung, die für eine Volumenvergrößerung im entsprechenden Formnest sorgt. Durch die Volumenvergrößerung wird das im zweiten Werkstoff enthaltene Treibmittel dazu gebracht, zu expandieren und bildet somit eine Schaumstruktur im zweiten Werkstoff, die nach Aushärtung des Werkstoffs in ihm erhalten bleibt. Die Freistellbewegung oder der Öffnungshub ist abhängig von der gewünschten Schaumstruktur, den in den Formnestern vorhandenen Massen sowie dem verwendeten Treibmittel.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Werkstoff, mit dem das Trägerelement hergestellt wird, ein Thermoplast. Dies bietet den Vorteil, dass der Werkstoff durch Abkühlung aushärtet, so dass weder Druck noch Wärme zum Aushärten aufgebracht werden müssen.

Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt des Expandierens des Volumens des Formhohlraums des zweiten Formnestes nach dem Einspritzen des thermoplastischen Werkstoffes mit Treibmittel in das zweite Formnest, so dass die Expansion des Treibmittels zur Schaumstrukturbildung für das Soft-Touch-Medium durch die Volumenvergrößerung unterstützt wird. Insbesondere ist festzuhalten, dass nur bei extrem kurzen Fließwegen auf das Freistellen von zusätzlichem Hohlraum unter Beibehaltung des Aufbaus der gewünschten Schaumstruktur verzichtet werden kann. Andernfalls ist es nötig, eine solche Volumenvergrößerung des Formhohlraums des zweiten Formnestes herbeizuführen, wobei die Volumenvergrößerung, die meist durch Verschieben eines Bereichs des Spritzgießwerkzeuges geschieht, abhängig von der gewünschten Schaumstruktur, der im Formnest enthaltenen Massen sowie dem verwendeten Treibmittel ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt des Expandierens des Volumens des Formhohlraums des zweiten Formnestes nach dem Schritt des Einspritzens des zweiten Werkstoffes in das zweite Formnest ausgeführt, wobei beide Schritte vor dem Einspritzen des ersten Werkstoffes in das erste Formnest durchgeführt werden bzw. der erste Werkstoff in das erste Formnest eingespritzt wird, wenn das zweite Formnest im expandierten Zustand ist und der dort enthaltene Werkstoff durch Abkühlen aushärtet. Diese Verfahrensreihenfolge ist insbesondere vorteilhaft, da gewöhnlicherweise ein Thermoplast mit einem Treibmittel, der zuerst in das zweite Formnest eingespritzt wird, eine längere Trocknungs- und Aushärtzeit aufweist als der im Kompaktspritzgieß eingespritzte Thermoplast für das Trägerelement, der kein Treibmittel enthält. Somit kann durch diese Reihenfolge Zeit eingespart werden, da der längere Aushärtvorgang des Werkstoffs mit Treibmittel parallel zum Einspritzen und Aushärten des Werkstoffes mit kürzerer Aushärtzeit erfolgt. Es erfolgt kein Zeitverlust durch unnötige Wartezeiten.

Alternativ dazu ist es auch möglich, beide Werkstoffe in die Formnester zeitgleich oder nur geringfügig zeitlich versetzt zueinander einzuspritzen und anschließend im zweiten Formnest die Freistell- bzw. Öffnungsbewegung zur Volumenvergrößerung des zweiten Formnestes und zum Herstellen der Schaumstruktur im zweiten Werkstoff, der das Soft-Touch-Medium bildet, vorzunehmen. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, dass vor dem Transfer des Trägerelementes bzw. vor dem Öffnen des Werkzeuges auf die Aushärtung des länger aushärtenden Werkstoffes mit Treibmittel gewartet wird.

Vorteilhafterweise wird das Expandieren des Volumens des Formhohlraums des zweiten Formnestes dadurch bewirkt, dass ein im Formnest enthaltener beweglicher Einsatz relativ zu einem unbeweglichen Teil des Formnestes verschoben wird. Dadurch ist es möglich, das Spritzgießwerkzeug hinsichtlich seiner geschlossenen Position unverändert zu belassen, was sich insbesondere positiv auf das Durchführen des parallelen Spritzgießens im ersten Formnest auswirkt, da der Spritzgießvorgang im ersten Formnest durch die Freistellbewegung, die mit dem beweglichen Bereich innerhalb des zweiten Formnestes durchgeführt wird, nicht beeinträchtigt wird.

Alternativ dazu ist es möglich, dass die Spritzgießmaschine eine Werkzeugöffnungsbewegung ausführt, die jedoch nicht das gesamte Werkzeug öffnet, sondern nur das gewünschte Volumen freistellt, so dass sich die Schaumstruktur im zweiten, thermoplastischen Werkstoff ausbilden kann. Dies bedeutet, dass die Öffnungsbewegung von der Spritzgießmaschine selbst ausgeführt wird, die im Rahmen der gewöhnlichen Werkzeugöffnungs- und Schließbewegungen diese Bewegungen ebenfalls ausführt. Allerdings wird der Öffnungshub selbstverständlich auf das erforderliche Maß zum Freistellen des gewünschten Volumens zur Ausbildung der Schaumstruktur begrenzt. Insbesondere werden die einzelnen Formteile, beispielsweise zwei Formhälften, relativ zueinander verschoben. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, dass am Werkzeug keine beweglichen Elemente vorgesehen werden müssen, sondern der Werkzeugaufbau starr bleibt.

Schließlich sei erwähnt, dass selbstverständlich auch eine Kombination von beweglichen Werkzeugbereichen und einer gezielten Werkzeugöffnungsbewegung dazu verwendet werden kann, um das Volumen des Formhohlraums des zweiten Formnestes nach dem Einspritzen des zweiten Werkstoffes in das zweite Formnest zu expandieren.

Bevorzugterweise wird in das zweite Formnest vor dem Einspritzen des zweiten Werkstoffes mit Treibmittel ein Dekormaterial eingelegt, das den sichtbaren Abschluss des Verbundteils, beispielsweise im Fahrzeug, bildet. Dieses Dekormaterial ist z. B. eine Leder-, Folien- oder Stoffschicht, wobei das Dekormaterial an sich selbstverständlich wiederum einschichtig oder auch aus mehreren Lagen aufgebaut sein kann. In diesem Fall wird der das Treibmittel enthaltende Werkstoff zwischen das Dekormaterial und das Trägerelement eingespritzt und durch Volumenvergrößerung im Formnest expandiert. Das Dekormaterial kann dabei automatisch oder von Hand in das Formnest eingelegt werden. Ebenso ist es für das Verfahren unerheblich, wie das Trägerelement bzw. das Trägerelement und die Dekorschicht in den jeweiligen Kavitäten der Formnester angeordnet sind und von welcher Seite der zweite Werkstoff mit Treibmittel eingespritzt wird. Dies kann von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich sein und hängt beispielsweise von den Designanforderungen und dem Werkzeugkonzept ab.

Der Transfer des Trägerelementes kann bevorzugterweise von Hand, durch einen Automaten oder aber durch Bewegen von mindestens einem Werkzeugbestandteil erfolgen. Dies ist, je nach zu fertigenden Stückzahlen, Art der Anlage bzw. Form des Verbundteils wählbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

Fig. 1 bis 3 jeweils das erfindungsgemäße Werkzeug zur Herstellung eines Verbundteils im Zweikomponentenspritzgießverfahren in unterschiedlichen Verfahrensschritten zeigen; und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Werkzeuges ist, anhand derer der Schritt des Expandierens des Volumens des Formhohlraums des zweiten Formnestes erläutert wird.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Spritzgießwerkzeug 10, das zwei Werkzeughälften 11, 12 umfasst, wobei im in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschritt die Werkzeughälften und damit das gesamte Werkzeug geöffnet sind. Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, umfasst das Werkzeug 10 zwei Formnester 14, 16, von denen das Formnest 14 zur Herstellung eines Trägerelementes 15 und das Formnest 16 zur Herstellung des fertigen Verbundteils 17 verwendet wird.

Das fertige Verbundteil ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und umfasst neben dem Trägerelement 15 ein Soft-Touch-Medium 18 mit weicher oder weicherer Haptik 18 sowie ein Dekormaterial 19. Das Soft-Touch-Medium ist schwammartig, also beispielsweise ein Kunststoff mit Porenstruktur. Das Dekormaterial 19 muss nicht notwendigerweise auf jedem Verbundteil vorhanden sein, sondern stellt eine vorteilhafte Weiterbildung des Verbundteils dar, wobei das Aufbringen der Dekorschicht 19 auf das Verbundteil 17 in das Zwei- Komponenten-Spritzgießverfahren problemlos integriert werden kann, wie untenstehend erläutert wird.

Im in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschritt ist das Werkzeug 10 geöffnet, und das fertige Verbundteil 17 ist zur Entnahme bereit. Die Entnahme des Verbundteils 17 kann manuell oder durch Automaten, beispielsweise, erfolgen. Dieses Verbundteil 17 wird also aus dem zweiten Formnest 16 entnommen, so dass das Trägerelement 15, das sich in Fig. 1 noch im ersten Formnest 14 befindet, in das zweite Formnest 16 transferiert werden kann, um im nachfolgenden Spritzgießschritt die Grundlage für ein weiteres Verbundteil 17 zu bilden. Auch der Transfer des Trägerelements 15 zwischen dem ersten Formnest 14 und dem zweiten Formnest 16 kann manuell, durch einen Automaten oder aber durch ein bewegliches Element an den Formnestern selbst geschehen und seitlich parallel zur bzw. nach erfolgter Entnahme des Verbundteils 17 aus dem zweiten Formnest 16 erfolgen. Selbstverständlich ist zur Entnahme des fertigen und ausgehärteten Verbundteiles 17 sowie zum Transfer des Trägerelementes 15 vom ersten Formnest 14 in das zweite Formnest 16 das Werkzeug 10 zu jeder Zeit geöffnet.

In Fig. 2 ist, weiterhin bei offenem Formwerkzeug 10, die Situation dargestellt, in der das Verbundteil 17 aus dem zweiten Formnest 16 entnommen ist und das Trägerelement 15 vom ersten Formnest 14 in das zweite Formnest 16 transferiert ist. Das erste Formnest 14 ist somit leer. Im zweiten Formnest 16 befindet sich das Trägerelement 15. Ein Dekormaterial 19, beispielsweise eine Folie, Leder oder ein Textilmaterial wird in der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens in das zweite Formnest 16 vor dem Schließen des Werkzeuges 10 eingebracht. Anschließend wird das Werkzeug 10 geschlossen, wobei beide Werkzeughälften 11 und 12 aufeinander zu bewegt werden. Selbstverständlich können auch mehrteilige Werkzeuge verwendet werden. Die Öffnungs- bzw. Schließbewegungen sind dann entsprechend angepasst.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Formwerkzeug 10 geschlossen ist, indem beide Formhälften 11 und 12 gegeneinander zur Anlage gebracht sind, so dass auch die Formnester 14 und 16 geschlossen sind. In das Formnest 14, das nach dem Schließen des Formwerkzeuges 10 zunächst leer ist, wird ein erster Werkstoff eingespritzt, der ein neues Trägerelement 15 bildet. Dieses Trägerelement wird im Formwerkzeug 10 ausgehärtet, wobei vorteilhafterweise ein thermoplastischer Werkstoff zum Herstellen des Trägerelementes verwendet wird, da in diesem Fall ein Aufbringen von Wärme und/oder Druck zur Aushärtung nicht benötigt wird. Im zweiten Formnest 16 wird zwischen das Dekormaterial 19 und das im vorangegangenen Spritzgießschritt gefertigte Trägerelement 15 ein zweiter Werkstoff mit Treibmittel eingespritzt, der ein Thermoplast ist. Zusätzlich wird, außer im Fall, dass sehr kleine Fließwege vorliegen, ein Expansionshub durchgeführt, der eine Volumenvergrößerung des zweiten Formnestes 16 bewirkt, so dass sich das Treibmittel ausdehnen kann, das im zweiten Werkstoff enthalten ist und in dem zweiten Werkstoff eine Schaumstruktur 18 bilden kann, die anschließend ebenfalls ausgehärtet wird. Wie die Schaumstruktur im einzelnen gestaltet ist, hängt von dem verwendeten Treibmittel, dem Expansionshub sowie dem thermoplastischen Werkstoff, in dem das Treibmittel enthalten ist, und den Massen im zweiten Formhohlraum ab. Das Freistellen des zusätzlichen Hohlraums führt zur Ausbildung einer gleichmäßigen Schaumzellenverteilung im Soft-Touch-Medium, was wiederum Vorteile hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Haptik bietet. Die Freistellbewegung wird im einzelnen unter Bezug auf Fig. 4 erläutert.

Nach dem Aushärten des Trägerelementes 15 im ersten Formnest 14 sowie des zweiten Werkstoffes mit Treibmittel zur Bildung des Soft-Touch-Mediums im zweiten Formnest 16 wird das Werkzeug 10 wieder geöffnet, und das fertige Verbundteil 17 ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zur Entnahme bereit. Das Trägerelement 15 ist zum Transfer vom ersten Formnest in das zweite Formnest bereit, so dass der in Verbindung mit Fig. 1 bis 3 dargestellte und erläuterte Zyklus wiederholt werden kann.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Werkzeug, insbesondere einen Querschnitt durch das zweite Formnest 16 in einer Ausführungsform, in der ein beweglicher Einsatz im Formnest vorhanden ist, um eine Volumenexpansion des Formnestes ausführen zu können, ohne das Formnest als solches öffnen zu müssen.

Das Werkzeug umfasst wiederum im Wesentlichen zwei Werkzeughälften 11 und 12. In der dargestellten Ausführungsform ist in der in Fig. 4 unteren Werkzeughälfte 12 ein Einspritzkanal 20 vorgesehen, um den zweiten, thermoplastischen Werkstoff in das Formnest 16 zuzuführen. Fig. 4 zeigt das Werkzeug im geschlossenen Zustand.

Ein im vorangegangenen Spritzgießschritt im Kompaktspritzgießverfahren hergestelltes Trägerelement 15 liegt im Formnest 16. Der zweite, thermoplastische Werkstoff wird von der Seite, auf der dieses Trägerelement 15 im Formnest 16 liegt, zugeführt. Auf der anderen Seite des Formnestes, durch das der Gusshohlraum definiert wird, ist eine Folie 19 oder ein anderes Dekormaterial eingelegt, so dass es an dieser Fläche des Formnestes anliegt. Der bewegliche Einsatz 22, der im Formnest 16 vorhanden ist, ist dabei in der Position, die in Fig. 4 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist.

Nunmehr wird der zweite thermoplastische Werkstoff in den Hohlraum eingespritzt, insbesondere in den Bereich, der zwischen der Folie bzw. dem Dekormaterial 19 und dem Trägerelement 15 ist. Muss dieser Werkstoff nur kleine Fließwege zurücklegen, so ist ein nachfolgender Expansionshub nicht zwingend erforderlich. Anderenfalls ist es jedoch vorteilhaft, zur Ausbildung einer gleichmäßigen Schaumstruktur einen Expansionshub des beweglichen Einsatzes 22 im zweiten Formnest durchzuführen, wobei der Expansionshub in Fig. 4 schematisch durch die mit A bezeichneten Pfeile angegeben ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sich der bewegliche Einsatz 22 nach dem Expansionshub in der Position befindet, die mit Referenzziffer 22' bezeichnet ist und mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. Der im Formhohlraum enthaltene Werkstoff kann dabei durch das in ihm enthaltene Treibmittel, das ein physikalisches oder chemisches Treibmittel prinzipiell jeder Art sein kann, expandieren, so dass er das Volumen einnimmt, das durch die Verschiebebewegung des beweglichen Einsatzes 22 freigestellt wurde und um das der Hohlraum des Formnestes 16 vergrößert wurde, zusätzlich zu dem bereits unmittelbar nach dem Einspritzen eingenommenen Volumen. Dies ist auch die Gestalt, die das Soft-Touch-Medium nach dem Aushärten einnehmen soll und in der die Verbindung der Dekorschicht 19 mit dem Trägerelement 15 hergestellt wird. In Fig. 4 ist die Gestalt des Soft-Touch-Mediums 18 ebenfalls schematisch nach dem Expansionshub angegeben.

Eine solche Verschiebebewegung des Einsatzes 22 kann über jeden bekannten Verschiebemechanismus realisiert werden. Alternativ zu dem beweglichen Einsatz 22 ist es auch denkbar, den Expansionshub durch eine Teilöffnungsbewegung der Formhälften 11 und 12, zumindest im Bereich des Formnestes 16 durchzuführen. In diesem Fall führt die Spritzgießmaschine den Expansionshub aus, während das Formnest 16 weiterhin keine beweglichen Teile enthält. Dieser im Zusammenhang mit Fig. 4 erläuterte Expansionshub wird vorteilhafterweise durchgeführt, bevor in das erste Formnest 14 der Werkstoff für das Trägerelement 15 eingespritzt wird, da die Aushärtzeiten für Werkstoffe mit Treibmittel gewöhnlicherweise länger sind als Aushärtzeiten für Werkstoffe ohne Treibmittel, die für das Trägerelement 15 verwendet werden. Somit können die unterschiedlichen Aushärtzeiten optimal ausgenutzt werden.

In den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen ist die Dekorschicht 19 schematisch als einschichtige Schicht dargestellt. Selbstverständlich kann sie aus mehreren Lagen aufgebaut sein, von denen beispielsweise eine Leder, Folie oder Textilmaterial umfasst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten die Möglichkeit, ein mehrschichtiges Verbundteil in einer einzigen Spritzgießmaschine herzustellen, wobei ein Zweikomponenten-Spritzgießverfahren verwendet wird, bei dem eine der Komponenten ein Thermoplast mit einem darin enthaltenen Treibmittel ist. Dies ermöglicht es, dass das Verbundbauteil ohne Transfer zwischen unterschiedlichen Maschinen und damit verbundenen zusätzlichen Arbeitsschritten hergestellt wird, wodurch gleichzeitig der Werkzeug- und Maschinenbedarf verringert werden kann, sowie die Anforderungen an die Logistik, den Transport von einzelnen Bauteilen usw. geringer werden, was wiederum zu großen Einsparungen führt. Außerdem ist es möglich, da gewöhnlich geringere Drücke verwendet werden, wenn für das Schaummaterial ein Thermoplast zusammen mit einem Treibmittel verwendet wird, auch empfindliche Dekorschichten bereits im Spritzgießverfahren mit dem Trägerelement und dem Soft-Touch-Medium zu verbinden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils im 2K- Spritzgießverfahren in einem Werkzeug mit mindestens einem ersten und einem zweiten Formnest, umfassend die Schritte:

• a) Herstellen eines Trägerelements durch Einspritzen eines ersten Werkstoffs in das erste Formnest, wobei das Werkzeug geschlossen ist;
• b) Herstellen einer Dekorschicht durch Einspritzen eines zweiten Werkstoffs in das zweite Formnest, in dem sich ein im vorherigen Arbeitsschritt gefertigtes Trägerelement befindet, wobei der zweite Werkstoff ein Treibmittel enthält und ein Thermoplast ist und wobei das Werkzeug geschlossen ist;

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt:

• a) Expandieren Volumens des Formhohlraums des zweiten Formnests nach Schritt (b), so dass das im zweiten Werkstoff enthaltene Treibmittel expandiert;
• b) Öffnen des Werkzeugs und Entnehmen des fertigen Verbundteils aus dem zweiten Formnest und Transferieren des Trägerelements vom ersten in das zweite Formnest.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte in der Reihenfolge (b)-(c)-(a)-(d) durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte in der Reihenfolge (a)-(b)-(c)-(d) durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) ein beweglicher Einsatz im zweiten Formnest verschoben wird, um das Volumen des Formnests zu expandieren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) das Werkzeug eine Öffnungsbewegung zur Expansion des Volumen des Formnests ausführt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff ein Thermoplast ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) zusätzlich ein Dekormaterial in das zweite Formnest gelegt wird, bevor der zweite Werkstoff mit Treibmittel eingespritzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekormaterial Leder, Folie oder Stoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekormaterial von Hand oder durch einen Automaten in das zweite Formnest eingelegt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transfer des Trägerelements in Schritt (d) von Hand, durch einen Automaten oder durch Bewegen von mindestens einem Werkzeugbestandteil erfolgt.

12. Werkzeug zur Herstellung eines Verbundteils in 2K- Spritzgießverfahren, umfassend:

• - ein erstes Formnest mit mindestens einem Einspritzkanal zur Herstellung eines Trägerelements;
• - ein zweites Formnest mit mindestens einem Einspritzkanal zur Herstellung einer geschäumten Dekorschicht auf dem Trägerelement; und
• - eine Einrichtung zum Erzeugen einer vorab festgelegten Freistellbewegung zur Expansion des Volumens von mindestens dem zweiten Formnest;

13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Freistellbewegung einen verschiebbaren Einsatz in mindestens dem zweiten Formnest umfasst.

14. Werkzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Freistellbewegung eine Einrichtung zum Ausführen einer teilweisen Werkzeugöffnungsbewegung umfasst.