DE102004040961A1

DE102004040961A1 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formteiles, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Formteil

Info

Publication number: DE102004040961A1
Application number: DE102004040961A
Authority: DE
Inventors: Gerhard BÄR; Theo Dr. Doll
Original assignee: ART PLASTICS GmbH
Current assignee: ART PLASTICS GmbH
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Kunststoffformteilen sind bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein Verbundflächengebilde aus einem Designflächengebilde und einem tiefziehfähigen Schutzflächengebilde stoffschlüssig auf ein ebenes Trägergebilde aufgebracht und die so gebildete Verbundeinheit wird zu einem Verbundformteil tiefgezogen. DOLLAR A Einsatz für Gebrauchsgegenstände aller Art.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formteiles sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein nach dem Verfahren hergestelltes Formteil.

Es ist allgemein bekannt, Gebrauchsgegenstände aller Art aus einem Kunststoffmaterial tiefzuziehen und im tiefgezogenen Zustand mit Designmotiven zu versehen. Die Designmotive können auf selbstklebende Folien aufgedruckt sein, die zugeschnitten und auf das tiefgezogene Kunststoff-Formteil aufgebracht werden.

Es ist insbesondere aus dem Bereich von Verkleidungsteilen für Fahrzeuginnenräume bereits bekannt, tiefziehfähige Folien mit einem Design, insbesondere einem Dekor oder einer Strukturierung, zu versehen und diese Folien tiefzuziehen. Im tiefgezogenen Zustand werden die Folien mit einem Trägermaterial hinterspritzt, wobei durch das Trägermaterial insbesondere die Formstabilität der tiefgezogenen Folie und damit die Formbeständigkeit des Formteiles gewährleistet wird. Dieses Herstellungsverfahren wird auch als Insert-Molding bezeichnet.

Schließlich ist es aus dem Bereich der bildenden Kunst bekannt, Recyclingmaterial zu offenporigen Recyclingplatten zu verpressen und auf eine tiefziehfähige Trägerplatte aufzulaminieren, und anschließend die so gebildete Verbundplatte zu Einrichtungsgegenständen oder Kunstgegenständen tiefzuziehen. Jeder Gegenstand ist ein Unikat, der von Hand gefertigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Formteil der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine industrielle Fertigung designerisch gestalteter Formteile ermöglichen und einen hohen Gebrauchswert besitzen.

Für das Verfahren wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird zunächst ein ebenes, tiefziehfähiges Trägergebilde aus Kunststoff hergestellt. Zudem werden ein Designflächengebilde und ein tiefziehfähiges Schutzflächengebilde zu einem ebenen Verbundflächengebilde stoffschlüssig zusammengeführt, das so gebildete, ebene Verbundflächengebilde wird stoffschlüssig auf das ebene Trägergebilde aufgebracht und anschließend wird die gebildete Verbundeinheit aus Verbundflächengebilde und Trägergebilde zu dem Formteil tiefgezogen. Dadurch, dass das Designflächengebilde von einem tiefziehfähigen Schutzflächengebilde überdeckt wird, unterliegt das Designflächengebilde im fertigen Gebrauchszustand des Formteiles keinen Verschleiß- oder Abnutzungserscheinungen. Zudem bildet das Schutzflächengebilde bei dem fertiggestellten Formteil die Oberfläche. Da das Schutzflächengebilde glatt und verschleißfest ausgeführt ist, ist die Oberfläche des Formteiles in jedem Falle wasserfest, abwaschbar und je nach Materialwahl resistent gegenüber säure- oder laugehaltigen Flüssigkeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur industriellen Ferti gung von Formteilen aller Art geeignet, die in geringen oder hohen Stückzahlen in unterschiedlichen Bereichen für den täglichen Gebrauch oder für andere Einsatzzwecke verwendet werden. Derartige Formteile können insbesondere als Möbeleinrichtungsteile von Wohn-, Bad-, Küchen- oder Büroeinrichtungen, oder auch als Verkleidungsteile im Automobilbereich, insbesondere für Fahrzeuginnenräume, als Gehäuse für Funktionseinheiten aller Art, als Spielzeugteile oder in anderer Art und Weise eingesetzt werden. Einsatzmöglichkeiten sind insbesondere in den Bereichen gegeben, in denen es auf optische und designerische Gestaltung von Oberflächen und Teilen ankommt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, Designflächengebilde, die für sich gesehen nicht oder nur eingeschränkt tiefziehfähig wären, mit dieser erfindungsgemäßen Lösung zu einem gewünschten Formteil innerhalb der Verbundenheit tiefgezogen werden können.

In Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Verbundeinheiten in einem gemeinsamen Tiefziehprozess zu einem zweischaligen Formteil, das mit wenigstens einem Hohlraum versehen ist, tiefgezogen und stoffschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise erfolgt das gemeinsame Tiefziehen in einem sogenannten Twin-Sheet-Prozess, bei dem die beiden Verbundeinheiten in einem gemeinsamen Werkzeug tiefgezogen und gleichzeitig an ihren Berührungsstellen miteinander verschweißt werden. Hierdurch sind komplexe Hohlkörper, doppelwandige Formteile und ähnliches herstellbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen das Designflächengebilde und/oder das Schutzflächengebilde eine Stärke zwischen 0,1 mm und 10mm auf. Die Flächengebilde können somit flexible Folien oder auch zumindest weitgehend formstabile Platten oder Bahnen bilden. Die Stär ke der Flächengebilde wird abhängig vom jeweiligen Einsatzzweck gewählt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägergebilde eine Dicke zwischen 1 mm und 15mm auf. Die Auswahl der geeigneten Dicke wird durch den jeweiligen Einsatzzweck bestimmt. In jedem Falle muss die Tiefziehfähigkeit des Trägergebildes gewährleistet sein.

Vorzugsweise ist das Trägergebilde durch einen PET-Kunststoff gebildet. Das Designflächengebilde und das Schutzflächengebilde können durch eine PE-Folie oder eine PET-Folie gebildet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das stoffschlüssige Verbinden durch Koextrudieren oder durch Laminieren. Das Koextrudieren erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess, so dass eine endlose Verbundflächengebildebahn geschaffen werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden das Trägergebilde und das Schutzflächengebilde jeweils durch Extrusion hergestellt. Da sowohl das Trägergebilde als auch das Schutzflächengebilde tiefziehfähig sind, ist durch die Extrusion eine besonders wirtschaftliche Herstellung insbesondere für hohe Stückzahlen ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Designflächengebilde als Folie extrudiert und mit Druckmotiven versehen. In weiterer Ausgestaltung wird die Designfolie im Endlosverfahren hergestellt und kontinuierlich mit digital hergestellten Druckmotiven versehen. Je nach Programmierung einer entsprechenden Druckerzeugungseinheit sind individuelle, nicht wiederkehrende Designmuster auf die Folie aufbringbar. Das Aufbringen erfolgt vorzugsweise durch Laserdruck.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Designflächengebilde formstabil aus Recyclingmaterial hergestellt. Das Recyclingmaterial wird vorzugsweise zu einer Recyclingplatte gepresst, wobei je nach Art des Recyclingmaterials zusätzlich beim Pressen eine Hitzebeaufschlagung erfolgen kann.

Für die Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 12 gelöst. Die Vorrichtung weist einen Extruder zur Herstellung des Schutzflächengebildes sowie einen Extruder zur Herstellung des Trägergebildes auf. Der Extruder zur Herstellung des Schutzflächengebildes kann Teil einer Koextrusionsstation sein, falls gleichzeitig mit der Extrusion des Schutzflächengebildes auch das Designflächengebilde extrudiert wird. Falls das Schutzflächengebilde mit dem Designflächengebilde durch Laminieren verbunden wird, ist eine entsprechende Laminatstation vorgesehen. Zudem ist eine weitere Laminatstation, die als Laminatverbundstation bezeichnet ist, vorgesehen, an der das Trägergebilde mit dem Verbund aus Schutzflächen- und Designflächengebilde verbunden wird. Schließlich ist eine Tiefziehstation vorgesehen, an der die Verbundeinheit aus Träger-, Schutzflächen- und Designflächengebilde zu einem Verbundformteil tiefgezogen wird. Die Vorrichtung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten.

Bei einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung sind Fördermittel zum kontinuierlichen Transportieren der verschiedenen Gebilde zu der jeweils nächsten Station vorgesehen. Hier ist eine zumindest weitgehende Automation des Herstellprozesses erreichbar.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
2 in einem schematischen Blockschaubild ein weiteres Herstellungsverfahren ähnlich 1,
3 schematisch in einem Blockschaubild einen Herstellungsprozess ähnlich den 1 und 2,
4a bis 4d jeweils in schematischer Explosionsdarstellung Querschnitte unterschiedlicher Verbundformteile, die nach einem der Herstellungsprozesse gemäß den 1 und 3 hergestellt sind und
5a bis 5i verschiedene Verbundformteile, die mit einem der Herstellungsprozesse nach den 1 bis 3 herstellbar sind.
Anhand der 1 ist erkennbar, wie aus einem Trägergebilde 1, einem Designflächengebilde 2 und einem Schutzflächengebilde 3 ein dreidimensional gestaltetes Verbundformteil 8, vorliegend in Form einer Schale, hergestellt wird. Das Trägergebilde 1 besteht aus einem tiefziehfähigen Kunststoffmaterial und ist vorzugsweise in Plattenstärke ausgeführt. Das Designflächengebilde 2 stellt ein designerisch gestaltetes Flächengebilde dar, wobei die designerische Gestaltung in unterschiedlicher Art und Weise vorgesehen sein kann. Falls das Designflächengebilde 2 in Folienstärke ausgeführt ist, sind die Designmotive und Gestaltungen wie Bilder, Schriftzüge und ähnliches vorzugsweise auf eine geeignete Folie aufgedruckt. Alternativ kann das Designflächengebilde auch in Plattenstärke ausgeführt und insbesondere durch Verpressen von Recyclingmaterial wie insbesondere Kunststoffverpackungen aller Art hergestellt sein. Das Schutzflächengebilde 3 weist Folienstärke auf und stellt ein tiefziehfähiges Flächengebilde aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie insbesondere PE dar. Das Schutzflächengebilde 3 stellt zum einen eine Schutzschicht für das empfindliche Designflächengebilde 2 dar. Zum anderen schafft das Schutzflächengebilde 3 insbesondere bei einer Folienausführung des Designflächengebildes 2 die Möglichkeit, eine aus Designflächengebilde 2 und Schutzflächengebilde 3 gebildete Verbundfolie tiefzuziehen. Denn das in Folienausführung gestaltete Designflächengebilde besteht aus einem Kunststoffmaterial wie insbesondere PET, das für Bedruckvorgänge, nicht aber für Tiefziehvorgänge geeignet ist. Falls das Designflächengebilde 2 als Recyclingplatte ausgeführt ist, dient das Schutzflächengebilde 3 vor allem dazu, eine durchgängig glattflächige Oberfläche für die Recyclingplatte nach einem entsprechenden Tiefziehprozess gemeinsam mit dem Trägergebilde 1 zu erzielen, die insbesondere wasserfest und damit abwaschbar gestaltet ist. Ohne eine entsprechende Schutzschicht wird das Recyclingmaterial aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte der verschiedenen, verpressten Kunststoffmaterialien offenporig verbleiben und so das Festsetzen von Schmutzpartikeln, von Mikroorganismen und ähnlichem ermöglichen. Eine hygienische Reinigung wäre ohne ein entsprechendes Schutzflächengebilde nicht möglich bei einer derartigen, tiefgezogenen Recyclingplatte.
Die einzelnen Gebilde 1, 2, 3 werden nun – je nach spezieller Ausführung – in Laminat- oder Koextrusionsstationen 5, 6 stoffschlüssig und flächig miteinander verbunden und bilden so eine ebene, platten- oder bahnartige Verbundeinheit 4, die in einer Tiefziehstation 7 zu dem Verbundformteil 8 tiefgezogen werden kann. Das Trägergebilde 1 ist bei der Ausführungsform nach 1 in Plattenstärke ausgeführt und vorzugsweise aus Polyethylen (PE) hergestellt.
Falls das Designflächengebilde 2 und das Schutzflächengebilde 3 jeweils als Folienausführung vorgesehen sind, ist es möglich, die beiden Folien in einer Koextrusionsstation gemeinsam zu extrudieren und gleichzeitig durch den Koextrusionsvorgang die stoffschlüssige und flächige Verbindung zu einer entsprechenden Verbundfolie zu schaffen. Falls das Designflächengebilde 2 in Plattenstärke ausgeführt ist, wird das Schutzflächengebilde 3 vorzugsweise in einer entsprechenden Laminatstation auflaminiert. In einem anschließenden Laminiervorgang wird in einer Laminatverbundstation das Verbundflächengebilde aus Designflächengebilde 2 und Schutzflächengebilde 3 auf das Trägergebilde 1 auflaminiert, wodurch sich die Verbundeinheit 4 ergibt.
Die Ausführungsform gemäß 2 entspricht im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit dem Unterschied, dass hier das Trägergebilde 1 auf beiden Seiten mit jeweils einem Verbundgebilde aus Designflächengebilde 2 und Schutzflächengebilde 3 versehen wird. Hierdurch ergibt sich eine Verbundeinheit 4a mit einem entsprechend doppelseitigen, symmetrischen Aufbau von Designflächengebilde 2 und Schutzflächengebilde 3 beidseitig des Trägergebildes 1. Diese doppelseitig belegte Verbundeinheit 4a wird in einer Tiefziehstation 7a tiefgezogen. Hierdurch ergibt sich das Verbundformteil 8.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Verbundeinheiten 4 gemäß 1 hergestellt, die anschließend gemeinsam in einer Tiefziehstation tiefgezogen werden, die als Twin-Sheet-Ausführung gestaltet ist. Hier werden die beiden Verbundeinheiten 4 in einem einzigen Arbeitsprozess zu unterschiedlichen Schalenformen tiefgezogen und an ihren Berührungsstellen miteinander verschweißt. Hierdurch sind Hohlkörper oder anders gestaltete komplexe Bauteile herstellbar. Insbesondere sind doppelwandige Verbundformteile herstellbar. Derartige Twin-Sheet-Prozesse sind für einfache Kunststoffmaterialen grundsätzlich bekannt. Vorliegend wird dieser bekannte Twin-Sheet-Prozess für das Tiefziehen der Verbundeinheiten 4 eingesetzt.
Bei einem zweischaligen Aufbau eines Verbundformteiles, bei dem insbesondere in einem Twin-Sheet-Prozess wenigstens ein Hohlraum zwischen den beiden Formschalen gebildet wird, ist dieser wenigstens eine Hohlraum flüssigkeits- und luftdicht geschlossen.
Bei der Ausführungsform nach 3 ist für die Herstellung eines Schutzflächengebildes 3a in Folienform ein Extruder 9 und für die Herstellung eines Designflächengebildes 2a ein weiterer Extruder 10 vorgesehen, wobei die beiden Extruder 9, 10 integraler Teil einer nicht näher bezeichneten Koextrusionsstation sind. Dadurch werden die Schutzfolie 3a und die Designfolie 2a koextrudiert und somit bereits bei ihrer Herstellung zwangsläufig stoffschlüssig miteinander flächig verbunden. In einem weiteren Extruder 11 wird das Trägergebilde 1a hergestellt. Die Verbundfolie 2a, 3a und das Trägergebilde 1a laufen in eine Laminatstation 12 ein, in der die Verbundfolie 2a, 3a auf das Trägergebilde 1a auflaminiert wird. Das Schutzflächengebilde, vorliegend die Schutzfolie 3a, bildet die Oberfläche des Trägergebildes 1a. Die so gebildete Verbundeinheit aus Trägergebilde 1a und auflaminierter Verbundfolie 2a, 3a wird zu einer Tiefziehstation 13 gefördert, in der das entsprechende Verbundformteil 8b hergestellt wird. Kontinuierlich oder diskontinuierlich können so eine Vielzahl gleicher Verbundformteile 8b hergestellt werden, die je nach Ausführung der Designfolie 2a gleiche oder unterschiedliche Designgestaltungen aufweisen können. Vorzugsweise ist das Schutzflächengebilde 3, 3a transparent gestaltet, um die entsprechende Designausführung des Designflächengebildes 2, 2a an der Verbundeinheit und an dem fertiggestellten Verbundformteil 8a, 8b erkennen zu können.
Anhand der 4a bis 4d sind explosionsartig Querschnitte entsprechender Verbundeinheiten 4, 4a erkennbar. Gemäß der Ausführungsform nach 4a wird die Verbundeinheit zum einen durch ein in Plattenstärke ausgeführtes Trägergebilde 1a und zum anderen durch eine auflaminierte Verbundfolie 2a, 3a gebildet. Diese Ausführungsform ent spricht dem Herstellungsprozess gemäß 3. Die Verbundeinheit nach 4b entspricht grundsätzlich dem Aufbau nach den 3 und 4a mit dem Unterschied, dass hier auf beiden Seiten des Trägergebildes 1a jeweils eine Verbundfolie 2a, 3a aufgebracht ist.
Die in 4c dargestellte Ausführungsform einer Verbundeinheit entspricht der Verbundeinheit 4 gemäß 1 und die Explosionsdarstellung nach 4d der Verbundeinheit 4a gemäß 2.
Mit den beschriebenen Herstellungsprozessen sind unterschiedliche Arten von Verbundformteilen herstellbar. Lediglich beispielhaft wird anhand der 5a bis 5i eine Auswahl entsprechender Formteile F₁ bis F₁₀ gezeigt. Dabei sind in 5a ein Spielfahrzeug, in 5b bis 5d entsprechende Möbelstücke aus Kunststoffmaterialien und anhand der 5e bis 5i verschiedene Arten von Behältnissen für unterschiedliche Einsatzzwecke gezeigt. Die entsprechenden Formteile F6, F9 und F10 können insbesondere als Waschbecken- oder Badewannenausführungen gestaltet sein. Je nach Dimensionierung können die Behältnisse gemäß den 5e bis 5i als Speisen- oder Getränkebehälter wie Becher, Schalen, Teller und ähnliches ausgeführt sein. Der Formengestaltung sind durch die erfindungsgemäßen Herstellungsprozesse nahezu keine Grenzen gesetzt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formteiles (8, 8a; F1 bis F10) wobei ein ebenes, tiefziehfähiges Trägergebilde (1, 1a) aus Kunststoff hergestellt wird, wobei ein Designflächengebilde (2, 2a) und ein tiefziehfähiges Schutzflächengebilde (3, 3a), jeweils insbesondere ebenfalls aus Kunststoffmaterialien, zu einem ebenen Verbundflächengebilde stoffschlüssig zusammengeführt werden, und wobei das ebene Verbundflächengebilde stoffschlüssig auf das ebene Trägergebilde (1, 1a) aufgebracht und wobei anschließend die stoffschlüssige Verbundeinheit (4, 4a) aus Verbundflächengebilde und Trägergebilde (1, 1a) zu dem Formteil (8, 8a, 8b; F1 bis F10) tiefgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verbundeinheiten (4, 4a) in einem gemeinsamen Tiefziehprozess zu einem zweischaligen Formteil, das mit wenigstens einem Hohlraum versehen ist, tiefgezogen und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Designflächengebilde (2, 2a) und/oder das Schutzflächengebilde (3, 3a) eine Stärke zwischen 0,1 mm und 10mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergebilde (1, 1a) eine Dicke zwischen 1 mm und 15mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden durch Koextrudieren oder durch Laminieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergebilde (1, 1a) und das Schutzflächengebilde (3, 3a) jeweils durch Extrusion hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Designflächengebilde (2, 2a) als Folie extrudiert und mit Druckmotiven versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Designfolie im Endlosverfahren hergestellt und kontinuierlich mit digital hergestellten Druckmotiven versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Designflächengebilde in Plattenstärke aus Recyclingmaterial hergestellt ist.
Verbundformteil, das aus wenigstens einer gemäß einem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche tiefgezogenen Verbundeinheit (4, 4a) hergestellt ist.
Verbundformteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil als Gebrauchsgegenstand, als Verkleidungsteil insbesondere für einen Fahrzeuginnenraum, als Gehäuse einer Funktionseinheit, als Spielzeug, als Möbelstück oder als Behältnis für unterschiedliche Funktionszwecke gestaltet ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, mit wenigstens einem Extruder (9) zur Herstellung des Schutzflächengebildes (3a), wenigstens einem weiteren Extruder (11) zur Herstellung des Trägergebildes (1a) sowie mit einer Laminat- oder Koextrusionsstation (5, 6) zur Verbindung des Schutzflächengebildes (3, 3a) mit einem Designflächengebilde (2, 2a), und mit einer Laminatverbundstation (12), an der das Trägergebilde (1a) mit dem Verbund aus Schutz- und Designflächengebilde verbunden wird, sowie mit einer Tiefziehstation (7, 7a, 13) an der die Verbundeinheit (4, 4a) aus Träger-, Schutzflächen- und Designflächengebilde zu einem Verbundformteil (8, 8a, 8b; F1 bis F10) tiefgezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Fördermittel zum kontinuierlichen Transportieren der verschiedenen Gebilde zu der jeweils nächsten Station vorgesehen sind.