DE102004057579A1 - Plastic film and/or paint film thermoforming process for production of lining panels for motor vehicles involves local heating of film to be formed around very small radii - Google Patents

Plastic film and/or paint film thermoforming process for production of lining panels for motor vehicles involves local heating of film to be formed around very small radii Download PDF

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Abstract

Areas of the plastic film and/or paint film layer which are to be formed onto small radii of the forming tool(10) are locally heated on the reverse side facing away from the tool. Localized heating is effected with hot air via a nozzle(22) directed at the film or by an infra-red (IR) source. Plastic is injected onto the rear side of the thermoformed film, i.e. the side facing away from the forming tool. Areas to be locally heated have negative radii, i.e. are concave, with a radius of 0.8-1.5mm. General heating of the entire film to its forming temperature is by IR heat. The temperature of the localized hot air heating is greater than that of the forming temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thermoverformbaren Kunststoff- und/oder Lackfolien mittels eines Tiefziehprozesses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 10.The The invention relates to a process for the production of molded parts from thermoformable plastic and / or paint films by means of a Deep drawing process according to the preamble of claim 1 and a use of the method according to the claim 10th

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Formgebungsverfahren für thermoplastisch verarbeitbare Kunststoffe bekannt. Besondere Bedeutung haben dabei Tiefziehtechniken erlangt, mit deren Hilfe man Folien oder Platten aus thermoplastischem Kunststoff in dreidimensionale Gebilde umformen kann, wobei als Ausgangspunkt Bahnen sowie Zuschnitte oder auch größere Platten zur Herstellung großflächiger Formteile benutzt werden. Durch Tiefziehen werden bekanntlich Hohlkörper aller Art hergestellt. Als Beispiele seien Töpfe, Dosen und andere Behälter genannt. In jüngster Zeit gewinnt zunehmend die Herstellung von mit Lacken überzogenen Kunststoffformteilen mit Hilfe des Tiefziehens an Bedeutung. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau werden Ausstattungsbauteile für die Karosserie des Kraftfahrzeugs oftmals dadurch hergestellt, dass Lackfolien in einem gesonderten Tiefziehprozess vorgeformt und danach mit einem Fügeverfahren wie der Hinterspritztechnik mit dem Kunststoff dauerhaft verbunden werden. Dies erweist sich als ein Fortschritt, da auf einen aufwendigen Lackierungsprozess verzichtet werden kann. Voraussetzung ist bei einem solchen Vorgehen lediglich, dass der Lack ein tiefziehfähiges Material ist. In Zukunft sollen Außenteile der Karosserie, die herkömmlicherweise aus Blech bestehen, wie Kotflügel oder Türen, vermehrt durch diese Lackfolientechnologie erstellt werden. Dazu wird eine in einem Spannrahmen fixierte Lackfolie zunächst mit Infrarot-Strahlern ein- oder beidseitig erwärmt, bis ein plastischer Zustand erreicht ist. Für eine nachfolgende Verformung wird die Lackfolie mittels eines Spannrahmens über einen Stempel, welcher die endgültige Formgebung vorgibt, gespannt und auf diesen niedergedrückt. Um einen optimalen Druck auf den Stempel zu gewährleisten, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie die Anwendung von Druckluft oder eines Unterdruckes/Vakuums. Nachdem die Kontur des zu fertigenden Lackformteils definiert ist, wird die tiefgezogene Lackfolie in eine gesonderte Vorrichtung (Spritzgießwerkzeug) gelegt, wo ein Hinterschäumen oder Hinterspritzen mittels der Schmelze eines Kunststoffes erfolgt.Out In the prior art, many molding processes are thermoplastic Processible plastics known. Particular importance is attached to it Deep drawing techniques obtained, with the help of films or plates can transform from thermoplastic into three-dimensional structures, where as a starting line tracks as well as blanks or larger plates for the production of large-scale molded parts to be used. By deep drawing are known hollow body of all Kind made. Examples include pots, cans and other containers. Most recently Time is increasingly gaining the production of lacquer-coated plastic moldings with the help of thermoforming in importance. Especially in the automotive industry become equipment components for the body of the motor vehicle often produced by that Paint films preformed in a separate thermoforming process and then with a joining method how the back injection technology with the plastic are permanently connected. This proves to be a progress, as on a costly Painting process can be dispensed with. Condition is at Such a procedure merely that the paint is a thermoformable material is. In the future, exterior parts should the body, traditionally Made of sheet metal, such as fenders or doors, increasingly be created by this paint film technology. To is a fixed in a tenter varnish film first with infrared emitters heated on one or both sides, until a plastic state is reached. For a subsequent deformation is the paint film by means of a tenter on a stamp, which the final Forming pretends, strained and depressed on this. Around to ensure optimal pressure on the stamp, there are various ways such as the application of compressed air or a vacuum / vacuum. After the contour of the paint to be manufactured part is defined, is the deep-drawn paint film in a separate device (injection mold) placed where a backfoaming or injection molding by means of the melt of a plastic.

Bei der Anwendung eines solchen Verfahrens zur Herstellung von lackierten Kunststoffteilen bestehen besondere Anforderungen an die Formgebung der Konturen. Der Nachteil bei bestehenden Techniken ist, dass insbesondere Negativradien (also konkave Bereiche der Kontur) nicht zufriedenstellend gezogen werden können, da die Folie schnell an Temperatur verliert.at the application of such a process for the production of painted Plastic parts have special requirements for the shape the contours. The disadvantage with existing techniques is that particular Negative radii (ie concave areas of the contour) are not satisfactory can be pulled because the film quickly loses its temperature.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Herstellung von mit Lack beschichteten Kunststoffteilen mit sehr präziser Formgebung erleichtert wird.Of the The invention is therefore based on the object, a method available with which the production of lacquer-coated plastic parts with very precise Shaping is facilitated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Verformungsprozess der Folie in Bereichen des Formstempels, welche kleine Konturradien aufweisen, durch örtlich begrenzte Wärmebeaufschlagung auf die vom Formstempel abgewandte Seite der Folie unterstützt wird, wird vorteilhaft erreicht, dass eine zu schnelle Abkühlung und damit einhergehende Fixierung des Materials vermieden wird, wodurch die gewünschten Konturverläufe besser abbildbar sind. Dabei erfolgt die örtlich begrenzte Wärmebeaufschlagung typischerweise durch Infrarotstrahlung oder durch Anstrahlen mit Heißluft, wobei im letzteren Fall die Heißluft durch eine Heißluftdüse auf die Folie gerichtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für den Fall, dass die angestrahlten Bereiche Negativradien aufweisen/konkav ausgeformt sind. Bei der Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von Karosserieteilen in einem Kraftfahrzeug betragen die Radien typischerweise zwischen 0,8 und 1,5 mm. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die angestrahlte Heißluft mindestens die Verformungstemperatur der Folie aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass eine Fixierung des Materials beliebig lange hinausgezögert werden kann, bis die gewünschte Qualität der Konturradien erreicht worden ist.According to the invention this Task by means of a method with the features mentioned in claim 1 solved. Due to the fact that the deformation process of the film in areas of the film Formstempel, which have small radii of contours, by localized heat application is supported on the side facing away from the forming die side of the film is achieved advantageous that too fast cooling and concomitant Fixation of the material is avoided, causing the desired contour shapes are better reproducible. The local heat application takes place typically by infrared radiation or by blasting with Hot air, in the latter case the hot air through a hot air nozzle on the Film can be directed. The process according to the invention is particularly advantageous for the Case that the illuminated areas have negative radii / concave are formed. When using the method of manufacture of body parts in a motor vehicle are the radii typically between 0.8 and 1.5 mm. In a preferred embodiment The invention provides that the irradiated hot air at least having the deformation temperature of the film. This will achieve that a fixation of the material can be delayed for any length of time, until the desired quality the contour radii has been reached.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The Invention will be described below in an embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. The single figure shows a sectional view of a device for Execution of the inventive method.

Die erfindungsgemäß hergestellten Lackformteile dienen als Grundlage für die Herstellung von Verkleidungsteilen der Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Nach dem Tiefziehen der Lackfolien werden diese in einem weiteren Bearbeitungsschritt durch Hinterspritzen oder Hinterschäumen mit einer Kunststoffschicht versehen.The produced according to the invention Painted parts serve as a basis for the production of trim parts the body of a motor vehicle. After deep drawing the paint films These are in a further processing step by injection molding or foam provided with a plastic layer.

Die äußere Form des als Tiefziehwerkzeug dienenden Formstempels 10 aus Metall entspricht der Innenkontur des herzustellenden Lackformteils. Der Formstempel 10 wirkt somit als ein Positivtiefziehwerkzeug. Diese Wahl wird dadurch nahe gelegt, dass die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der herzustellenden Lackformteile im Fall von Karosserieteilen sehr hoch sind. Der Einsatz von Negativtiefziehwerkzeugen ist dementsprechend – zumindest mit dem heutigen Stand der Technik – für das erfindungsgemäße Verfahren weniger gut geeignet, da hier die eigentliche Oberfläche (die spätere Sichtseite) der herzustellenden Lackformteile den Formstempel 10 berühren, so dass Unebenheiten schneller sichtbar werden. Der Formstempel 10 wird auf etwa 100 °C aufgeheizt, um den Verzug des zu formenden Materials durch den Kontakt mit einer zu kühlen Metalloberfläche zu vermeiden.The outer shape of the mold used as a thermoforming mold 10 made of metal corresponds to the inner contour of the produced paint molding. The shape stamp 10 thus acts as a positive deep drawing tool. This choice is suggested by that the demands on the surface quality of the molded parts to be produced in the case of body parts are very high. The use of negative thermoforming tools is accordingly - at least with the current state of the art - less well suited for the inventive method, since here the actual surface (the later visible side) of the produced paint moldings the forming die 10 Touch so that bumps become visible faster. The shape stamp 10 is heated to about 100 ° C in order to avoid the distortion of the material to be formed by the contact with a too cool metal surface.

In dem Formstempel 10 sind mehrere Luftdurchtrittsöffnungen 12 vorhanden, die auf der Oberfläche enden und durch welche auf der Oberfläche des Formstempels 10 ein entsprechender Unterdruck in der Größenordnung von 0,9 bar zum Ansaugen der zu verarbeitenden Lackfolie 14 aufgebaut wird. An den Seitenflächen des Formstempels 10 ist ein Spannrahmen 16 zur Aufnahme der Lackfolie angeordnet, welcher in der 1 durch seinen Querschnitt dargestellt ist. Der Spannrahmen 16 ist mit Bezug auf den Formstempel 10 in der Höhe verstellbar.In the form stamp 10 are several air passage openings 12 present, which end on the surface and through which on the surface of the forming punch 10 a corresponding negative pressure in the order of 0.9 bar for sucking the paint film to be processed 14 is built. On the side surfaces of the form punch 10 is a tenter 16 arranged to receive the paint film, which in the 1 is shown by its cross section. The clamping frame 16 is with respect to the forming stamp 10 adjustable in height.

Die zu verformenden Lackfolien 14, die von einer Rolle stammen oder in Form von vorgefertigten Platten vorliegen, sind vollständig durchgefärbt oder mit einer Farbträgerschicht versehen und weisen einen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm auf. Die Wahl einer stärkeren Dicke erschwert die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als ein typisches Beispiel sei hier eine thermoplastische Dreischichtfolie genannt, bei welcher eine kratzfeste, transparente Deckschicht aus PC oder PMMA, eine zweite eingefärbte Deckschicht (in Wagenfarbe) sowie eine Trägerschicht aus ABS/ASA vorgesehen sind.The paint films to be deformed 14 which come from a roll or are in the form of prefabricated plates are fully colored or provided with a color carrier layer and have a diameter of 0.8 to 1.5 mm. The choice of a thicker thickness complicates the application of the method according to the invention. A typical example of this is a thermoplastic three-layer film in which a scratch-resistant, transparent cover layer of PC or PMMA, a second colored cover layer (in body color) and a support layer of ABS / ASA are provided.

Ein passender Abschnitt der Lackfolie 14 wird in den Spannrahmen 16 eingespannt und in einem Ofen zum Beispiel über eine nicht dargestellte Infrarotheizung auf eine Verformungstemperatur in der Größenordnung von 180 °C aufgeheizt. Nach Erreichen der Verformungstemperatur wird der Spannrahmen 16 mit der eingespannten Lackfolie 14 in Richtung der Oberfläche des Formstempels 10 verschoben und dabei über den Formstempel 10 gezogen. In Abhängigkeit von Geometrie und Größe des Formstempels 10 kann die Folie in einem hier nicht dargestellten Vorblaskasten bereits in eine passende Form gebracht werden, so dass sie sich leichter über die Kontur legen lässt und man gleichzeitig einen zu frühen Kontakt der Lackfolie 14 mit dem Formstempel 10 vermeidet. Durch das Ziehen der auf Verformungstemperatur erhitzten Lackfolie über den Formstempel 10 erfolgt die gewünschte plastische Verformung derselben, zumindest über weite Bereiche der Kontur.A matching section of the paint film 14 gets into the tenter frame 16 clamped and heated in an oven, for example, via an infrared heater, not shown, to a deformation temperature in the order of 180 ° C. After reaching the deformation temperature of the clamping frame 16 with the clamped paint film 14 towards the surface of the forming punch 10 shifted and thereby over the form stamp 10 drawn. Depending on the geometry and size of the punch 10 The film can already be brought into a suitable shape in a Vorblaskasten not shown here, so that it can be easier to put on the contour and at the same time too early contact of the paint film 14 with the shape stamp 10 avoids. By pulling the paint film heated to the deformation temperature over the forming die 10 the desired plastic deformation of the same takes place, at least over wide areas of the contour.

In den Bereichen 18, in denen sehr geringe Konturradien (in der Größenordnung 0,8 bis 1,5 mm) erzeugt werden sollen, zum Beispiel an Sichtkanten oder bei großen Hinterschnitten der herzustellenden Lackformteile, insbesondere in konkav ausgebildeten Bereichen 20, wird durch eine Heißluftdüse 22 Luft, welche etwa die Verformungstemperatur der Lackfolie 14 aufweist, auf die vom Formstempel 10 abgewandte Seite der Folie angestrahlt. Dadurch wird die Lackfolie 14 für die Zeitdauer der Anstrahlung auf der Verformungstemperatur gehalten, oder es wird zumindest der Abkühlungsprozess auf eine niedrigere Temperatur verlangsamt. Durch diese Maßnahme wird einerseits erreicht, dass die durch den Unterdruck erzeugten Kräfte wegen der höheren plastischen Verformbarkeit des Materials für eine präzisere Abformung an der Oberfläche des Formstempels 10 ausreichen, andererseits der Unterdruck über einen längeren Zeitraum, in dem das Material überhaupt plastisch verformbar ist, zu wirken vermag.In the fields of 18 in which very small radii of contour (in the order of 0.8 to 1.5 mm) are to be produced, for example on visible edges or on large undercuts of the molded parts to be produced, in particular in concave areas 20 , is through a hot air nozzle 22 Air, which is about the deformation temperature of the paint film 14 has, on the mold from the stamp 10 facing away from the film illuminated. This will make the paint film 14 for the duration of the irradiation held at the deformation temperature, or at least the cooling process is slowed down to a lower temperature. By this measure it is achieved on the one hand that the forces generated by the negative pressure because of the higher plastic deformability of the material for a more precise impression on the surface of the forming punch 10 On the other hand, the negative pressure over a longer period in which the material is plastically deformable at all, is able to act.

Sobald eine ausreichend scharte Konturenbildung auf der Lackfolie 14 ausgebildet ist, wird die Anstrahlung von Heißluft beendet, so dass sich die Lackfolie 14 durch den Kontakt mit dem kälteren Formstempel 10 abgekühlt. Sobald die Lackfolie 14 eine Steifigkeit besitzt, bei welcher durch die betreffenden externen Kräfte keine weiteren Verformungen auftreten, wird die Lackfolie 14 vom Formstempel 10 abgelöst und in einer gesonderten Verfahrensstufe hinterspritzt.Once a sufficiently sharp contouring on the paint film 14 is formed, the irradiation of hot air is terminated, so that the paint film 14 by the contact with the colder form stamp 10 cooled. Once the paint film 14 has a rigidity, in which no further deformations occur by the respective external forces, the paint film 14 from the form stamp 10 detached and back-injected in a separate process stage.

1010
Formstempelforming punch
1212
LuftdurchtrittsöffnungenAir passage openings
1414
Kunststoff-/LackfoliePlastic / paint film
1616
Spannrahmententer
1818
Bereiche mit kleinen konvexen Konturradien/Kantenareas with small convex contour radii / edges
2020
konkav ausgebildete Bereiche mit kleinen Konturradien/Kantenconcave trained areas with small contour radii / edges
2222
Heißluftdüsehot air

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thermoverformbaren Kunststoff- und/oder Lackfolien (14) mittels eines Tiefziehprozesses, bei dem die zu verformende Folie (14) auf eine Verformungstemperatur des Folienmaterials aufgeheizt wird und auf einen eine Kontur des herzustellenden Formteils zumindest teilweise abbildenden Formstempel (10) durch einen zwischen der Folie (14) und dem Formstempel (10) erzeugten Unterdruck angepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsprozess der Folie in Bereichen (18) des Formstempels (10), welche kleine Konturradien aufweisen, durch örtlich begrenzte Wärmebeaufschlagung auf die vom Formstempel (10) abgewandte Seite der Folie unterstützt wird.Process for the production of molded parts from thermoformable plastic and / or paint films ( 14 ) by means of a thermoforming process in which the film to be formed ( 14 ) is heated to a deformation temperature of the film material and on a contour of the molded part at least partially imaging forming die ( 10 ) by one between the film ( 14 ) and the forming punch ( 10 ) is pressed, characterized in that the deformation process of the film in areas ( 18 ) of the die ( 10 ), which have small radii of contours, by local heat application to the mold from the stamp ( 10 ) facing away from the Fo lie is supported. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Wärmebeaufschlagung durch Anstrahlen mit Heißluft erfolgt, die insbesondere durch eine Heißluftdüse (22) auf die Folie (14) gerichtet wird.A method according to claim 1, characterized in that the localized heat application takes place by irradiation with hot air, in particular by a hot air nozzle ( 22 ) on the film ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Wärmebeaufschlagung durch Infrarotstrahlung erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the local limited heat load by infrared radiation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (14) nach dem Verformungsprozess mit einem Kunststoff hinterspritzt wird, insbesondere auf der dem Formstempel (10) abgewandten Folienseite.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 14 ) is back-injected after the deformation process with a plastic, in particular on the die ( 10 ) facing away from the film side. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von Heißluft angestrahlten Bereiche Negativradien aufweisen beziehungsweise konkav ausgeformt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the areas heated by hot air Have negative radii or are formed concave. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebeaufschlagten Konturbereiche Radien zwischen 0,8 und 1,5 mm aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat-stressed Contour areas have radii between 0.8 and 1.5 mm. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thermoverformbaren Kunststoff- und/oder Lackfolien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (14) vor dem Verformungsprozess auf ihre Verformungstemperatur aufgeheizt wird, insbesondere durch Bestrahlung mit Infrarotlicht.Process for the production of molded parts from thermoformable plastic and / or paint films according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 14 ) is heated to its deformation temperature before the deformation process, in particular by irradiation with infrared light. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angestrahlte Heißluft die Verformungstemperatur der Folie (14) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heated hot air, the deformation temperature of the film ( 14 ) having. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der angestrahlten Heißluft höher als die Verformungstemperatur der Folie (14) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the heated hot air is higher than the deformation temperature of the film ( 14 ). Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung von Formteilen aus thermoverformbaren Kunststoff- und/oder Lackfolien (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Karosserieteilen eines Kraftfahrzeugs.Use of a method for the production of molded parts from thermoformable plastic and / or paint films ( 14 ) according to one of claims 1 to 9 for the production of body parts of a motor vehicle.
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DE1140335B (en) * 1955-04-09 1962-11-29 S R L C I S P Costruzioni Impi Vacuum forming machine for forming sheets or foils made of thermoplastics
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EP0529106A1 (en) * 1991-07-18 1993-03-03 Erich Netzsch GmbH & Co. Holding KG Method and apparatus for thermoforming of plastic substrates

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