DE102005011474A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit Hinterschneidungen unter Verwendung eingelegter Füllstücke - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit Hinterschneidungen unter Verwendung eingelegter Füllstücke Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils mit Hinterschneidungen (H), mit einem Träger (6) und einer Haut (1) bereitgestellt, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer vorgefertigten Haut (1) mit Hinterschneidungen (H), Aufbringen von Schaumteilen (4) auf die Haut (1) in den Hinterschneidungen (H), Hinterpressen der Haut (1) mit dem Träger (6) mittels eines Presswerkzeuges (3) unter Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile (4) und Entnahme des Presswerkzeuges (3). Gemäß dem hier offenbarten Verfahren werden die Hohlräume zwischen der Haut (1) und dem Träger (6) in den Hinterschneidungen (H) vollständig durch Füllstücke (5) gefüllt, welche sich durch Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile (4) in den Hohlräumen während des Pressvorgangs gebildet haben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteiles mit Hinterschneidungen. Kunststoffformteile wie diejenigen aus der DE 33 36 934 C2 finden Verwendung zum Beispiel bei Automobilherstellern als Innenraumteile wie Tür- und Sitzverkleidungen, Armaturentafeln, Konsolen und deren Einbauteile.
  • Au der DE 197 45 332 C1 ist ein Verfahren zu Herstellung eines Kunststoffformteiles mit Hinterschneidungen bekannt, für welches ein zweiteiliges Werkzeug benötigt wird. Gemäß der DE 197 45 332 C1 weist das Werkzeug eine elastische Werkzeugform und einen herausziehbaren Kern auf.
  • Werkzeuge, welche das Fertigen von solchen Kunststoffformteilen ermöglichen, sind aufwendig in der Herstellung und somit teuer. Ein Herstellungsverfahren für Kunststoffformteile wie in der DE 197 45 332 C1 beschrieben hat außerdem den Nachteil, dass das dafür benötigte Werkzeug nur für ein bestimmtes Kunststoffformteil verwendet werden kann. Ein derartiges Werkzeug kann somit nicht zur Herstellung eines anderen Kunststoffformteiles verwendet werden, auch wenn sich dieses nur in kleinen Details von dem Kunststoffformteil unterscheidet, für welches das Werkzeug ursprünglich ausgelegt worden ist. Soll ein Kunststoffformteil mit geringen Stückzahlen gefertigt werden, etwa für eine Nullserie oder ein Nischenprodukt, so kann die hohe Investition, welche die Neuanschaffung eines entsprechenden Werkzeuges mit sich bringt, aus ökonomischen Gründen nicht immer gerechtfertigt werden.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu Herstellung von Kunststoffformteilen mit Hinterschneidungen bereitzustellen, welches kostengünstig und in der Fertigung einfach umzusetzen ist und welches eine gewisse Flexibilität bei der Herstellung ähnlicher Kunststoffformteile ermöglicht, so dass auch Kunststoffformteile für Nischenprodukte mit dem gewünschten Design und ohne Abstriche an die Qualitätsanmutung hergestellt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Herstellverfahren für Kunststoffformteile mit Hinterschneidungen, welches von einer vorgefertigten Haut ausgeht. Auf die Innenseite der Haut wird durch Hinterpressen ein Träger aufgebracht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das dafür benötigte Presswerkzeug so ausgelegt, dass es beim Entformen direkt von dem aufgebrachten Träger ohne Zerlegen, Verformen oder Ähnliches abgenommen werden kann. Hinterscheidungen am Kunststoffformteil werden gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durch eine entsprechende Ausformung am Presswerkzeug gebildet, sondern Hohlräume, welche zwischen dem einfach geformten Presswerkzeug, bzw. dem Träger und der Haut an den Hinterschneidungen auftreten, werden durch Einlegen von permanent verformbaren Schaumteilen zwischen den Träger und die vorgefertigte Haut aufgefüllt. Mit dem Pressvorgang wird zum einen der Träger auf die Haut aufgebracht und entsprechend der Form des Presswerkzeuges geformt und zum anderen die Schaumteile so verformt, dass alle Hohlräume zwischen Träger und Haut an den Hinterschneidungen durch die verformten Schaumteile gefüllt werden.
  • Bei einem Kunststoffformteil wie etwa einem Innenraumteil eines Autos, weist die Haut typischerweise PVC (Polyvinylchlorid) oder TPO (thermische Polyolefin) auf. In der Serienproduktion kann die Haut z.B. aus einer genarbten Endlosfolie durch Tiefziehen oder auch mittels "In Mold Graining" hergestellt werden, einem Verfahren, bei welchem eine (nicht genarbte) Folie auf ein genarbtes Werkzeug gezogen wird.
  • Je nach Verwendung oder je nach Vorgaben an das zu fertigende Kunststoffformteil, wie z.B. bei einem Autoinnenraumteil zur Verbesserung des Komforts von Armstützen oder zur Reduzierung der Verletzungsgefahr von im Kniebereich angeordneten Kunststoffformteilen kann auf die Innenseite der Haut vor dem Aufbringen des Trägers ein Schaumrücken aufgebracht werden, welcher die gewünschte Stauchhärte aufweist.
  • Der Träger wird üblicherweise aus einem PP(Polypropylen)-Vlies oder einem Naturfaser-PP-Vlies gefertigt, der Schaumrücken – falls verwendet – aus PP.
  • Die an der Haut innen angebrachten Schaumteile, welchem dem Füllen der Hohlräume in den Hinterschneidungen dienen, weisen gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel Polypropylen auf. Die Verwendung von PP hat den Vorteil, dass die Schaumteile einfache geometrische Formen unabhängig von der Form der Hinterschneidung aufweisen können, wie etwa Quadrat, Rechteck oder Keil, da PP beim Hinterpressen des Trägers aufschmilzt und somit die Hohlräume in den Hinterschneidungen zuverlässig gefüllt werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Schaumteiles, welches PP aufweist, liegt darin, dass sich ein PP-Schaumteil während des Pressvorgangs sowohl stoffschlüssig mit dem PP-aufweisenden Träger, als auch – falls vorhanden – mit dem Schaumrücken, verbinden wird, so dass ein stabiler Verbund aus Träger, Schaumteil und Schaumrücken bzw. Haut entsteht.
  • Für die Verwendung als Schaumteil und/oder Schaumrücken sind jedoch eine Reihe anderer Materialien, insbesondere Thermoplaste und plastisch verformbare Materialien, denkbar und möglich.
  • Das zum Hinterpressen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Presswerkzeug weist eine einfache Grundform auf, die der Geometrie des zu fertigenden Kunststoffformteiles angepasst ist, aber Hinterschneidungen der Haut unberücksichtigt lässt und die fertigen Kunststoffformteile weisen gemäß der vorliegenden Erfindung eine hinterschnittfreie Innenkontur auf.
  • Mit dem Verfahren kann somit ein Kunststoffformteil hergestellt werden, dass einen Träger sowie eine Haut aufweist, die Hinterschneidungen enthält, wobei die Haut mit dem Träger mittels eines Presswerkzeuges (3) unter Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile hinterpresst ist und wobei die Hohlräume zwischen der Haut und dem Träger in den Hinterschneidungen beim Hinterpressen durch Füllstücke (5) gefüllt sind.
  • Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass das benötigte Presswerkzeug einfach auszulegen und herstellbar und somit kostengünstig ist. Auch die Herstellung eines entsprechenden Kunststoffformteiles wird vereinfacht, was außerdem zu einer Minimierung der Fehlerrate führt. Außerdem kann für die Auslegung des herzustellenden Kunststoffformteiles ein größerer Gestaltungsfreiraum eingeräumt werden.
  • Weitere Vorteile dieses Verfahrens sind, dass keinerlei Kosten für ein Trägerwerkzeug, für deren Transport, Lagerung und Steuerung benötigt werden und dass auf Schaumanlagen und Schaumwerkzeuge verzichtet werden kann.
  • Dieser Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, dass eine komplexe Ausgestaltung der Presswerkzeugoberfläche durch den Einsatz von verformbaren Schaumteilen vermieden werden kann, um Kunststoffformteile mit Hinterschneidungen zu fertigen, lässt sich erweitern auf ein Verfahren zur Herstellung verschiedener ähnlicher Kunststoffformteile unter Verwendung eines einzigen Presswerkzeuges:
    Gemäß dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Häute bereitgestellt, die für die Fertigung des gleichen Kunststoffteiles vorgesehen sind, sich aber in ihren Details unterscheiden. Zum Hinterpressen der Träger wird das gleiche Presswerkzeug verwendet. Hohlräume, die zwischen Träger und Haut aufgrund unterschiedlicher Ausgestaltung von Details in der Haut entstehen können, werden wiederum unter Verwendung von Schaumteilen gefüllt.
  • Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass das verwendete Presswerkzeug flexibel ist und dass somit auch Kunststoffformteile mit geringen Stückzahlen kostengünstig gefertigt werden können mit Standardwerkzeugen und ohne Abstriche an die Qualitätsanmutung.
    •
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen entsprechend der Zeichnung beschrieben.
  • 1 zeigt ein Beispiel für eine vorgefertigte Haut,
  • 2 zeigt ein Beispiel für eine vorgefertigte Haut mit Schaumrücken,
  • 3 bis 5 zeigen mögliche Presswerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 6 zeigt ein Beispiel für eine mit Schaumteilen vorbereitete Haut zur Verwendung mit einem Presswerkzeug gemäß 3,
  • 7 zeigt ein Beispiel für eine mit Schaumteilen vorbereitete Haut zur Verwendung mit einem Presswerkzeug gemäß 4,
  • 8 zeigt ein Beispiel für eine mit Schaumteilen vorbereitete Haut zur Verwendung mit einem Presswerkzeug gemäß 5,
  • 9 zeigt ein Beispiel für ein fertiges Innenraumteil mit hinterpresstem Träger und ausgeformten Füllstücken gemäß der Haut aus 6,
  • 10 ein Beispiel für zeigt ein fertiges Innenraumteil mit hinterpresstem Träger und ausgeformten Füllstücken gemäß der Haut aus 7, und
  • 11 ein Beispiel für zeigt ein fertiges Innenraumteil mit hinterpresstem Träger und ausgeformten Füllstücken gemäß der Haut aus 8.
  • 1 zeigt ein Beispiel für eine vorgefertigte Haut 1. Die mit A gekennzeichnete Seite der Haut 1 ist diejenige Seite, die nach dem Einbau des fertigen Innenraumteils dem Benutzer zugewandt ist. Die mit B gekennzeichnete Seite der Haut 1 ist die Innenseite, auf welche zu Herstellung eines fertigen Innenraumteiles ein Träger, z.B. durch direktes Hinterpressen aufgebracht wird.
  • Die in 1 gezeigte Haut 1 ist ein Beispiel für eine mögliche Form einer Haut 1, welche Bereiche H aufweist, die in 1 mit einer punktierten Linie gekennzeichnet sind. Wird ein Presswerkzeug verwendet, um einen Träger direkt auf der Innenseite B der Haut 1 zu hinterpressen, weisen Bereiche H Hinterschneidungen auf, welche dazu führen, das für das Hinterpressen ein komplexes Presswerkzeug benötigt wird, welches z.B. Schieber und/oder mehrere Teilstücke aufweist.
  • 2 zeigt ein Beispiel für eine vorgefertigte Haut 1 mit einem auf der Innenseite der Haut 1 aufgebrachten Schaumrücken 2. Die Fertigung eines Innenraumteils entspricht der oben beschriebenen, der Träger wird bei einer Haut 1 mit Schaumrücken 2 jedoch auf die Innenseite B des Schaumrückens 2 aufgebracht. Die gezeigten relativen Dicken von Haut 1 zu Schaumrücken 2 wurden gewählt, um den Aufbau einfach schematisch darstellen zu können.
  • Wie bei Haut 1 aus 1 weist die Haut 1 mit Schaumrücken 2 aus 2 ebenfalls Bereiche H auf, welche bei einem direkten Hinterpressen des Trägers wiederum Hinterschneidungen aufweisen und somit wie oben das Verwenden eines einfachen Presswerkzeuges unmöglich machen.
  • Zur Herstellung eines Innenraumteiles kann ein Träger sowohl direkt auf eine wie in 1 gezeigte Haut 1 aufgebracht werden, oder der Träger kann auf eine wie in 2 gezeigte Haut mit Schaumrücken 2 aufgebracht werden. Eine wie in 2 gezeigte Haut 1 mit Schaumrücken 2 wird dann verwendet, wenn die dem Benutzer zugewandte Seite A des fertigen Innenraumteils besondere Eigenschaften aufweisen soll, welche durch Verwenden eines in seiner Stauchhärte spezifizierten wie in 2 gezeigten Schaumrückens 2 erreicht werden kann.
  • So können z. B. Bereiche, bei denen die Gefahr des ungewollten Anstoßens etwa beim Ein- und Aussteigen oder auch beim unfallbedingten Aufschlagen besteht, durch Verwenden eines entsprechenden Schaumrückens 2 komfortverbessernd und/oder verletzungsmindernd ausgelegt werden.
  • Zur Optimierung des Innenraumteils besteht außerdem die Möglichkeit, einen Schaumrücken zu verwenden, welcher verschiedene Lagen aufweist (nicht gezeigt), wobei die Dicke der einzelnen Lagen beispielsweise variieren kann, so dass ein komplexer Schaumrücken bereitgestellt werden kann, welcher an die Anforderungen des Innenraumteils angepasst worden ist.
  • 3 bis 5 zeigen mögliche Presswerkzeuge 3 zum Hinterpressen eines Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung. Presswerkzeuge 3 sind so ausgelegt, dass ein direktes Entfernen des gesamten Presswerkzeuges 3 unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Entformungsrichtung, welche in den 3 bis 5 mit eine Pfeil und dem Buchstaben E gekennzeichnet ist, möglich ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Presswerkzeuge 3 dabei so ausgelegt, dass, je nach Ausgestaltung der verwendeten Haut 1, Hinterschneidungen H auftreten können, die von den Presswerkzeugen 3 nicht direkt erfasst werden.
  • Wird also ein Presswerkzeug 3 zum direkten Hinterpressen z.B. einer Haut 1 mit einem Träger verwendet, würde dies zu Hohlräumen führen an den Hinterschneidungen H zwischen der Haut 1 und dem Träger.
  • 6 bis 8 zeigen Beispiele für mit Schaumteilen vorbereitete Häute 1 zur Verwendung der Presswerkzeuge gemäß der 3 bis 5. Die vorbereitete Haut 1 aus 6 gehört zum Presswerkzeug 3 aus 3, vorbereitete Haut 1 aus 7 gehört zum Presswerkzeug 3 aus 4 und vorbereitete Haut 1 aus 8 gehört zum Presswerkzeug 3 aus 5.
  • Gemäß den 6 bis 8 werden an den Stellen der Haut 1, an welchen bei Verwendung eines bestimmten Presswerkzeuges 3 Hinterschneidungen auftreten, Schaumteile 4 auf der Innenseite B aufgebracht.
  • Die in den 6 bis 8 gezeigten Schaumteile 4 weisen quadratische und rechteckige Formen auf. Diese einfachen Schaumteile 4 haben den Vorteil, dass sie leicht herstellbar sind und ohne genaues Ausrichten an den dafür vorgesehenen Stellen der Haut 1 aufgebracht werden können.
  • Gemäß den 6 bis 8 werden die Schaumteile 4 direkt auf die Haut 1 aufgebracht. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit (nicht gezeigt), eine wie in 2 gezeigte Haut 1 mit Schaumrücken 2 zu verwenden. Wird eine Haut 1 mit Schaumrücken 2 verwendet, so werden Schaumteile 4 auf die Innenseite B des Schaumrückens 2 aufgebracht. Des Weitern ist es denkbar und möglich, dass der Schaumrücken 2 so ausgelegt wird, dass Schaumteile 4 bereits in den Schaumrücken 2 integriert sind. Ein Verwenden eines derartigen Schaumrückens ist von Vorteil, wenn Innenraumteile in sehr hohen Stückzahlen gefertigt werden und der zusätzliche Ferti gungsschritt des Aufbringens der Schaumteile 4 eliminiert werden soll.
  • 9 bis 11 zeigen Beispiele für ein fertiges Innenraumteil mit hinterpresstem Träger 6 und ausgeformten Füllstücken 5. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das fertige Innenraumteil 7 durch direktes Hinterpressen einer beliebig geformten Haut 1 mit einem Träger 6 unter Verwendung eines direkt zu entnehmenden Presswerkzeuges 3 hergestellt. Die durch die Hinterschneidungen H bedingten Hohlräume sind gemäß der vorliegenden Erfindung mit Füllstücken 5 vollständig gefüllt, welche während des Hinterpressens durch Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile 4 gebildet worden sind. Die fertigen Innenraumteile 7 weisen gemäß der vorliegenden Erfindung eine hinterschnittfreie Innenkontur C auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit Hinterschneidungen sieht die im Folgenden beschriebenen Schritte vor:
    In einem ersten Schritt wird eine vorgefertigten Haut 1 bereitgestellt, welche gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Hinterschneidungen H, wie z.B. in den 1 und 2 gezeigt, aufweist.
  • Gemäß einer hier nicht dargestellten Ausführungsform weist die Haut 1 Hinterschneidungen H und/oder Änderungen in der Auslegung der Haut 1 auf, welche beide nach Aufbringen eines Presswerkzeuges 3 Hohlräume zwischen Träger 6 und Haut 1 verursachen. Diese Hohlräume werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem sich durch das Hinterpressen des Trägers 6 verformenden Schaumteil 4 gefüllt.
  • In einem nächsten Schritt wird die bereitgestellte, vorgefertigte Haut 1 an den Stellen, an denen Hohlräume zwischen Träger 6 und Haut 1 zu erwarten sind, mit Schaumteilen 4 versehen. Um den Herstellungsprozess flexibel und kostengünstig zu gestalten und da das Material für die Schaumteile 4 so gewählt wird, dass die Schaumteile 4 die Hohlräume durch Schmelzen und/oder Verformen während des Pressvorganges vollständig füllen, ist es von Vorteil, wenn die Schaumteile 4 einfache geometrische Formen wie Quadrat, Rechteck oder Keil aufweisen.
  • Anschließend wird der Träger 6 durch Hinterpressen auf die Haut 1 mittels eines Presswerkzeuges 3 unter Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile 4 aufgebracht.
  • Nach dem Abkühlen und/oder Verfestigen der Schaumteile 4, welche jetzt die Form der Füllstücke 5 aufweisen, wird das Presswerkzeug 3 in Entformrichtung E entnommen.
    • 1
    Haut
    2
    Schaumrücken
    3
    Presswerkzeug
    4
    Schaumteil
    5
    ausgeformtes Füllstück
    6
    Träger
    7
    fertiges Innenraumteil
    A
    Außenseite
    B
    Innenseite
    C
    Innenkontur
    E
    Entformungsrichtung des Presswerkzeuges
    H
    Hinterschneidung

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils mit Hinterschneidungen (H), mit einem Träger (6) und mit einer Haut (1), welches die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer vorgefertigten Haut (1), wobei die Haut (1) Hinterschneidungen (H) aufweist; – Aufbringen von Schaumteilen (4) auf die Haut (1) in den Hinterschneidungen (H); – Hinterpressen der Haut (1) mit dem Träger (6) mittels eines Presswerkzeuges (3) unter Schmelzen und/oder Verformen der Schaumteile (4), bis die Hohlräume zwischen der Haut (1) und dem Träger (6) in den Hinterschneidungen (H) durch Füllstücke (5) gefüllt sind; und – Entnahme des Presswerkzeuges (3).
  2. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (5) durch plastisches Verformen der Schaumteile (4) gebildet werden.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die vorgefertigte Haut (1) vor dem Hinterpressen ein Schaumrücken (2) aufgebracht wird.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von Schaumrücken (2) und Schaumteilen (4) im selben Arbeitsschritt durchgeführt wird.
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