DE102005018117A1

DE102005018117A1 - Spritzgießen von Komponenten für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102005018117A1
Application number: DE102005018117A
Authority: DE
Inventors: Donald J. Canton Cvengros; Mark Wixom Turner; Philip R. Farmington Hills Spiess; Brian D. Ann Arbor Libs
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2005-11-24
Also published as: US20050244610A1

Abstract

Ein Prozess für die Herstellung eines Kunststoffteils für ein Fahrzeug umfasst das Platzieren eines Einsatzes in einer Form und das Einspritzen von zwei Kunstharzen in die Form auf jeder Seite des Einsatzes. Der Einsatz trennt die zwei Kunstharze voneinander und haftet an den Kunstharzen, wenn diese abkühlen. Die zwei Kunstharze können dieselbe Farbe haben oder unterschiedlich gefärbt sein. Der Einsatz kann dieselbe Farbe wie eines der zwei Kunstharze haben oder er kann durchsichtig oder lichtdurchlässig sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spritzgießen. Speziell bezieht sie sich auf das Spritzgießen von Teilen für Fahrzeuge.

Wenn heutzutage ein Kunststoffteil aus Komponenten mit unterschiedlichen Farben hergestellt wird, werden separate Formen, und zwar eine Form für jede Farbe, zur Herstellung jeder Komponente verwendet. Danach finden verschiedene Folgearbeitsschritte zum Verbinden der Komponenten miteinander, zum Beispiel durch Verwendung von mechanischen Befestigungsmitteln, wie z. B. Schrauben, Schmelzstollen, Klemmen usw., statt. Dieser Prozess ist jedoch arbeitsintensiv und erfordert sekundäre Operationen zum Zusammenfügen des Teils und mehrere Formwerkzeuge. Außerdem bietet das fertige Teil ein mangelhaftes Erscheinungsbild, das auf die ungleichmäßigen Spalten als Folge der Fertigungsschwankungen der Teile und der Montageprozesse zurückzuführen ist.

Andere Prozesse erfordern ein Abdecken eines Abschnitts der Verkleidung und einen anschließenden Farbauftrag zur Erzeugung einer zweifarbigen Verkleidung. Ein weiterer Prozess verwendet eine Form mit zwei Hohlräumen. Wenn Kunststoffteile für Fahrzeuge mit Verkleidungen oder Komponenten in verschiedenen Farben in solchen Formgebungsprozessen zu Verkleidungen miteinander verklebt sollen, sind die Haftungseigenschaften der Kunstharze von Bedeutung. Für ein zum Beispiel zweifarbiges Teil wird ein Kunstharz in einer der beiden Farben in die Form eingespritzt und anschließend abgekühlt. Danach wird der Hohlraum gedreht und ein Kunstharz in einer zweiten Farbe in die Form eingespritzt. Nachdem die Kunstharze abgekühlt sind, wird ein zweifarbiges Teil aus der Form entnommen. Obwohl dieser Prozess weniger arbeitsintensiv als der mechanische Befestigungsmittel verwendende Prozess ist, kann die Prozessdauer zur Verwendung einer Form mit zwei Hohlräumen lang sein, da die zwei Komponenten nacheinander abgekühlt werden, bevor das Fertigteil aus der Form entnommen werden kann. Dieser Prozess erfordert außerdem eine sehr komplexe Doppelhohlraumform mit zusätzlichen Steuerungen und Mechanismen zur Ausführung der Drehung der Form während des Prozesszyklus. Außerdem besteht zwischen den beiden unterschiedlichen Kunstharzen keine Trennung, mit der das endgültige Erscheinungsbild der Oberfläche an der Verbindungs- oder Fließlinie zwischen den Kunstharzen bestimmt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

In einem Aspekt stellt die Erfindung allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen für Fahrzeuge bereit. Das Verfahren umfasst das Platzieren eines Einsatzes in einer Form und das Einspritzen von zwei Kunstharzen in die Form auf jeder Seite des Einsatzes. Der Einsatz trennt die zwei Kunstharze voneinander und haftet an den Kunstharzen, wenn diese abkühlen und entsprechend geformte Kunststoffkomponenten bilden. Die Kunststoffkomponenten und der Einsatz werden anschließend als ein integrales Kunststoffteil aus der Form entnommen. Der Einsatz kann aus einem der beiden Kunstharze geformt sein.

Die zwei durch den Einsatz voneinander getrennten Kunststoffkomponenten können dieselbe Farbe oder unterschiedliche Farben haben. Der Einsatz kann dieselbe Farbe wie eine der zwei Komponenten haben. Alternativ kann der Einsatz durchsichtig oder lichtdurchlässig sein. Der Einsatz kann eine oder mehrere Verzahnungen) zur Bildung einer mechanischen Befestigung mit den Kunststoffkomponenten beim Abkühlen der Kunstharze enthalten.

In einem anderen Aspekt umfasst ein Kunststoffteil für ein Fahrzeug eine erste und eine zweite aus dem ersten spritzgießgeformten bzw. zweiten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial gebildete Komponente und einen aus einem dritten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial gebildeten Einsatz. Die erste und die zweite Komponente haften an dem Einsatz und der Einsatz trennt die erste und die zweite Komponente voneinander.

Ausgestaltungen der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen. Die Kunststoffteile können wie eine integrale, durchgängige Struktur mit zwei oder mehr Farben erscheinen. Da ein Fertigteil wie ein Stück produziert wird, können außerdem Farbauftrag und Befestigungssysteme entfallen. Außerdem können Mehrfachformwerkzeuge oder Mehrfachspritzgusswerkzeuge entfallen.

Andere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A ist eine perspektivische Darstellung eines durch konventionelles Spritzgießen hergestellten Kunststoffteils für ein Fahrzeug (= Stand der Technik).
1B ist eine Explosionsdarstellung des Kunststoffteils aus 1A (= Stand der Technik).
2 zeigt Komponenten eines in einem einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden Spritzgießprozess hergestellten Fahrzeugteils.
3 zeigt das fertig gestellte Teil aus 2.
4 ist eine Schnittdarstellung einer Form mit einem Einsatz für die Herstellung eines einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden zweifarbigen Kunststoffteils.
5 ist eine Schnittdarstellung eines alternativen Einsatzes entsprechend der Erfindung.
6 ist eine Schnittdarstellung eines anderen alternativen Einsatzes entsprechend der Erfindung.
Die 7A und 7B zeigen einen weiteren alternativen Einsatz entsprechend der Erfindung.
8 stellt einen noch anderen alternativen Einsatz entsprechend der Erfindung dar.
Ausführliche Beschreibung
In 1A (= Stand der Technik) ist eine in einem konventionellen Spritzgießprozess hergestellte mehrfarbige Verkleidung 10 perspektivisch dargestellt. Die Verkleidung 10 ist in ihrer beabsichtigten Endgestalt dargestellt. 1B (= Stand der Technik) zeigt die verschiedenen Komponenten der Verkleidung 10. Die Verkleidung 10 umfasst speziell eine Primärverkleidung 12, Seitenverkleidungen 14 und 16 und eine Mittelverkleidung 18. Jede der Verkleidungen 12, 14, 16 und 18 ist in einem entsprechenden Spritzgießprozess separat gefertigt worden, so dass für jede Komponente ein unterschiedlich gefärbtes Kunstharz verwendet werden kann. Danach werden die Verkleidungen 12, 14, 16 und 18 zur endgültigen Verkleidung 10 zusammengefügt. Die Verkleidungen 12, 14, 16 und 18 können zum Beispiel mithilfe mechanischer Befestigungsmittel miteinander verbunden werden.
In 2 sind Komponenten einer die Prinzipien der Erfindung verkörpernden zweifarbigen Verkleidung dargestellt und mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Als hauptsächliche Komponenten umfasst die Verkleidung 30 eine obere Verkleidung 32, eine untere Verkleidung 34 und einen Einsatz 36. Die obere Verkleidung 32 und die untere Verkleidung 34 sind aus unterschiedlich gefärbten Kunstharzen gefertigt. Obwohl der Einsatz 36 dargestellt ist als sei er aus demselben wie für die untere Verkleidung 34 verwendeten gefärbten Kunstharz gefertigt, kann auch das für die obere Verkleidung 32 verwendete gefärbte Kunstharz für den Einsatz 36 verwendet werden.
Die 3 stellt die Verkleidung 30 in ihrer endgültigen Gestalt dar. Die obere Verkleidung 32 ist durch den Einsatz 36 mit der unteren Verkleidung 34 verbunden. Der Einsatz 36 verbindet die obere Verkleidung 32 mit der unteren Verkleidung 34. Zur Aufrechterhaltung des zweifarbigen Aussehens der Verkleidungen 32 und 34 ist der Einsatz 36 in einer der zwei Farben der Verkleidungen 32, 34 geformt. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, kann der Einsatz 36 in demselben zum Formen der Verkleidungen 32, 34 verwendeten Werkzeug oder in einer separaten Form gefertigt werden.
Bezug nehmend auf 4 in Verbindung mit 2 stellt in einer Implementierung ein Kunstharzreservoir 39 ein gefärbtes Kunstharz für die obere Verkleidung 32 und ein weiteres Kunstharzreservoir 41 ein anders gefärbtes Kunstharz für die untere Verkleidung 34 und den Einsatz 36 bereit. Eine Form 50 umfasst einen oberen Abschnitt 50a und einen unteren Abschnitt 50b, die einen primären Hohlraum für die zweifarbigen Verkleidungen 32, 34 bilden. Die Form 50 ist außerdem mit einem sekundären Hohlraum zum Formen des Einsatzes 36 ausgestattet. Die Fertigung des Einsatzes 36 im sekundären Hohlraum innerhalb der Form 50 mit demselben zum Formen der unteren Verkleidung 34 verwendeten Kunstharz fördert die Sicherstellung der Farbanpassung an die untere Verkleidung 34.
Zuerst fließt das Kunstharz aus dem Kunstharzreservoir 41 durch eine Verteilung 40 und eine Unterverteilung 40a in den sekundären Hohlraum der Form 50, um ihn zu füllen. Das anschließende Abkühlen des Kunstharzes im sekundären Hohlraum bringt den Einsatz 36 in seine ausgehärtete Form. Es ist zu beachten, dass das Kunstharz, das während des Zyklus der Einsatzfertigung in den primären Hohlraum fließt, Ausschuss ist, der anschließend entsorgt wird. Der Einsatz 36 wird anschließend von Hand oder mithilfe eines Roboters in den primären Hohlraum platziert und in der Position gehalten, bevor im nächsten Zyklus die zwei verschiedenfarbigen Kunstharze für die Verkleidungen 32, 34 auf jeder Seite des Einsatzes 36 eingespritzt werden. Der Einsatz 36 kann im primären Hohlraum mithilfe mechanischer Verzahnungsmechanismen, wie z. B. ein Schwalbenschwanz, gehalten werden. Außerdem oder alternativ kann ein Vakuum an den Einsatz 36 angelegt werden, um ihn in Position zu halten. Zur Fertigung der oberen und der unteren Verkleidung 32, 34 fließt für die obere Verkleidung 32 Kunstharz aus dem Kunstharzreservoir 39 durch eine Verteilung 38 und Unterverteilungen 38a und 38b in den primären Hohlraum der Form 50, während für die untere Verkleidung 34 das andersfarbige Kunstharz aus dem Kunstharzreservoir 41 durch die Unterverteilungen 40b, 40c und 40d in den primären Hohlraum auf der anderen Seite des Einsatzes 36 fließt. Wenn die Kunstharze für die Verkleidungen 32, 34 den primären Hohlraum der Form 50 ausfüllen, wirkt der Einsatz 36 als Sperre zwischen den zwei Kunstharzen. Wenn die Kunstharze den Einsatz 36 kontaktieren, stellen sie eine Klebeverbindung mit dem Einsatz 36 her. Als weitere Hilfe zur Aufrechterhaltung der Festigkeit der Haftung zwischen den zwei Kunstharzen und einer weiteren Verstärkung der Verbindung zwischen dem Einsatz 36 und den Verkleidungen 32, 34 enthalten Sektionen überall im Einsatz 36 eine mechanische Verzahnung 42 zwischen dem Einsatz 36 und den zwei gefärbten Kunstharzen der Verkleidungen 32, 34. Nach Abschluss des Abkühlzyklus für die Kunstharze wird die Verkleidung 30 als ein wie zuvor in 3 gezeigtes einziges integrales Teil aus der Form entnommen. Damit bietet die Verwendung des Einsatzes 36 eine robuste und haltbare Verbindungslinie und Haftung zwischen den zwei unterschiedlichen Verkleidungen 32, 34.
Es kann zwar ein sekundärer Hohlraum in der Form 50 zur Fertigung des Einsatzes 36 verwendet werden, jedoch ist ein solcher nicht erforderlich. Das heißt, dass der Einsatz 36 in einer separaten Form hergestellt werden könnte. Bei separater Herstellung wird der verzahnte Einsatz dann innerhalb des primären Hohlraums platziert, bevor die zwei Kunstharze der Verkleidungen 32, 34 eingespritzt werden.
Wie voranstehend erwähnt, verstärken zusätzlich zur Adhäsionsklebung zwischen dem Einsatz 36 und der oberen und der unteren Verkleidung 32, 34 Verzahnungen 42 die Verbindung zwischen dem Einsatz 36 und den Verkleidungen 32, 34. Es ist zu beachten, dass zum Verbinden der Verkleidungen 32, 34 miteinander andere Implementierungen als die in 4 gezeigte Implementierung verwendet werden können. Eine in 5 mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichnete alternative Implementierung verwendet zum Beispiel den Einsatz 36 mit zwei Verzahnungen 36a, 36b zur Bildung der mechanischen Verbindung zwischen dem Einsatz 36 und den Verkleidungen 32, 34. Es ist zu beachten, dass die Verzahnungen 36a, 36b außerdem als Rippen zur Bereitstellung einer Struktursteifigkeit der Verbindung zwischen den Verkleidungen 32, 34 wirken.
In einer in 5 mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichneten anderen Implementierung wird die Verbindung zwischen den Verkleidungen 32, 34 durch eine Adhäsionsklebung mit dem Einsatz 36 gebildet. In dieser Implementierung ist der Einsatz 36 außerdem mit Rippen zur Bereitstellung einer zusätzlichen Verstärkung für die Verbindung zwischen den Verkleidungen 32, 34 ausgestattet.
Es ist zu beachten, dass der Einsatz 36 in jeder der zuvor beschriebenen Implementierungen mit einer Konstruktionsfuge (oder falls gewünscht ohne eine Fuge) geformt werden kann. Eine wie zum Beispiel in den 5 und 6 mit dem Bezugszeichen 66 gekennzeichnete Fuge im Einsatz 36 kann zur Verbesserung des endgültigen Aussehens der Oberfläche der Verkleidung 30 durch Verdecken der geformten Verbindungslinien innerhalb der Fuge 66 verwendet werden. Das heißt, dass die Fuge 66 hilft, eine gleichmäßige Verbindungslinie zwischen den Verkleidungen 32, 34 und dem Einsatz 36 beizubehalten. Die Fuge 66 kann außerdem als Gestaltungsmerkmal zum Unterscheiden der Oberflächenmaserung der oberen und unteren Verkleidungen fungieren.
Implementierungen der Erfindung können zur Herstellung eines Teils mit einem Paar Verkleidungen verwendet werden, die an der Verbindungsnaht zwischen den Verkleidungen beleuchtet werden. Wie zum Beispiel in den 7A und 7B gezeigt, umfasst eine Verkleidung 100 eine obere Teilverkleidung 102 und eine untere Teilverkleidung 104, die durch einen durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Einsatz 106 miteinander verbunden sind. Die Verkleidung 100 wird entsprechend den voranstehend beschriebenen Prinzipien gefertigt. Das heißt, dass der Einsatz 106 zunächst in einem sekundären Hohlraum einer Form geformt und anschließend in einem primären Hohlraum der Form platziert wird oder dass der Einsatz in einem anderen Formwerkzeug geformt werden kann. Nachdem der Einsatz 106 abgekühlt und ausgehärtet ist, wird er im primären Hohlraum platziert, und Kunstharze für die Verkleidungen 102 und 104 werden in den primären Hohlraum der Form auf jeder Seite des Einsatzes 106 eingespritzt. Wie voranstehend beschrieben, bilden die Kunstharze für die Verkleidungen 102, 104 eine Adhäsionsklebung mit dem Einsatz 106, so dass nach Abkühlung der Kunstharze für die Verkleidungen 102, 104 eine einzige Verkleidung geformt worden ist. Die Verkleidungen 102, 104 können dieselbe Farbe haben oder unterschiedlich gefärbt sein. Die Verbindung zwischen den Verkleidungen 102, 104 und dem Einsatz 106 kann mithilfe jeder der voranstehend erwähnten Verzahnungen weiter verstärkt werden. Bei Installation der Verkleidung 100 im Fahrzeug kann wie dargestellt eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Einsatzes 106 über seine Länge verwendet werden.
Eine in 8 als Verkleidung 200 dargestellte alternative Anordnung umfasst ein Paar Verkleidungen 202, 204 und einen an den Verkleidungen 202 und 204 befestigten durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Einsatz 206. Eine Lichtquelle, wie z. B. ein Glühlampe 208, ist in einem mithilfe von Schrauben 212 an den Verkleidungen 202, 204 befestigten Gehäuse 210 montiert. Damit wird die konstruktive Verbindung zwischen den Verkleidungen 202, 204 durch Haftung am Einsatz 206 und die mechanische Befestigung am Gehäuse 210 bereitgestellt. Die Verkleidungen 202, 204 und der Einsatz 206 werden wie voranstehend beschrieben geformt sein. Wenn der Einsatz 206 geformt worden ist, kann er in einem primären Hohlraum einer Form platziert werden, und die Kunstharze für die Verkleidungen 202, 204 können anschließend in die Form eingespritzt werden, so dass eine Adhäsionsklebung zwischen dem Einsatz 206 und den Verkleidungen 202, 204 gebildet wird. Der Einsatz 206 kann mit zusätzlichen Verzahnungen zur Verstärkung der Verbindung zwischen dem Einsatz 206 und den Verkleidungen 202, 204 ausgestattet sein. Die Verkleidungen können dieselbe Farbe haben oder unterschiedlich gefärbt sein.
Die voranstehenden und anderen Implementierungen der Erfindung entsprechen dem Geltungsbereich der nachfolgenden Patentansprüche.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils, umfassend: – Platzieren eines Einsatzes in einer Form; – Einspritzen eines ersten Kunstharzes in die Form; – Einspritzen eines zweiten Kunstharzes in die Form, wobei das erste Kunstharz und das zweite Kunstharz an dem Einsatz anhaften und durch den Einsatz voneinander getrennt werden; und – Abkühlen des ersten und des zweiten Kunstharzes zur Aushärtung der Kunstharze, so dass das Kunststoffteil aus dem ausgehärteten ersten und zweiten Kunstharz und dem Einsatz gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Farben des ersten und des zweiten Kunstharzes unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Kunstharz dieselbe Farbe haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einsatz dieselbe Farbe wie das erste oder das zweite Kunstharz hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einsatz eine andere Farbe als die Farben des ersten und des zweiten Kunstharzes hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Einsatz lichtdurchlässig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Einsatz durchsichtig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Einsatz vor dem Platzieren in der ersten Form in einer zweiten Form geformt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Einsatz in einem sekundären Hohlraum der Form geformt wird und das Einspritzen in einen primären Hohlraum der Form umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Einsatz in der Form mechanisch gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Einsatz in der Form durch ein Vakuum gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Einsatz eine Fuge hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Einsatz ohne eine Fuge geformt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Einsatz mindestens eine Verzahnung zur mechanischen Verbindung des Einsatzes mit den ausgehärteten Kunstharzen umfasst.
Kunststoffteil, umfassend: – eine aus einem ersten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial gebildete erste Komponente; – eine aus einem zweiten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial gebildete zweite Komponente; und – einen aus einem dritten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial gebildeten Einsatz, wobei die erste und die zweite Komponente an dem Einsatz haftet, wobei der Einsatz die erste und die zweite Komponente voneinander trennt.
Kunststoffteil nach Anspruch 15, wobei das dritte spritzgießgeformte Kunststoffmaterial dieselbe Farbe wie das erste spritzgießgeformte Kunststoffmaterial oder das zweite spritzgießgeformte Kunststoffmaterial hat.
Kunststoffteil nach Anspruch 15, wobei das dritte spritzgießgeformte Kunststoffmaterial eine andere Farbe als die Farben des ersten spritzgießgeformten Kunststoffmaterials und des zweiten spritzgießgeformten Kunststoffmaterials hat.
Kunststoffteil nach Anspruch 15, wobei das erste spritzgießgeformte Kunststoffmaterial eine andere Farbe als die des zweiten spritzgießgeformten Kunststoffmaterials hat.
Kunststoffteil nach Anspruch 15, wobei das erste spritzgießgeformte Kunststoffmaterial und das zweite spritzgießgeformte Kunststoffmaterial dieselbe Farbe haben.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Einsatz durchsichtig ist.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Einsatz lichtdurchlässig ist.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Einsatz mindestens eine Verzahnung zur mechanischen Verbindung des Einsatzes mit dem ersten und dem zweiten spritzgießgeformten Kunststoffmaterial umfasst.