DE102006004471A1

DE102006004471A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Formteil

Info

Publication number: DE102006004471A1
Application number: DE200610004471
Authority: DE
Inventors: Peter Hamberger
Original assignee: Hamberger Industriewerke GmbH
Current assignee: Hamberger Industriewerke GmbH
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-02

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines WC-Sitzes oder eines WC-Deckels, wobei in einem ersten Schritt zumindest eine Außenhülle in eine Werkzeugkavität einer Spritzgießeinheit eingebracht wird, die eine Außenumfangsfläche des Formteils ausbildet, und einem weiteren Schritt durch Einspritzen eines Kernmaterials in die Werkzeugkavität zu dem Formteil ergänzt wird, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Formteil mit einem Kern aus vergleichsweise minderwertigem Material, der von zumindest einer Außenhülle umgeben ist, die eine hochwertige Außenumfangsfläche ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Formteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung von Formteilen für unterschiedliche Anwendungen Verwendung finden. Das Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens dürfte jedoch in der Herstellung von Formteilen für die Sanitärtechnik, beispielsweise von WC-Sitzen oder WC-Deckeln einer WC-Sitzanordnung liegen.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Formteils ist beispielsweise aus der DE 199 31 767 A1 bekannt. Bei diesem herkömmlichen IMD-Verfahren (In-Mold-Decoration-Verfahren) wird das Formteil durch Hinterspritzen einer Dekorfolie mit Kunststoffmaterial ausgebildet. Hierzu wird die Dekorfolie in einen Innenraum einer ersten Formhälfte eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt und dieses mittels einer zweiten Formhälfte geschlossen. Anschließend wird eine Kunststoffschmelze in die Werkzeugkavität eingespritzt, bis diese die Kavität zwischen der Innenseite der Dekorfolie, die mit ihrer Außenseite an der ersten Formhälfte anliegt, und der zweiten Formhälfte vollständig ausfüllt. Dadurch wird ein Formteil ausgebildet, das eine, von der Dekorfolie gebildete hochwertige Außenfläche und eine von dem Spritzgießmaterial gebildete Seitenfläche aufweist. Derartige Formteile werden vielfach für Verkleidungen, beispielsweise Fahrzeuginnenverkleidungen, verwendet.
Nachteilig bei derartigen Hinterspritzverfahren ist zum Einen, dass diese nur einseitig eine hochwertige Außenfläche aufweisen, so dass es beim Einsatz der Formteile zu einer mechanischen Beschädigung der Formteilrückseite kommen kann. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Oberflächengüte der Formteilrückseite nicht den hohen ästhetischen Anforderungen an die, beispielsweise in der Sanitärtechnik, geforderten keramikähnlichen Glanzgrade genügt. Weiterhin nachteilig ist, dass aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen an die Oberfläche ein hochwertiges und damit teures Kernmaterial Verwendung finden muss.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Formteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen eine geschlossene, hochwertige Außenumfangsfläche bei verringerten Anforderungen an das Kernmaterial ermöglicht sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Formteils durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des nach einem derartigen Verfahren hergestellten Formteils durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 16 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines WC-Sitzes oder eines WC-Deckels, wird in einem ersten Arbeitsschritt zumindest eine Außenhülle zur Ausbildung einer Außenumfangsfläche des Formteils in eine Werkzeugkavität einer Spritzgießeinheit eingebracht und in einem weiteren Schritt ein Kernmaterial (Seele) in die Werkzeugkavität eingespritzt, das sich mit der Außenhülle zu dem Formteil ergänzt. Bei dieser Lösung ist das Kernmaterial im Wesentlichen vollständig von der Außenhülle umgeben, so dass das Formteil eine geschlossene, hochwertige Oberfläche aufweist. Die Außenhülle kann jedoch im Bereich von Funktionsflächen, beispielsweise im Bereich von WC-Sitzgelenkanschlüssen, Ausnehmungen für Funktionselemente, wie Gelenkbolzen, aufweisen. Die erfindungsgemäß von der Außenhülle gebildete geschlossene Außenumfangsfläche ermöglicht, gegenüber dem Stand der Technik gemäß der DE 199 31 767 A1 mit lediglich einseitiger Außenhülle, die Herstellung von Formteilen mit einer hohen Oberflächenhärte und Oberflächengüte, die weitgehend resistent gegen mechanische Beschädigungen wie beispielsweise Kratzer sind und einen keramikähnlichen Glanzgrad aufweisen, der auch hohen ästhetischen Ansprüchen genügt. Aufgrund der hochwertigen Außenhülle kann für das Kernmaterial weiterhin ein vergleichsweise niederwertiges und damit kostengünstiges Material Verwendung finden. Mit anderen Worten, für den Kernwerkstoff kann ein kostengünstiges Material ohne Qualitätsanforderungen an die Oberfläche Verwendung finden, da die erforderliche Oberflächenqualität des Formteils durch die Außenhülle des Formteils gewährleistet wird. Dadurch können Material, Raumgewicht und Dicke des Kerns gezielt an die geforderten mechanischen Eigenschaften, das gewünschte Gesamtgewicht und den Kostenrahmen des Formteils angepasst werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Außenhülle zumindest eine Kunststofffolie aufweist. Diese kann bei hohen Anforderungen, beispielsweise an die UV- oder Medienbeständigkeit, als mehrschichtiger Folienverbund ausgebildet sein. Weiterhin kann die Verbindung zwischen der Kunststofffolie und dem Kernmaterial durch eine Haftvermittlerschicht verbessert werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei Kunststofffolien in die Werkzeug kavität eingebracht, die im Wesentlichen jeweils einer Formhälfte der Spritzgießform zugeordnet sind.
Die Kunststofffolie besteht vorzugsweise aus einem Thermoplast, beispielsweise aus Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Derartige Kunststofffolien besitzen ausgezeichnete mechanische und chemische Eigenschaften, so dass die erfindungsgemäßen Formteile weitgehend verschleißfest und dadurch überaus strapazierfähig sind.
Vorzugsweise ist die Kunststofffolie mit einer Dekorschicht versehen oder durchgängig eingefärbt. Die Dekorschicht kann beispielsweise durch Bedrucken auf die Kunststofffolie aufgebracht sein oder aus einer zusätzlichen Dekorfolie bestehen, die am fertigen Bauteil die optische Oberfläche bildet. Dabei kann neben dem Farbeindruck auch der Oberflächeneindruck, beispielsweise glänzend, strukturiert oder matt, sowie der Tiefenglanz gezielt eingestellt werden. Für einfarbige Anwendungen werden meist eingefärbte Kunststofffolien eingesetzt, die auch nach einer oberflächlichen, mechanischen Beschädigung, beispielsweise durch Kratzer, einen einheitlichen Farbeindruck gewährleisten.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung findet eine transparente Kunststofffolie mit einer rückseitig aufgebrachten Dekorschicht Verwendung. Aufgrund der rückseitig bedruckten Folie ist die Dekorschicht durch den außenliegenden, transparenten Teil der Kunststofffolie geschützt und ermöglicht weiterhin einen sehr hohen Tiefenglanz (Hinterglas-Effekt).
Die Dekorschicht ist bei einer alternativen Variante vorderseitig auf die Kunststofffolie aufgebracht. Da die Dekorschicht bei vorderseitig bedruckten Folien auf der Außenseite des Formteils liegt, ist es vorteilhaft, insbesondere bei hoher mechanischer oder chemischer Beanspruchung, diese durch eine zusätzliche Schutzbeschichtung vor Beschädigungen zu schützen. Hierzu kann beispielsweise ein mehrschichtiger Folienaufbau mit einer transparenten Schutzfolie vor der Dekorschicht vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird die Außenhülle vor dem Einlegen in die Werkzeugkavität umgeformt und beschnitten. Dadurch werden eine hohe Formtreue und saubere, nahezu unsichtbare Folienkanten des Formteils erreicht. Das Beschneiden der Folie erfolgt beispielsweise durch Stanzen, mittels eines Fräsers oder durch ein Strahlverfahren (bspw. Wasser- oder Laserstrahlschneiden).
Die Außenhülle wird bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch Kaltverformung oder Warmumformung umgeformt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Kunststofffolien durch ein Thermoformverfahren umzuformen. Hierbei wird die Kunststofffolie beispielsweise über Heizstrahler bis kurz unterhalb des Erweichungspunktes erwärmt und anschließend unter Einsatz von Unter- oder Überdruck über einer Werkzeugform verformt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Kernmaterial zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff.
Vorzugsweise besteht das Kernmaterial aus einer Duroplast-Thermoplastmischung, insbesondere eine Urea-Polypropylen enthaltende Mischung.
Das Kernmaterial weist vorzugsweise ein Kunststoff-Recyclat auf. Beispielsweise findet als Duroplast komponente ein Urea-Abfallprodukt aus Pressgrat oder zerkleinerten Ausschussteilen von Urea-Pressteilen Verwendung. Dies führt zu einer erheblichen Kostenoptimierung in der Formteilherstellung. Aufgrund des bereits ausgehärteten Recyclats treten beim Spritzgießen keine chemischen oder physikalischen Wechselwirkungen mit dem Thermoplast der Außenhülle auf.
Bei einer erfindungsgemäßen Variante besteht das Kernmaterial aus einer Holzpartikel-Thermoplastmischung, beispielsweise einer Holzpartikel-Polypropylen enthaltenden Mischung.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung eines als WC-Sitz ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils;
2 eine Schnittdarstellung des WC-Sitzes aus 1;
3 eine dreidimensionale Darstellung eines als WC-Deckel ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils und
4 eine Schnittdarstellung des WC-Deckels aus 3.
1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines als WC-Sitz 1 ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils 2. Der WC-Sitz 1 wird über nicht gezeigte Sitzgelenke an einem WC-Becken (nicht dargestellt) befestigt und hat eine herkömmliche, ringförmige Formgebung.
Wie 2 zu entnehmen ist, die eine Schnittdarstellung des WC-Sitzes 1 aus 1 zeigt, hat dieser einen Kern 4, der von einer Außenhülle 6 umgeben ist, die eine hochwertige, geschlossene Außenumfangsfläche 8 ausbildet. Dadurch kann für den Kern 4 ein kostengünstiges, vergleichsweise minderwertiges Kernmaterial ohne hohe Qualitätsanforderungen an die Oberfläche Verwendung finden. Die erforderliche Oberflächenqualität und Verschleißfestigkeit des WC-Sitzes 1 ist durch die Außenhülle 6 des Kerns 4 gewährleistet. Material, Raumgewicht und Dicke des Kerns 4 können gezielt an die geforderten mechanischen Eigenschaften und das gewünschte Gesamtgewicht des WC-Sitzes 1 angepasst werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel finden als Außenhülle 6 zwei Kunststofffolien 10, 12 aus transparentem Polycarbonat Verwendung. Derartige Polycarbonatfolien 10, 12 besitzen ausgezeichnete mechanische und chemische Eigenschaften, so dass der WC-Sitz 1 weitgehend verschleißfest und dadurch überaus strapazierfähig ist. Die transparenten Kunststofffolien 10, 12 sind rückseitig, d.h. auf der dem Kern 4 zugewandten Seite durch Bedrucken mit einer Dekorschicht versehen. Dadurch ist die Dekorschicht durch den außenliegenden, transparenten Teil der Kunststofffolien 10, 12 mechanisch geschützt und ein sehr hoher Tiefenglanz ermöglicht. Der Kern 4 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Urea-Polypropylenmischung. Hierbei findet ein Urea-Recyclat aus Pressgrat oder zerkleinerten Ausschussteilen von Urea-Pressteilen Verwendung. Dies führt zu einer erheblichen Kostenoptimierung in der Formteilherstellung. Aufgrund des bereits ausgehärteten Recyclats treten beim Spritzgießen keine chemischen oder physikalischen Wechselwirkungen mit der Außenhülle 6, d.h. den Kunst stofffolien 10, 12 auf. Dadurch wird ein WC-Sitz 1 mit hoher Steifigkeit durch den Kern 4 und hervorragender Oberflächenhärte und Oberflächengüte durch die Außenhülle 6 erreicht, der dem Benutzer ein Gefühl der Hochwertigkeit vermittelt und eine ansprechende Oberfläche 8 mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist.
3 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung eines als WC-Deckel 14 mit herkömmlicher Formgebung ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils 16. Wie 4 zu entnehmen ist, die eine Schnittdarstellung des WC-Deckels 14 aus 3 zeigt, entspricht der Aufbau des WC-Deckels 14 dem bereits anhand der 1 und 2 erläuterten Aufbau des WC-Sitzes 1, so dass weitere Ausführungen an dieser Stelle entbehrlich sind.
Im Folgenden wird die Herstellung der Formteile 2, 16, d.h. des WC-Sitzes 1 bzw. des WC-Deckels 14 anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat der WC-Sitz 1 bzw. der WC-Deckel 14 jeweils eine obere und eine untere Kunststofffolie 10, 12, die während der Formteilherstellung mittels eines Handlinggeräts in jeweils eine Formhälfte einer Spritzgießform (nicht dargestellt) reproduktionsgenau eingebracht werden. Die Kunststofffolien 10, 12 sind vor dem Einlegen in die Werkzeugkavität durch Thermoformen dreidimensional verformt und in einem Stanzverfahren beschnitten worden. Hierbei werden die Kunststofffolien 10, 12 über Heizstrahler bis kurz unterhalb des Erweichungspunktes erwärmt und anschließend unter Einsatz von Unterdruck in eine nicht dargestellte Werkzeugform verformt (Vakuum-Tiefziehen) und beschnitten. Nach dem Einlegen der beiden Kunststofffolien 10, 12 in die Formhälften wird die Spritzgießform geschlossen und über eine nicht dargestellte Düse und einen Anguss das Kernmaterial in die Werkzeugkavität eingespritzt und diese vollständig gefüllt, so dass sich der Kern 4 ausbildet, der sich mit den Kunststofffolien 10, 12 zu dem WC-Sitz 1 bzw. dem WC-Deckel 14 ergänzt. Nach dem Abkühlen des Kernmaterials wird die Spritzgießform geöffnet und der WC-Sitz 1 bzw. der WC-Deckel 14 über ein Handhabungsgerät oder von Hand entnommen. Aufgrund der von den Kunststofffolien 10, 12 gebildeten Außenumfangsfläche 8 besitzt der WC-Sitz 1 bzw. der WC-Deckel 14 eine hohe Oberflächenhärte und Oberflächengüte, die weitgehend resistent gegen mechanische Beschädigungen wie beispielsweise Kratzer ist und einen keramikähnlichen Glanzgrad aufweist, der auch hohen ästhetischen Ansprüchen genügt. Die Kunststoffolien 10, 12 ermöglichen weiterhin einen einfachen Dekorwechsel der Formteile 2, 16, da unterschiedliche Kunststofffolien 10, 12 in die Werkzeugform eingelegt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die beschriebene Außenhülle 6 aus Kunststofffolien 10, 12 beschränkt, vielmehr können alle aus dem Stand der Technik bekannten Hüllmaterialien, insbesondere Dekorstoffe, Gewebe oder Naturfasern Verwendung finden. Weiterhin ist es möglich, die Kunststofffolien direkt im Spritzgiesswerkzeug umzuformen sowie zu beschneiden und dadurch die Zykluszeiten erheblich zu verkürzen. Erfindungswesentlich ist, dass zumindest eine Außenhülle 6 in eine Werkzeugkavität einer Spritzgießeinheit eingebracht wird, die nach dem Einspritzen eines Kernmaterials eine Außenumfangsfläche 8 des Formteils 2, 16 ausbildet, so dass ein Formteil 2, 16 mit einem vergleichsweise minderwertigem Kern 4 und einer hochwertigen Außenumfangsfläche 8 entsteht.
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils 2, 16, insbesondere eines WC-Sitzes 1 oder eines WC-Deckels 14, wobei in einem ersten Schritt zumindest eine Außenhülle 6 in eine Werkzeugkavität einer Spritzgießeinheit eingebracht wird, die eine Außenumfangsfläche 8 des Formteils 2, 16 ausbildet und in einem weiteren Schritt durch Einspritzen eines Kernmaterials in die Werkzeugkavität, zu dem Formteil 2, 16 ergänzt wird, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Formteil 2, 16 mit einem Kern 4 aus vergleichsweise minderwertigem Material, der von zumindest einer Außenhülle 6 umgeben ist, die eine hochwertige Außenumfangsfläche 8 ausbildet.

1: WC-Sitz
2: Formteil
4: Kern
6: Außenhülle
8: Außenumfangsfläche
10: Kunststofffolie
12: Kunststofffolie
14: WC-Deckel
16: Formteil

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formteils (2, 16), insbesondere eines WC-Sitzes (1) oder eines WC-Deckels (14) mit den Schritten: – Einbringen zumindest einer Außenhülle (6) in eine Werkzeugkavität einer Spritzgießeinheit zum Ausbilden einer Außenumfangsfläche (8) des Formteils (2, 16); – Einspritzen eines Kernmaterials in die Werkzeugkavität, wobei sich das Kernmaterial mit der Außenhülle (6) zu dem Formteil (2, 16) ergänzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kernmaterial aus vergleichsweise niederwertigem Material ist und die Außenhülle (6) die hochwertige Außenumfangsfläche (8) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenhülle (6) zumindest eine Kunststofffolie (10, 12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zwei Kunststofffolien (10, 12) in die Werkzeugkavität eingebracht werden, die im Wesentlichen jeweils einer Formhälfte der Spritzgießform zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Kunststofffolie (10, 12) aus einem Thermoplast, insbesondere aus Polypropylen, Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kunststofffolie (10, 12) eine Dekorschicht aufweist oder durchgängig eingefärbt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine transparente Kunststofffolie (10, 12) verwendet wird und die Dekorschicht rückseitig aufgebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Dekorschicht vorderseitig auf die Kunststofffolie (10, 12) aufgebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kunststofffolie (10, 12) eine Schutzbeschichtung zum Schutz der Dekorschicht vor Beschädigung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenhülle (6) vor dem Einlegen in die Werkzeugkavität umgeformt und beschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Außenhülle (6) durch Kaltverformung oder Warmumformung, insbesondere durch Thermoformen umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kernmaterial Thermoplast aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kernmaterial eine Duroplast-Thermoplastmischung, vorzugsweise eine Urea-Polypropylen enthaltende Mischung aufweist.
Verfahren nach Anspruche 12, wobei das Kernmaterial eine Holzpartikel-Thermoplastmischung, insbesondere eine Holzpartikel-Polypropylenmischung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein Kunststoff-Recyclat als Kernmaterial verwendet wird.
Formteil (2, 16), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kernmaterial das von zumindest einer Außenhülle (6) umgeben ist, wobei das Kernmaterial gegenüber dem Hüllmaterial aus vergleichsweise minderwertigen Material ist und die Außenhülle (6) eine hochwertige Außenumfangsfläche (8) ausbildet.