DE102006004816B4

DE102006004816B4 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundteils mit Hinterschnitt

Info

Publication number: DE102006004816B4
Application number: DE102006004816A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Quandt
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: DE102006004816A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Verbundteils (1) mit Hinterschnitt (2), enthaltend die Schritte: a) Einlegen eines flexiblen, flächigen Elements (3) in eine erste Werkzeughälfte (4) eines Werkzeugs (5) mit einem an der Oberfläche (6) der ersten Werkzeugfläche (4) angeordneten zusammenfallenden Kern (7), wobei sich der zusammenfallende Kern (7) in einem ersten Zustand (7a) befindet oder nach dem Einlegen des flexiblen Elements (3) in einen ersten Zustand (7a) gebracht wird, in dem durch den Kern (7) ein Hinterschnitt (2) gebildet wird; b) Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flächigen Elements (3); c) nach dem Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flächigen Elements (3) Überführen des zusammenfallenden Kerns (7) in einen zweiten Zustand (7b), in dem der Hinterschnitt (2) des Kerns (7) aufgehoben ist; d) Entnahme des Verbundteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils mit Hinterschnitt sowie ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs.
Verbundteile sind grundsätzlich bekannt. In der Automobilindustrie werden sie als Innenverkleidungsteile für Fahrzeuge verwendet, beispielsweise als Instrumententafeln oder als Türverkleidungen.
In der Regel haben derartige Verbundteile einen dreischichtigen Aufbau, bestehend aus einem Träger, einer Schaumschicht und eine die Schaumschicht abdeckende Dekorschicht, welche die Sichtseite des Verbundteils bildet. Der Träger besteht üblicherweise aus glasfaserverstärktem Polypropylen (PP), die Schaumschicht aus geschäumtem Polyurethan (PUR), als Dekorschicht werden Folien, Häute und Textilien verwendet.
Für bestimmt Anwendungen ist es vorteilhaft, Hinterschnitte in dem Bauteil zu erzeugen, insbesondere deswegen, um zusätzliche Komponenten am Verbundteil anordnen zu können.
Um Hinterschnitte in Spritzgussteilen zu erzeugen ist es bekannt, in einem Spritzgusswerkzeug zusammenfallende Kerne einzusetzen. Derartige Kerne können einen ersten Zustand einnehmen, in dem innerhalb des Werkzeugs ein Hinterschnitt gebildet wird, und einen zweiten Zustand einnehmen, in dem der Hinterschnitt des Kerns aufgehoben ist.
Der Spritzgießprozess wird mit einem sich im ersten Zustand befindenden Kern durchgeführt. Nach Beenden des Spritzgießprozesses wird der Kern in den zweiten Zustand überführt, in dem der Hinterschnitt aufgehoben ist, was die Entnahme des Spritzlings ermöglicht.
Derartige Spritzgusswerkzeuge offenbaren beispielsweise die DE 102 24 708 C1 und die DE 34 16 415 A1 . Die in den Druckschriften beschriebenen zusammenfallenden Kerne bestehen aus gegeneinander verschiebbaren bzw. beweglichen, in sich selbst starren Segmenten (geeigneterweise aus Metall), welche in das Innere des Kerns „zusammenfallen” können, wodurch sich der beschriebene erste und zweite Zustand des Kernes herstellen lässt.
Allerdings beschränkt sich der Einsatz derartiger zusammenfallender Kerne auf die Herstellung von Hinterschnitten in einteiligen Spritzgussteilen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils mit zumindest einer Trä gerschicht, einer Dekorschicht und einem Hinterschnitt zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundteils mit Hinterschnitt enthaltend die Schritte: a) Einlegen eines flexiblen, flächigen Elements in eine erste Werkzeughälfte eines Werkzeugs mit einem an der Oberfläche der ersten Werkzeugfläche angeordneten zusammenfallenden Kern, wobei sich der zusammenfallende Kern in einem ersten Zustand befindet oder nach dem Einlegen des flexiblen Elements in einen ersten Zustand gebracht wird, in dem durch den Kern ein Hinterschnitt gebildet wird; b) Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flexiblen Elements; c) nach dem Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flächigen Elements Überführen des Kerns in einen zweiten Zustand, in dem der Hinterschnitt des Kerns aufgehoben ist; d) Entnahme des Verbundteils.
Durch den sich im ersten Zustand befindenden zusammenfallenden Kern wird ein Hinterschnitt definiert, der während des Herstellungsprozesses des Verbundteils auf das flexible, flächige Element und die durch das Hinterschäumen oder Hinterspritzen gebildete Schaumschicht bzw. Trägerschicht übertragen werden kann, und/oder mit dem ein im flexiblen Element schon vorhandener Hinterschnitt gestützt werden kann. Der Hinterschnitt des fertigen Verbundteils entspricht in diesem Falle dem des Kerns im ersten Zustand.
Durch den Einsatz eines Kernes ist eine genaue Konturgebung eines gewünschten Hinterschnitts bzw. Konturerhaltung eines im flächigen Element vorgegebenen Hinterschnitts möglich.
Das flexible, flächige Element kann zum einen dann eingelegt werden, wenn sich der Kern im ersten Zustand befindet, d. h., einen Hinterschnitt bildet. Das flexible Element wird abhängig von Form und Flexibilität, insbesondere Dehnbarkeit, über den Kern übergestülpt oder übergelegt.
Es ist ebenso möglich, dass der Kern in einen Zwischenzustand zwischen den ersten und den zweiten Zustand oder den zweiten Zustand selbst gebracht wird, wodurch das Einlegen des flächigen Elements, insbesondere dann, wenn der Hinterschnitt aufgehoben ist, vereinfacht sein kann.
Des Weiteren kann der Kern derart ausgebildet sein, dass im zweiten Zustand des Kerns zwischen dem flächigen Element und dem Kern, insbesondere nach Beendigung des Verfahrens, ein Sicherheitsabstand gegeben ist. Hierdurch wird insbesondere die Entnahme des fertigen Verbundteils erleichtert.
Grundsätzlich sind alle Arten von zusammenfallenden Kernen einsetzbar, welche mindestens einen oben beschriebenen ersten und zweiten Zustand einnehmen können. Erfindungsgemäß bevorzugt sind allerdings zusammenfallende Kerne, welche starre Segmente aufweisen, durch die eine genaue Kontur des Hinterschnitts erzeugt werden kann, und welche insbesondere die Kontur des Hinterschnitts während des Schäumprozesses aufrechterhalten. Als Materialien für einen derartigen Kern bieten sich insbesondere Metalle an.
Der Kern kann fest im Werkzeug integriert sein. Alternativ ist es auch möglich, im Werkzeug eine Öffnung vorzusehen, durch die der Kern sich an die ge wünschte Position einführen lässt.
Als flexible, flächige Elemente eignen sich insbesondere die in der Automobilindustrie für Innenverkleidungsteile verwendeten Dekorschichten, beispielsweise Leder, TPE- oder TPO-Folien, PVC-Häute, insbesondere Tiefziehfolien, Verbundfolien, beispielsweise kaschierte Folien, mit einer Außenschicht aus einem Gewebe oder einem Gewirke mit einer Rückenschicht.
Vorteilhafterweise werden die flexiblen Elemente aus Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, vor dem Einlegen in das Werkzeug auf eine leicht erhöhte Temperatur gebracht, bei der die Flexibilität, insbesondere die Dehnbarkeit, verbessert ist. Auf diese Weise wird die Formanpassung an die Werkzeugoberfläche, insbesondere an den durch den Kern gebildeten Hinterschnitt, verbessert.
Als Schaummasse zum Hinterschäumen eignen sich die in der Automobilindustrie für Innenverkleidungsteile verwendeten Materialien, insbesondere Polyurethan-Schäume oder polyolefinische Schäume.
Als Masse zum Hinterspritzen eignen sich die in der Automobilindustrie für Innenverkleidungsteile verwendeten Materialien, insbesondere PP, POM, PMMA, PC/ABS-Blends, auch mit Zusätzen wie Fasern oder Mineralien.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass während des Schritts a) und/oder b) zwischen dem flexiblen Element und der Oberfläche der ersten Werkzeughälfte ein Unterdruck erzeugt wird, durch den das flexible Element an die Oberfläche des Werkzeugs und des Kerns gepresst wird.
Durch den Unterdruck kann das flexible Element an der Werkzeugoberfläche in Position gehalten werden. Des Weiteren kann der Unterdruck zur Formgebung des flexiblen Elements, insbesondere im Bereich des Kerns, beitragen, speziell dann, wenn das flexible Element ausreichend dehnbar ist.
Ein Unterdruck zwischen Oberfläche des Werkzeugs und flexiblem Element kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass an der Oberfläche des Werkzeugs kleine Lüftungen vorgesehen sind, durch die sich das zwischen flexiblem Element und Werkzeugoberfläche befindende Gas absaugen lässt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das flexible Element vor dem Einlegen in die erste Werkzeughälfte nach Schritt a) mit einem dem des Kerns im ersten Zustand entsprechenden Hinterschnitt ausgebildet wird.
In diesem Falle hat der Kern während des Hinterschäumprozesses eine reine Stützfunktion. Er verhindert, dass sich die Kontur des flexiblen Elements während des Hinterschäumprozesses oder Hinterspritzprozesses verändert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht gewährleistet werden kann, dass ein nicht vorgeformtes flexibles Element die gewünschte Kontur annimmt.
Abhängig von den Eigenschaften des flexiblen Elements und der Präparation vor dem Einlegen in das Werkzeug könnte diese Vorformung grundsätzlich auf bestimmte Bereiche beschränkt und/oder nur teilweise vollzogen werden. Seine Endform würde das flexible Element in diesen Fällen durch den Prozess im Werkzeug erhalten.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kern einen elliptischen, insbesondere kreisförmigen, oder rechteckförmigen Querschnitt aufweist, der sich zur Bildung eines Hinterschnitts zum Ende des Kerns im ersten Zustand hin aufweitet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass vor dem Hinterschäumen an der Oberfläche einer zweiten Werkzeughälfte ein starres, flächiges Element angeordnet wird.
Das starre, flächige Element gewährleistet die mechanische Stabilität des auf diese Weise durch das Verfahren hergestellten Verbundteils. Als Materialien eignen sich alle Materialien, die typischerweise für Träger von Innenverkleidungsteilen eingesetzt werden, insbesondere Polypropylen, PC/ABS, PMMA, POM, insbesondere mit Zusätzen wie Fasern oder Mineralien.
Des Weiteren schafft die Erfindung ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs, insbesondere eine Instrumententafel, mit einem Hinterschnitt, hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen, welche durch zwei Figuren grafisch dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
1 einen ersten Zwischenzustand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Einlegen eines flexiblen, flächigen Elements in einer ersten Werkzeughälfte eines Schäumwerkzeugs, und
2 einen zweiten Zwischenzustand der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Beenden des Hinterschäumens.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines hinterschäumten Verbundteils mit Hinterschnitt wird in einem ersten Schritt ein flexibles, flächiges Element 3 in einer ersten Werkzeughälfte 4 eines Schäumwerkzeugs 5 angeordnet (siehe hierzu schon 1).
Das Schäumwerkzeug 5 weist an der Oberfläche 6 der ersten Werkzeugfläche 4 einen zusammenfallenden Kern 7 auf.
Der zusammenfallende Kern 7 kann einen ersten Zustand 7a einnehmen, in dem durch den Kern 7 ein Hinterschnitt 2 gebildet wird, und einen zweiten Zustand 7b einnehmen, in dem der Hinterschnitt 2 des Kerns 7 aufgehoben ist.
In diesem Ausführungsbeispiel nimmt der Kern 7 im ersten Zustand 7a die Form eines Konus an, wobei sich der Kern zu seinem Ende hin aufweitet. Im zweiten Zustand 7b nimmt der Kern die Form eines Zylinders an.
Um diese beiden Zustände zu realisieren, ist der Kern auf einem Außenring radialsymmetrisch in mehrere Segmente unterteilt, welche beweglich, beispielsweise verkippbar, sind. In der Mitte des Außenrings ist ein zylinderförmiger Stößel vorgesehen, welcher sich in Achsrichtung des Kerns in den Kern zurückziehen lässt, wodurch der vom Außenring umschlossene Innenraum je nach Stellung des Stößels mehr oder weniger freigeben wird. Ist der Stößel in den Innenraum vollständig eingefahren, so werden die Segmente des Außenrings nach außen gedrückt, wodurch eine konische Form mit einer durchgängig glatten Oberfläche erzeugt wird. Zieht man den Stößel in den Kern zurück, so fallen die Segment in den vom Stößel freigegebenen Raum, beispielsweise durch Federkraft, zusammen, wodurch der Hinterschnitt 2 aufgehoben werden kann.
Der Kern 7, insbesondere der Teil, der in die Kavität des Schäumwerkzeugs 5 hineinragt und dort die Oberfläche darstellt, besteht in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus Metall.
Das Schäumwerkzeug 5 weist in seiner Werkzeughälfte 4 eine Öffnung auf, durch die der Kern 7 eingeführt und an der Oberfläche 6 der ersten Werkzeugfläche 4 angeordnet ist. Alternativ ist es auch möglich, den Kern 7 als Bestandteil des Schäumwerkzeugs 5 auszubilden.
Beim Anordnen des flexiblen Elements 3 in der Werkzeughälfte 4 befindet sich der Kern 7 im zweiten Zustand 7b, in dem der Hinterschnitt aufgehoben ist.
Nach dem Einlegen des flexiblen Elements 3 wird der Kern in den ersten Zustand 7a überführt, durch den ein Hinterschnitt 2 gebildet wird.
Es ist ebenfalls möglich, das flexible Element 3 einzulegen, wenn sich der Kern 7 bereits im ersten Zustand 7a oder einem Zwischenzustand befindet.
1 zeigt die Situation nach dem Einlegen des flexiblen Elements 3 mit dem sich im ersten Zustand 7a be findenden Kern 7.
Danach wird zwischen dem flexiblen Element 3 und der Oberfläche 6 der ersten Werkzeughälfte 4 ein Unterdruck erzeugt, durch den das flexible Element 3 an die Oberfläche 6 des Werkzeugs 4 und des Kerns 7 gepresst wird.
In einer zweiten Werkzeughälfte 9 wird ein starres, flächiges Element 8 angeordnet (siehe hierzu schon 2).
In einem weiteren Schritt wird eine Schaummasse in das Werkzeug 5 eingebracht und dann das Werkzeug 5 geschlossen.
Nach dem Ausreagieren der Schaummasse wird der Kern 7 in den zweiten Zustand 7b überführt, in dem der Hinterschnitt 2 aufgehoben ist.
2 zeigt das Verfahren in diesem Zustand.
Das in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Verbundteil 1 ist dreischichtig mit einer Trägerschicht 8, einer Schaumschicht 10, und einer Dekorschicht, die durch das flexible Element 3 gebildet wird. Das Verbundteil 1 weist einen Hinterschnitt 2 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verbundteil 1 eine Instrumententafel. Der Hinterschnitt 2 des Verbundteils 1 dient zur Befestigung eines Lichtdrehschalters.
Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das flexible Element 3 vor dem Einlegen in die erste Werkzeughälfte 4 zu einem gewissen Grade oder vollständig vorge formt werden, insbesondere mit einem dem des Kerns 7 im ersten Zustand 7a entsprechenden Hinterschnitt 2.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann das flexible Element 3 vor dem Einlegen in ein Schäumwerkzeug 5 auf eine erhöhte Temperatur gebracht oder auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, um insbesondere eine ausreichende Dehnbarkeit, sei es für folgende Formgebung oder Positionierung, des flexiblen Elementes 3 zu gewährleisten.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform lässt sich der oben beschriebene Hinterschäumprozess durch einen Hinterspritzprozess in einem Spritzgusswerkzeug ersetzen. Drücke, Temperaturen und Materialien sind entsprechend des Prozesses anzupassen. Ansonsten kann das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich auch auf den Spritzgussprozess übertragen werden. Auf das Einlegen einer oben beschriebenen Trägerschicht 8 kann allerdings verzichtet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundteils (1) mit Hinterschnitt (2), enthaltend die Schritte: a) Einlegen eines flexiblen, flächigen Elements (3) in eine erste Werkzeughälfte (4) eines Werkzeugs (5) mit einem an der Oberfläche (6) der ersten Werkzeugfläche (4) angeordneten zusammenfallenden Kern (7), wobei sich der zusammenfallende Kern (7) in einem ersten Zustand (7a) befindet oder nach dem Einlegen des flexiblen Elements (3) in einen ersten Zustand (7a) gebracht wird, in dem durch den Kern (7) ein Hinterschnitt (2) gebildet wird; b) Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flächigen Elements (3); c) nach dem Hinterschäumen oder Hinterspritzen des flächigen Elements (3) Überführen des zusammenfallenden Kerns (7) in einen zweiten Zustand (7b), in dem der Hinterschnitt (2) des Kerns (7) aufgehoben ist; d) Entnahme des Verbundteils (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts a) und/oder b) zwischen dem flexiblen Element (3) und der Oberfläche (6) der ersten Werkzeughälfte (4) ein Unterdruck erzeugt wird, durch den das flexible Element (3) an die Oberfläche (6) des Werkzeugs (4) und des Kerns (7) gepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (3) vor dem Einlegen in die erste Werkzeughälfte (4) nach Schritt a) mit einem dem des Kerns im ersten Zustand (7a) entsprechenden Hinterschnitt (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (7) einen elliptischen, insbesondere kreisförmigen, oder rechteckförmigen Querschnitt aufweist, der sich zur Bildung eines Hinterschnitts (2) zum Ende des Kerns (7) im ersten Zustand (7a) hin aufweitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hinterschäumen an der Oberfläche einer zweiten Werkzeughälfte (9) ein starres, flächiges Element (8) angeordnet wird.
Innenverkleidungsteil (1) eines Fahrzeugs, insbesondere Instrumententafel, mit einem Hinterschnitt (2), hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.