DE102006019867B4 - Verfahren zur Herstellung von warmformbaren Kunststoff-Formteilen aus Polymer-Folien, Verwendung des Verfahrens sowie Armaturenbrett für einen PKW - Google Patents

Abstract

Verfahren zu Herstellung von warmformbaren Kunststoff-Formteilen aus Polymer-Formhäuten oder -Folien mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur nach dem Negativ-Tiefzieh-Verfahren, insbesondere mit einer Narbung auf der Oberfläche, wobei die Kunststoff-Folie vor dem Tiefziehen einer Vorwärmung bis auf eine Temperatur unterzogen wird, bei dem die Kunststoff-Folie zur Bildung der Oberflächenstruktur thermoplastisch verformbar wird, und bei dem die Kunststoff-Folie danach mittels Unterdruck in/auf eine Negativform gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform von einer Silikonschale bedeckt ist und die der Kunststoff-Folie zugewandte Oberfläche der Silikonschale das Negativ der aufzubringenden dreidimensionalen Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die zum Aufbringen eines Unterdrucks zwischen Silikonschale und Kunststoff-Folie geeignet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung von warmformbaren Kunststoff-Formteilen aus Polymer-Formhäuten oder -Folien mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur nach dem Negativ-Tiefzieh-Verfahren, insbesondere mit einer Narbung auf der Oberfläche, wobei die Kunststoff-Folie vor dem oder während des Tiefziehens einer Vorwärmung bis auf eine Temperatur unterzogen wird, bei dem die Kunststoff-Folie zur Bildung der Oberflächenstruktur thermoplastisch verformbar wird, und bei dem die Kunststoff-Folie danach mittels Unterdruck in/auf eine Negativform gezogen wird. Dadurch erhält das Kunststoff-Folie sowohl ihre Kontur, d.h. die bauteil-geometrische Form, als auch ihre Prägung mit der gewünschten positiven Oberflächenstruktur. Ebenfalls wird die Verwendung des Herstellungsverfahrens für eine Kunststoff-Folie offenbart.
• Im Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von warmformbaren und werkzeugfallenden Kunststoff-Formteilen mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur bekannt, insbesondere bei der Herstellung von Formhäuten, beispielsweise für Teile der Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen, also etwa Türverkleidungen. Hier sind neben den Verfahren, bei welchen Kunststoff-Bahnenware, also Folien, mit einer Oberflächenstruktur geprägt und anschließend mit Hilfe von Formwerkzeuge / Stempeln in eine Kontur bzw. in ein Bauteil umgeformt weder, verschiedene Sinter- oder Sprühverfahren zu nennen, bei denen ein oder mehrere flüssige oder pulverförmige Komponenten in eine Form gegeben werden und dort ausreagieren / aushärten, aber auch Verfahren zur Herstellung von Slush-Häuten durch Rotationssintern etc.
• Im Bereich des Automobilinterieurs ist ein starker Trend zur Verbesserung der Qualitätsanmutung zu beobachten. Dieser Trend hat dazu geführt, dass viele der typischen Folienanwendungen im Dekorbereich durch werkzeugfallende Formhäute ersetzt wurden.
• Hierbei überzeugte zunächst die Möglichkeit, die Oberflächenstruktur / -textur, d.h. die Oberfläche der Formhaut, also etwa das Erscheinungsbild einer Narbe, und die Geometrie des gesamten Bauteiles in einem einzigen Formprozess während der Herstellung festzulegen. Dazu wird zum Beispiel die Narbstruktur und Bauteilgeometrie als Negativ in eine Werkzeugform gebracht, die Formhaut durch Sinter- oder Sprühverfahren ausgeformt und danach entnommen. Nach einem anschließenden Hinterschäumprozess erhält man ein dreidimensionales Bauteil, dessen Narbstruktur dem der im Werkzeug eingebrachten Narbe entspricht. Das Hinterschäumen stellt hierbei nur eine Möglichkeit dar, für die Formhaut eine Trägerstruktur zu bilden. Gleichermaßen ist etwa das Aufkleben von Struktur-Trägerelementen aus hartem Kunststoff bekannt.
• Die in diesen Sinter- und Sprühverfahren eingesetzten Materialien müssen, um eine gute Narbabbildung bieten zu können, entweder pulverförmig aufbereitet und gut rieselfähig sein oder als viskose Flüssigkeit vorliegen. Damit ergeben sich für viele Polymerklassen Grenzen hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit in diesen Verfahren. Dieses trifft insbesondere auch für die hochviskosen polyolefinischen Materialien zu.
• Zudem sind die Fertigungskosten für die Herstellung der nach dem Spraymolding oder Pulversinterprozess hergestellten Formhäute verhältnismäßig hoch. Daher werden von einigen Herstellern von Türseitenteilen und Instrumententafeln in der letzten Zeit doch wieder die etwas kostengünstigeren Folienverfahren präferiert. Dabei wird insbesondere ein Herstellungsverfahren vorangetreiben welches sich als Spezialverfahren aus dem Negativ-Tiefziehverfahren entwickelt hat, nämlich das „InMould-Graining-Verfahren“. Dieses InMould-Graining-Verfahren (IMG), das bisher im Wesentlichen mit seinem englischsprachigen Begriff gekennzeichnet und bekannt wurde, lässt sich wohl am besten mit dem im Weiteren verwendeten Begriff „narbgebendes Negativtiefziehen“ übersetzen.
• Im Gegensatz zum Standardtiefziehverfahren von Folien, bei dem das Einformen in die dreidimensionale, bauteil-geometrische Struktur durch das Einfahren eines die spätere Bauteilkontur bildenden Tiefziehstempels in die Folie erfolgt, wird beim Negativtiefziehen eine Folie in eine Negativform hineingezogen, beispielsweise durch Vakuum. Das narbgebende Negativtiefziehen ist nun eine besondere Ausgestaltung des Negativtiefziehens, in dem nicht nur die bauteil-geometrische Struktur, sondern auch die spätere Narbstruktur als Negativ in die Werkzeugoberfläche eingebracht wird.
• Die Anforderungen an das Ausgangsmaterial sind beim Standardziehverfahren, beim Negativtiefziehverfahren und beim narbgebenden Negativtiefziehen dementsprechend unterschiedlich. Im Gegensatz zu dem Ausgangsmaterial für die beiden erst genannten Verfahren muss das der Werkzeugseite zugewandte Folienteil beim narbgebenden Negativtiefziehen niedrigviskos sein, um eine optimale Narbabbildung zu gewährleisten. Des Weiteren muss dieses Folienteil aber auch thermisch stabil sein, um die Alterungsanforderungen sowie die Forderungen hinsichtlich der thermischen Beständigkeit während des späteren Einsatzes zu erfüllen.
• Beim narbgebenden Negativtiefziehen wird eine ungeprägte Folie erhitzt und dann mittels Vakuum in eine dreidimensionale Werkzeug-Form gezogen, die das gewünschte Narbbild als Negativ enthält. Ein Problem bei den im Stand der Technik hierzu bekannten Verfahren besteht darin, dass die so genarbte und konturierte Folie Markierungen auf der später sichtbaren Außenseite an den Stellen aufweist, an denen die oft aus einzelnen Formteilen bestehende Werkzeug-Form aneinander stoßen und also kleine Nähte bilden.
• Die EP 1 320 451 B1 beschreibt und löst das Problem der durch einzelne Formteile entstehenden Nähte bei anderen Herstellungsverfahren, nämlich bei den oben bereits beschriebenen Sinter- oder Sprühverfahren, bzw. bei den Verfahren zur Herstellung von Slush-Häuten durch Rotationssintern durch das Einlegen einer Zwischenfolie aus Silikon, die die Nähte überdeckt und gleichzeitig die Narbung beinhaltet. Bei diesen Verfahren wird jedoch eine flüssige bzw. rieselfähige Kunststoffmasse mit Hilfe eines Innenstempels in die Form gepresst, wodurch eine Abformung der Oberflächenstruktur relativ einfach erfolgen kann. Bei Tiefziehverfahren galt diese Verfahrensweise bisher als nicht anwendbar.
• Bisher sind im Wesentlichen zwei Verfahren / Werkzeugvarianten bekannt, mit denen Folien im IMG - Verfahren hergestellt werden können. Dies ist zum einen die Nutzung einer galvanisch hergestellten porösen Nickelschale, die auf ihrer Innenseite ein Negativ der gewünschten Oberflächenstruktur der Folie aufweist. Hergestellt werden solche Nickelschalen unter Nutzung eines Muttermodells mit entsprechend erforderlicher Modellschiene zu erosiven Einbringung der Narbstruktur entweder durch Ätzen oder Beledern. Auch kennt man die Nutzung einer gefrästen Konturschale, meisten metallisch, in die ebenfalls eine Narbstruktur (Negativ) durch Ätzen eingebracht wird. Des Weiteren müssen in diese noch feine Röhren eingefräst werden, durch die später das Vakuum gezogen werden kann. Beide diese bekannten Verfahren erfordern ein umfangreiches und kostenintensives direktes Bearbeiten der metallischen Form.
• Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für Kunststoff-Formteile durch das narbgebendes Negativtiefziehen bereitzustellen, welches eine sichere Formgebung und Oberflächenprägung der eingesetzten Folie erlaubt und ungewünschte Naht-Abdrücke bei aus mehreren Formteilen bestehenden Werkzeugformen vermeidet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls ist eine besonders geeignete Verwendung des Herstellungsverfahrens offenbart.
• Dabei ist die Negativform von einer Silikonschale bedeckt und die der Kunststoff-Folie zugewandte Oberfläche der Silikonschale weist das Negativ der aufzubringenden dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf, wobei die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die zum Aufbringen eines Unterdrucks zwischen Silikonschale und Kunststoff-Formteil geeignet sind. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass sich in eine Silikonschale mit einer im Verhältnis zur üblichen flexiblen Silikonfolie hinreichenden Festigkeit eine Lochung einbringen lässt, die nicht durch den Unterdruck „zugezogen“ wird, wodurch eine hervorragende Formung und Oberflächengestaltung der Kunststoff-Folie erreicht wird. Dadurch ist eine sichere Anlage und Formung der Kunststoff-Folie durch den zwischen letzterer und der Silikonschale aufgebauten Unterdruck gegeben. Die Unterdruckleitungen in der Werkzeug-Form können dabei wesentlich einfacher als bisher und zum Beispiel lediglich in Form einiger weniger und entsprechend groß dimensionierten Kanäle erfolgen. Darüber hinaus entfällt durch die lediglich mit dem Negativ der Oberflächenstruktur herzustellende Silikonschale das direkte Bearbeiten der metallischen Form, so dass auch sich ändernde Narbungen leicht realisieren lassen, ohne dass die ganze Form wertlos wird.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die mit einer Nadel eingebracht werden. Dies ist eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Einbringen der Löcher, die auch mit eine Nadelwalze leicht ausgeführt werden kann.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die mit einem Laserstrahl eingebracht werden. Hierdurch ergibt sich eine große Genauigkeit in der Positionierung der Löcher, was insbesondere für stärker umgeformte Bereiche wichtig ist. Außerdem werden mit einem Laserstrahl die Löcher gebrannt, also das vorher vorhandene Material entfernt und nicht nur verdrängt. Damit bleiben die Löcher auch bei starkem Unterdruck offen und können sich nicht „zuziehen“.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Kunststoff-Folie bereits in der Negativform rückseitig mit einer Schicht aus Kunststoff- Schaum versehen wird. Dadurch, dass die Folie damit nicht aus der Form entfernt werden und in eine nachfolgende Form eingesetzt werden muss, vereinfacht man die weiteren Arbeitsschritte.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass zur Ausformung der Schicht aus Kunststoff-Schaum ein inneres Formwerkzeug in die Negativform einsetzbar ist. Hierdurch wird das Aushärten einer stabilen Trägerstruktur aus Schaumstoff vereinfacht.
• Eine besonders vorteilhafte Verwendung des Verfahrens ergibt sich bei der Herstellung eines Teiles einer Innenverkleidung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Armaturenbrettes für ein Kraftfahrzeug. Solche Armaturenbretter besitzen oft stark umgeformte Bereiche, die für Fahrer und Beifahrer direkt und permanent sichtbar sind. Dies gilt beispielsweise für die Instrumentenhaube, für das Handschuhfach und für Lüftungsdüsen und -ausschnitte. Diese Bereiche werden häufig durch einzelne Formteile, so genannte „Schieber“, oft auch als Hinterschnitte, in der Herstellungsform erzeugt. Gerade solche Formteile erzeugen aber die oben geschilderten Naht-Abdrücke auf dem Produkt. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es nun, jegliche störende Abdrücke im sichtbaren Bereich eine Armaturenbrettes zu vermeiden.

Claims (7)

1. Verfahren zu Herstellung von warmformbaren Kunststoff-Formteilen aus Polymer-Formhäuten oder -Folien mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur nach dem Negativ-Tiefzieh-Verfahren, insbesondere mit einer Narbung auf der Oberfläche, wobei die Kunststoff-Folie vor dem Tiefziehen einer Vorwärmung bis auf eine Temperatur unterzogen wird, bei dem die Kunststoff-Folie zur Bildung der Oberflächenstruktur thermoplastisch verformbar wird, und bei dem die Kunststoff-Folie danach mittels Unterdruck in/auf eine Negativform gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform von einer Silikonschale bedeckt ist und die der Kunststoff-Folie zugewandte Oberfläche der Silikonschale das Negativ der aufzubringenden dreidimensionalen Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die zum Aufbringen eines Unterdrucks zwischen Silikonschale und Kunststoff-Folie geeignet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die mit einer Nadel eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Silikonschale mit Löchern versehen ist, die mit einem Laserstrahl eingebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folie in der Negativform rückseitig mit einer Schicht aus Kunststoff- Schaum versehen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausformung der Schicht aus Kunststoff-Schaum ein inneres Formwerkzeug in die Negativform einsetzbar ist.
6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung eines Teiles einer Innenverkleidung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Armaturenbrettes für ein Kraftfahrzeug.
7. Armaturenbrett für einen PKW, versehen mit einer nach Anspruch 1 bis 5 hergestellten genarbten Folie in Form einer Ledernachbildung.