DE102006026063A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Kunststoffformteilen - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils (12) aus mindestens einer Lage eines Bahnmaterials (7) und einem Kunststoffkörper mit mindestens vier Werkzeugformhälften (3a, 3b, 5a, 5b), wobei zwischen je zwei Werkzeugformhälften eine Arbeitsebene (A, B) gebildet wird, mit den Schritten: a) Einlegen eines Bahnmaterials (7) zwischen die Werkzeugformhälften in der ersten Arbeitsebene (A), b) Zufahren der Werkzeugformhälften der ersten Arbeitsebene (A) unter Verformung des Bahnmaterials (7), c) Öffnen der Werkzeugformhälften der ersten Arbeitsebene (A), d) Verbringen des vorgeformten Bahnmaterials (7') in die zweite Arbeitsebene (B), e) Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene (B) an das in der ersten Arbeitsebene vorgeformte Bahnmaterial (7'), f) Entnehmen des Verbund-Kunststoffformteils.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Verbund-Kunststoffformteilen mit mindestens einer Beschichtungslage aus einem Bahnmaterial bzw. Dekormaterial (Folien, Laminate, Gewebe, allgemein flächige Materialien) und einem Kunststoffkörper. Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung, mit der das Verfahren ausgeübt werden kann.
  • Derartige Verbund-Kunststoffformteile werden heutzutage beispielsweise für Möbel, Haushaltsgeräte etc. und in der Automobilindustrie für Türinnenverkleidungen, Armaturenbretter, Kofferraumverkleidungen, Sonnenblenden etc. verwendet. Die beschichteten Flächen der Kunststoffformteile bilden dabei die im montierten Zustand sichtbaren Flächen und sind unter ästhetischen Gesichtspunkten gestaltet, tragen Dekore und/oder haben bestimmte Oberflächenbeschaffenheiten wie farbliche Gestaltung, Oberflächenstruktur oder taktile Eigenschaften wie beispielsweise "Soft-Touch", d.h. eine gewisse Oberflächennachgiebigkeit, wofür häufig geschäumte Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. Im folgenden werden derartige Beschichtungsmaterialien einschließlich Folien, geschäumter Kunststoffe, Dekormaterialien etc. allgemein als Bahnmaterialien bezeichnet. Da derartige Bahnmaterialien häufig sehr sensibel gegen Verformungen und Wärme reagieren, werden beim Hinterspritzen von Bahnmaterialien bei einem Spritzgießwerkzeug Prägewege bis zu 150 mm verwendet, um die Belastung auf das Bahnmaterial zu reduzieren.
  • Aus der EP-0333198 B1 und der DE-19531143 C2 sind sogenannte Vertikalmaschinen zur Herstellung von Verbund-Kunststofformteilen bekannt. Die EP-0333198 B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils, bei dem das Bahnmaterial auf eine Formhälfte eines geöffneten Spritzgießwerkzeuges aufgelegt wird und anschließend die Form geschlossen wird, wobei während des Schließvorgangs plastifizierte Kunststoffmasse in die Form eingebracht wird. Dieses Verfahren soll verhindern, dass das Bahnmaterial durch die eingebrachte Kunststoffmasse beschädigt wird. Einen anderen Weg schlägt die DE-19531143 C2 vor, die ebenfalls ein Verfahren zum Spritzpressen von Kunststoffformteilen betrifft. Gemäß diesem Verfahren wird das Bahnmaterial in die offene Form eingelegt, die Form wird geschlossen und verformt das Bahnmaterial, und während des anschließenden Öffnungsvorgangs wird plastifizierte Kunststoffmasse in die sich öffnende Form eingebracht; nach dem Einbringen der plastifizierten Kunststoffmasse wird die Form geschlossen und die Kunststoffmasse im Formhohlraum verpresst.
  • Aus der DE-OS 2548318 und der EP 1115547 B1 sind sogenannte „Horizontalmaschinen" zur Herstellung von Verbund-Kunststofformteilen bekannt. Gemäß der DE-OS 2548318 wird erwärmtes Bahnmaterial zwischen die Formhälften eingebracht, an eine der Formhälften wird Unterdruck angelegt, so daß das Bahnmaterial sich an die Formhälfteninnenwand anlegt, die Form wird bis auf einen Spalt geschlossen, anschließend wird plastifizierte Kunststoffmasse in den so etwas vergrößerten Formhohlraum eingespritzt und schließlich durch endgültiges Verschließen der Form im Formhohlraum verteilt. Gemäß der EP 1115547 B1 wird ein Bahnmaterial zwischen die Werkzeugformhälften eines geöffneten Spritzgießwerkzeugs eingelegt, das Werkzeug wird unter Vorformung des Bahnmaterials geschlossen, an eine Seite des Bahnmaterials wird Unterdruck angelegt und/oder Überdruck an die andere Seite des Bahnmaterials, so daß sich das Bahnmaterial an eine Formhälfte anschmiegt, und unter gesteuerter Öffnung des Spritzgießwerkzeugs bis zu einer vorgegebenen Stellung wird dosiert plastifizierte Kunststoffmasse in den Formhohlraum des Spritzgießwerkzeugs eingebracht, das Spritzgießwerkzeug wird vollständig zugefahren und das Verbund-Kunststofformteil ausgeformt und anschließend wird das fertige Verbund-Kunststofformteil aus der Form entnommen.
  • Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist, dass die Zykluszeit vergleichsweise groß ist, denn mit dem Hinterspritzen des vorgeformten Bahnmaterials kann erst gestartet werden, wenn das Bahnmaterial vorpositioniert und gegebenenfalls vorgeformt ist.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kunststofformteils, nachfolgend beschichtetes Kunststoffformteil, anzugeben, bei dem pro Zeiteinheit mehr Verbund-Kunststoffformteile als mit dem zuvor genannten Stand der Technik hergestellt werden können. Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine geeignete Vorrichtung hierfür anzugeben.
  • Die Lösung der zuerst genannten Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Dadurch dass die „Vorarbeiten" und das eigentliche Anspritzen der Kunststoffmasse in separaten Arbeitsebenen erfolgt, können pro Zeiteinheit mehr Verbund-Kunststoffformteile hergestellt werden als beim Stand der Technik, wo nur mit einer einzigen Arbeitsebene gearbeitet wird.
  • Je nachdem welche Spritzgießmaschine verwendet wird und wie der Verfahrensablauf im Einzelnen optimal zu gestalten ist, kann das Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene mehr oder weniger simultan zum Vorformen des Bahnmaterials in der ersten Arbeitsebene erfolgen oder das Vorformen und das Anspritzen können mehr oder weniger sequentiell zueinander ablaufen.
  • Insbesondere bei empfindlichen Bahnmaterialen kann die plastifizierte Kunststoffmasse in einen vorvergrößerten Formhohlraum in der zweiten Arbeitsebene eingespritzt werden. Die plastifizierte Kunststoffmasse kann auch in sich öffnende Werkzeugformhälften eingebracht und anschließend beim Zufahren mit dem Bahnmaterial verpresst werden.
  • Eine körnige Oberfläche auf der Aussenseite des Bahnmaterials kann erreicht werden, indem eine diese Oberflächenstruktur abbildende Formoberfläche vorgesehen wird. Man spricht hierbei vom sogenannten In-Mold-Graining.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Spritzgießmaschine zur Ausübung des Verfahrens;
  • 2 eine Draufsicht auf das Modul mit der Dreheinrichtung
  • 3.1–3.12 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
  • Die 1 zeigt eine Spritzgießmaschine mit einer Plastifizier- und Einspritzeinheit 11, feststehenden Formaufspannplatte 2, einer beweglichen Formaufspannplatte 4 und einer Wendeplatte 6. Die Formaufspannplatten tragen Formwerkzeuge 3a, 5a und die Wendeplatte 6 weitere Formwerkzeuge 3b und 5b, die in geschlossenem Zustand mit den Formwerkzeugen 3a und 5a zusammenwirken und Arbeitsebenen A und B bilden. Jeder dieser Arbeitsebenen ist außerdem ein Roboter 13 und 14 zugeordnet. Mit dem der Arbeitsebene A zugeordneten Roboter 13 kann ein Dekormaterial in die erste Arbeitsebene A eingebracht und dort vorgeformt werden. Mit dem der Arbeitsebene B zugeordneten Roboter 14 können fertig hinterspritzte und damit beschichtete Formteile aus der Spritzgießmaschine entnommen werden. Die bewegliche Formaufspannplatte 4 wird über Holme 8, die durch die feste Formaufspannplatte 2 geführt sind, auf die feste Formaufspannplatte zu oder von dieser wegbewegt. Hierzu ist ein Antrieb 10 vorgesehen, der beispielsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit sein kann, wobei die Holme 8 an diesem Ende mit einem Kolben versehen sind, der beidseitig mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.
  • Der gesamte Aufbau aus Antrieb und Formaufspannplatten ist auf einem Modulrahmen 20 gelagert, der seinerseits auf einem Maschinenbett 35 der Spritzgießmaschine befestigt ist. Die 2 zeigt in perspektivischer Draufsicht Einzelheiten des Modulrahmens. Demnach ist in dem Modulrahmen 20 eine Grundplatte 26 in Linearführungen 22 verschiebbar gelagert, wobei die Grundplatte 26 über Hydraulikzylinder 24 oder Spindeln oder dergleichen in Maschinenlängsrichtung verschoben werden kann. Die Grundplatte 26 trägt einen Drehteller 36, auf dem die Wendeplatte 6 befestigt werden kann. Desweiteren weist der Modulrahmen an seiner Oberseite Gleitführungen 28 zum Führen der beweglichen Formaufspannplatte 4 auf. Eine Strebe 30 dient zur Aufnahme der festen Formaufspannplatte 2. Streben 32 und 34 schließen den Modulrahmen nach außen ab und dienen beispielsweise der Abstützung einer Platte des Antriebs 10.
  • Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nachfolgend anhand der 3.1–3.12 näher erläutert werden.
  • 3.1 zeigt die Ausgangssituation bei geöffneter Schließeinheit, d.h. die Formwerkzeuge 3a, b und 5a, b befinden sich in geöffnetem Zustand und die Arbeitsebenen A und B sind frei zugänglich für die Roboter 13 und 14. In der Formwerkzeughälfte 5a sind ein oder mehrere Druckluftkanäle 9 und in den Formwerkzeughälften 5b und 3b auf der Wendeplatte 6 sind ein oder mehrere Vakuumkanäle 12 vorgesehen.
  • Gemäß 3.2 wird von dem Roboter 13 ein vorzugsweise vorgewärmtes Dekormaterial 7 in die Arbeitsebene A eingebracht und dort vorpositioniert. Anschließend (3.3) wird die Schließeinheit zugefahren und das Dekormaterial 7 durch Tiefziehen vorgeformt. Das Vorforman kann bedarfsweise mittels Druckluft über die Kanäle 9 und/oder Unterdruck in den Vakuumkanälen 12 unterstützt werden. Bei diesem Tiefziehen wird außerdem eine etwaige in einer Formwerkzeughälften vorhandene Struktur, beispielsweise eine Narbung, auf das Dekormaterial abgeformt (sogenanntes In-Mold-Graining).
  • Anschließend werden die Formwerkzeughälften 3a, b und 5a, b auseinandergefahren (3.4) und nachfolgend die Wendeplatte 6 um 180° um die vertikale Achse gedreht (3.5), so dass sich nunmehr das vorgeformte Dekormaterial 7' in der Arbeitsebene B befindet. In der Arbeitsebene A wird nun ein neues Dekormaterial 7 positioniert (3.6). Nachfolgend wird die Schließeinheit zugefahren (3.7), wobei das neue Dekormaterial in der Arbeitsebene A vorgeformt wird, gegebenenfalls unter Zuschaltung von Druckluft in den Kanälen 9 und/oder Unterdruck in den Kanälen 12.
  • In dem nachfolgenden Zyklusabschnitt (3.8) wird die Arbeitsebene B aufgefahren und Kunststoffschmelze in die sich öffnende Form an das vorgeformte Dekormaterial 7' angespritzt. Ab einem vorgebbarem Öffnungsweg wird die Öffnungsbewegung gestoppt und die Form wieder zugefahren, wobei die Schmelze in der Kavität verteilt und das Verbund-Kunststoffformteil ausgeformt wird (3.9). Nach einer vorgebbaren Abkühlzeit werden die Formhälften wieder auseinander gefahren (3.10); nunmehr befinden sich auf der Wendeplatte 6 einerseits ein fertiges Verbund-Kunststoffformteil 12 (in der Formwerkzeughälfte 5b) und andererseits ein vorgeformtes Dekormaterial 7 (in der Formwerkzeughälfte 3b). Nun (3.11) kann das fertige Verbund-Kunststofformteil 12 von dem Roboter 14 aus der Arbeitsebene B entnommen werden und die Wendeplatte 6 erneut um 180° gedreht werden, damit der Zyklus von vorne beginnen kann, d.h. in der Arbeitsebene A wird ein neues Dekormaterial 7 bereitgestellt und das zuvor vorgeformte Dekormaterial befindet sich in der Arbeitsebene B, wo es wie oben beschrieben mit Kunststoffschmelze hinterspritzt werden kann.
    • 2
    Feststehende Formaufspannplatte
    3a, 3b
    Formwerkzeughälften
    4
    Bewegliche Formaufspannplatte
    5a, b
    Formwerkzeughälften
    6
    Wendeplatte
    7
    Dekormaterial
    8
    Holme
    9
    Druckluftkanal
    10
    Kolben-Zylinder-Einheit
    11
    Plastifizier- und Einspritzeinheit
    12
    Verbund-Kunststoffformteil
    13
    Erster Roboter
    14
    Zweiter Roboter
    20
    Modulrahmen
    22
    Linearführungen
    24
    Hydraulikzylinder
    26
    Grundplatte
    28
    Gleitführungen
    30
    Strebe
    32
    Strebe
    34
    Strebe
    35
    Maschinenbett
    36
    Drehteller

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils aus mindestens einer Lage eines Bahnmaterials und einem Kunststoffkörper mit mindestens vier Werkzeugformhälften, wobei zwischen je zwei Werkzeugformhälften eine Arbeitsebene gebildet wird, mit den Schritten: a) Einlegen eines Bahnmaterials zwischen die Werkzeugformhälften in der ersten Arbeitsebene, b) Zufahren der Werkzeugformhälften der ersten Arbeitsebene unter Verformung des Bahnmaterials, c) Öffnen der Werkzeugformhälften der ersten Arbeitsebene, d) Verbringen des vorgeformten Bahnmaterials in die zweite Arbeitsebene, e) Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene an das in der ersten Arbeitsebene vorgeformte Bahnmaterial, f) Entnehmen des Verbund-Kunststoffformteils.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene simultan oder sequentiell zum Vorformen des Bahnmaterials in der ersten Arbeitsebene erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) die plastifizierte Kunstsoffmasse in einen vorvergrößerten Formhohlraum eingebracht wird und die Werkzeugformhälften nach oder vor Beendigung des Einbringens zugefahren werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) die Werkzeugformhälften zunächst zugefahren werden, dass die plastifizierte Kunststoffmasse in die sich öffnenden Werkzeugformhälften eingebracht wird und dass die Werkzeugformhälften vor oder nach dem Ende des Einbringens der Kunststoffmasse wieder zugefahren werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) auf der Aussenseite des Bahnmaterials eine Oberflächenstruktur erzeugt wird, indem eine diese Oberflächenstruktur abbildende Formoberfläche vorgesehen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das Bahnmaterial mit Druckluft und/oder Unterdruck beaufschlagt wird.
  7. Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Schließeinheit, die eine erste Werkzeugaufspannplatte und eine zweite Werkzeugaufspannplatte sowie eine dazwischen angeordnete und um eine vertikale Drehachse drehbare Mittelplatte (Wendeplatte) aufweist, so daß zwei Arbeitsebenen (A, B) bildbar sind, mit einer Einrichtung zum Einführen und Positionieren von Bahnmaterial in die erste Arbeitsebene (A), mit einer Plastifziereinheit zum Plastifizieren und Einspritzen von Kunststoffmasse in die zweite Arbeitsebene (B), sowie mit Mitteln zum Drehen der Wendeplatte.
  8. Spritzgießmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine feststehende und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte vorgesehen sind und dass die Wendeplatte in Richtung der Maschinenlängsachse verschieblich ist, wobei die Wendeplatte und die bewegliche Werkzeugaufspannplatte unabhängig voneinander verschiebbar sind, so dass in einer Arbeitsebene ein Spritzprägevorgang durchführbar ist.
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