DE102006026063B4 - Verfahren zur Herstellung von beschichteten Verbund-Kunststoffformteilen und Spritzgießmaschine hierfür - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils (17) aus mindestens einer Lage eines Dekor-Bahnmaterials (7) und einem Kunststoffkörper mit mindestens vier Werkzeugformhälften (3a, 3b, 5a, 5b), wobei zwischen je zwei Werkzeugformhälften eine Arbeitsebene (A, B) gebildet wird, und wobei zwei Werkzeugformhälften (3b, 5b) auf einer als Wendeplatte (6) ausgebildeten drehbaren Mittelplatte angeordnet sind und zu beiden Seiten der Wendeplatte (6) jeweils eine Arbeitsebene (A, B) gebildet wird, mit den Schritten:a) Einlegen des Dekor-Bahnmaterials (7) zwischen die Werkzeugformhälften (5a, 5b) in der ersten Arbeitsebene (A),b) Zufahren der Werkzeugformhälften (5a. 5b) der ersten Arbeitsebene (A) unter Verformung des Dekor-Bahnmaterials (7), wobei auf der Außenseite des Dekor-Bahnmaterials (7) eine Oberflächenstruktur erzeugt wird,c) Öffnen der Werkzeugformhälften (5a, 5b) der ersten Arbeitsebene (A),d) Verbringen des vorgeformten Dekor-Bahnmaterials (7') durch Drehen der Wendeplatte (6) in die zweite Arbeitsebene (B),e) Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene (B) an das in der ersten Arbeitsebene (A) vorgeformte Dekor-Bahnmaterial (7'),f) Entnehmen des Verbund-Kunststoffformteils (17).
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 weiter 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 derDE-19531143 C2 sind sogenannte Vertikalmaschinen zur Herstellung von Verbund-Kunststoffformteilen bekannt. DieEP-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 dieDE-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 25 48 318 A1und derEP 1115547 B1 sind sogenannte „Horizontalmaschinen“ zur Herstellung von Verbund-Kunststoffformteilen bekannt. Gemäß derDE 25 48 318 A1 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 derEP 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-Kunststoffformteil ausgeformt und anschließend wird das fertige Verbund-Kunststoffformteil aus der Form entnommen. - Weitere Verfahren zum Herstellen von Verbund-Kunststoffformteilen mit mindestens einer Beschichtungslage aus einem Bahnmaterial bzw. Dekormaterial sind bekannt aus
DE 43 13 951 A1 ,DE 198 43 921 A1 undDE 199 49 263 A1 . - Die Dokumente
EP 0 320 925 B1 undEP 1 284 182 A2 offenbaren die Herstellung eines Verbund-Kunststoffformteils mit eingeformter Oberflächenstruktur. - 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.
- Aus dem Dokument von Michaeli, W.; Brunswick, A.; Brockmann: „One-Shot Manufacturing" in Kunststoffe, Bd.88, Nr.10, vom 1.1.1998, S.1784-1788, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils durch Hinterspritzen einer Dekorfolie unter Verwendung von zwei Arbeitsebenen bekannt.
- Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kunststoffformteils mit einer Oberflächenstruktur, nachfolgend beschichtetes Kunststoffformteil, anzugeben, bei dem pro Zeiteinheit mehr Verbund-Kunststoffformteile mit einer Oberflächenstruktur 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 6. 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 wird erreicht, 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 Einspritzeinheit11 , feststehenden Formaufspannplatte2 , einer beweglichen Formaufspannplatte4 und einer Wendeplatte6 . Die Formaufspannplatten tragen Formwerkzeuge3a ,5a und die Wendeplatte6 weitere Formwerkzeuge3b und5b , die in geschlossenem Zustand mit den Formwerkzeugen3a und5a zusammenwirken und ArbeitsebenenA undB bilden. Jeder dieser Arbeitsebenen ist außerdem ein Roboter13 und14 zugeordnet. Mit dem der ArbeitsebeneA zugeordneten Roboter13 kann ein Dekormaterial in die erste ArbeitsebeneA eingebracht und dort vorgeformt werden. Mit dem der ArbeitsebeneB zugeordneten Roboter14 können fertig hinterspritzte und damit beschichtete Formteile aus der Spritzgießmaschine entnommen werden. Die bewegliche Formaufspannplatte4 wird über Holme8 , die durch die feste Formaufspannplatte2 geführt sind, auf die feste Formaufspannplatte zu oder von dieser wegbewegt. Hierzu ist ein Antrieb10 vorgesehen, der beispielsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit sein kann, wobei die Holme8 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 Maschinenbett35 der Spritzgießmaschine befestigt ist. Die2 zeigt in perspektivischer Draufsicht Einzelheiten des Modulrahmens. Demnach ist in dem Modulrahmen20 eine Grundplatte26 in Linearführungen22 verschiebbar gelagert, wobei die Grundplatte26 über Hydraulikzylinder24 oder Spindeln oder dergleichen in Maschinenlängsrichtung verschoben werden kann. Die Grundplatte26 trägt einen Drehteller36 , auf dem die Wendeplatte6 befestigt werden kann. Des Weiteren weist der Modulrahmen an seiner Oberseite Gleitführungen28 zum Führen der beweglichen Formaufspannplatte4 auf. Eine Strebe30 dient zur Aufnahme der festen Formaufspannplatte2 . Streben32 und34 schließen den Modulrahmen nach außen ab und dienen beispielsweise der Abstützung einer Platte des Antriebs10 . - 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 Formwerkzeuge3a,b und5a,b befinden sich in geöffnetem Zustand und die ArbeitsebenenA undB sind frei zugänglich für die Roboter13 und14 . In der Formwerkzeughälfte5a sind ein oder mehrere Druckluftkanäle9 und in den Formwerkzeughälften5b und3b auf der Wendeplatte6 sind ein oder mehrere Vakuumkanäle12 vorgesehen. - Gemäß
3.2 wird von dem Roboter13 ein vorzugsweise vorgewärmtes Dekormaterial7 in die ArbeitsebeneA eingebracht und dort vorpositioniert. Anschließend (3.3 ) wird die Schließeinheit zugefahren und das Dekormaterial7 durch Tiefziehen vorgeformt. Das Vorformen kann bedarfsweise mittels Druckluft über die Kanäle9 und/oder Unterdruck in den Vakuumkanälen12 unterstützt werden. Bei diesem Tiefziehen wird außerdem eine in einer Formwerkzeughälfte vorhandene Struktur, beispielsweise eine Narbung, auf das Dekormaterial abgeformt (sogenanntes In-Mold-Graining). - Anschließend werden die Formwerkzeughälften
3a,b und5a,b auseinandergefahren (3.4 ) und nachfolgend die Wendeplatte6 um 180° um die vertikale Achse gedreht (3.5 ), so dass sich nunmehr das vorgeformte Dekormaterial7' in der ArbeitsebeneB befindet. In der ArbeitsebeneA wird nun ein neues Dekormaterial7 positioniert (3.6 ). Nachfolgend wird die Schließeinheit zugefahren (3.7 ), wobei das neue Dekormaterial in der ArbeitsebeneA vorgeformt wird, gegebenenfalls unter Zuschaltung von Druckluft in den Kanälen9 und/oder Unterdruck in den Kanälen12 . - In dem nachfolgenden Zyklusabschnitt (
3.8 ) wird die ArbeitsebeneB aufgefahren und Kunststoffschmelze in die sich öffnende Form an das vorgeformte Dekormaterial7' 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 Wendeplatte6 einerseits ein fertiges Verbund-Kunststoffformteil17 (in der Formwerkzeughälfte5b ) und andererseits ein vorgeformtes Dekormaterial7 (in der Formwerkzeughälfte3b ). Nun (3 .11) kann das fertige Verbund-Kunststoffformteil17 von dem Roboter14 aus der ArbeitsebeneB entnommen werden und die Wendeplatte6 erneut um 180° gedreht werden, damit der Zyklus von vorne beginnen kann, d.h. in der ArbeitsebeneA wird ein neues Dekormaterial7 bereitgestellt und das zuvor vorgeformte Dekormaterial befindet sich in der ArbeitsebeneB , wo es wie oben beschrieben mit Kunststoffschmelze hinterspritzt werden kann. - Bezugszeichenliste
-
- 2
- Feststehende Formaufspannplatte
- 3a, 3b
- Formwerkzeughälften
- 4
- Bewegliche Formaufspannplatte
- 5a, 5b
- Formwerkzeughälften
- 6
- Wendeplatte
- 7
- Dekormaterial
- 8
- Holme
- 9
- Druckluftkanal
- 10
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 11
- Plastifizier- und Einspritzeinheit
- 12
- Vakuumkanal
- 13
- Erster Roboter
- 14
- Zweiter Roboter
- 17
- Verbund-Kunststoffformteil
- 20
- Modulrahmen
- 22
- Linearführungen
- 24
- Hydraulikzylinder
- 26
- Grundplatte
- 28
- Gleitführungen
- 30
- Strebe
- 32
- Strebe
- 34
- Strebe
- 35
- Maschinenbett
- 36
- Drehteller
Claims (7)
- Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Kunststoffformteils (17) aus mindestens einer Lage eines Dekor-Bahnmaterials (7) und einem Kunststoffkörper mit mindestens vier Werkzeugformhälften (3a, 3b, 5a, 5b), wobei zwischen je zwei Werkzeugformhälften eine Arbeitsebene (A, B) gebildet wird, und wobei zwei Werkzeugformhälften (3b, 5b) auf einer als Wendeplatte (6) ausgebildeten drehbaren Mittelplatte angeordnet sind und zu beiden Seiten der Wendeplatte (6) jeweils eine Arbeitsebene (A, B) gebildet wird, mit den Schritten: a) Einlegen des Dekor-Bahnmaterials (7) zwischen die Werkzeugformhälften (5a, 5b) in der ersten Arbeitsebene (A), b) Zufahren der Werkzeugformhälften (5a. 5b) der ersten Arbeitsebene (A) unter Verformung des Dekor-Bahnmaterials (7), wobei auf der Außenseite des Dekor-Bahnmaterials (7) eine Oberflächenstruktur erzeugt wird, c) Öffnen der Werkzeugformhälften (5a, 5b) der ersten Arbeitsebene (A), d) Verbringen des vorgeformten Dekor-Bahnmaterials (7') durch Drehen der Wendeplatte (6) in die zweite Arbeitsebene (B), e) Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene (B) an das in der ersten Arbeitsebene (A) vorgeformte Dekor-Bahnmaterial (7'), f) Entnehmen des Verbund-Kunststoffformteils (17).
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzen von plastifizierter Kunststoffmasse in der zweiten Arbeitsebene (B) simultan oder sequentiell zum Vorformen des Dekor-Bahnmaterials (7) in der ersten Arbeitsebene (A) erfolgt. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) die plastifizierte Kunststoffmasse in einen vorvergrößerten Formhohlraum eingebracht wird und die Werkzeugformhälften (3a. 3b) nach oder vor Beendigung des Einbringens zugefahren werden. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) die Werkzeugformhälften (3a, 3b) zunächst zugefahren werden, dass die plastifizierte Kunststoffmasse in die sich öffnenden Werkzeugformhälften (3a, 3b) eingebracht wird und dass die Werkzeugformhälften (3a, 3b) vor oder nach dem Ende des Einbringens der Kunststoffmasse wieder zugefahren werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das Dekor-Bahnmaterial (7) mit Druckluft (9) und/oder Unterdruck (12) beaufschlagt wird.
- Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Schließeinheit, die eine erste Werkzeugaufspannplatte (2) und eine zweite Werkzeugaufspannplatte (4) sowie eine dazwischen angeordnete und um eine vertikale Drehachse drehbare als Wendeplatte (6) ausgebildete Mittelplatte aufweist, wobei auf den Werkzeugaufspannplatten (2, 4) jeweils eine Werkzeugformhälfte (3a. 5a) und auf der Wendeplatte (6) zwei Werkzeugformhälften (3b, 5b) angeordnet sind und wobei zwischen je zwei Werkzeugformhälften (3a, 3b; 5a, 5b) Arbeitsebenen (A, B) bildbar sind, mit einer Einrichtung (13) zum Einführen und Positionieren von Dekor-Bahnmaterial (7) in die erste Arbeitsebene (A), mit einer Plastifiziereinheit zum Plastifizieren und Einspritzen von Kunststoffmasse in die zweite Arbeitsebene (B), sowie mit Mitteln zum Drehen der Wendeplatte (6), wobei die auf der Wendeplatte (6) angeordneten Werkzeugformhälften (3b, 5b) jeweils eine eine Oberflächenstruktur aufweisende Formoberfläche aufweisen.
- Spritzgießmaschine nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass eine feststehende (2) und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte (4) vorgesehen sind und dass die Wendeplatte (6) in Richtung der Maschinenlängsachse verschieblich ist, wobei die Wendeplatte (6) und die bewegliche Werkzeugaufspannplatte (4) unabhängig voneinander verschiebbar sind, so dass in einer Arbeitsebene (B) ein Spritzprägevorgang durchführbar ist.
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