DE102010030322A1

DE102010030322A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102010030322A1
Application number: DE201010030322
Authority: DE
Inventors: Peter Strasser; Roman Lesser; Karl-Heinz Stump; Karl Niebauer; Josef Huber-Hesselberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils (15) aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit: Einer ersten Werkzeughälfte (10), einer zweiten Werkzeughälfte (12), wobei mit den beiden Werkzeughälften (10, 12) eine Kavität (16) bildbar ist, eine Halteeinrichtung, mit der eine Folie (11) aufnehmbar und in einen Bereich zwischen die zwei Werkzeughälften einbringbar ist und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Folien (11) sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Formteils.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit den Schritten: Öffnen einer Kavität, die zwischen zwei Werkzeughälften gebildet wird, durch Auseinanderfahren zumindest einer ersten Werkzeughälfte von einer zweiten Werkzeughälfte, Einbringen einer Folie in den Bereich der Kavität zwischen den beiden Werkzeughälften, Aufheizen der Folie, Ansaugen der Folie mittels Unterdruck zumindest an einem Bereich der Wandung der ersten Werkzeughälfte, wobei der Bereich der Wandung zumindest abschnittsweise die Kavität bildet, Schließen der Kavität auf ein vorbestimmtes Volumen durch Zusammenfahren der Werkzeughälften und Hinterspritzen der Folie mittels Kunststoffmasse.
Bei den aus der Praxis bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen, von denen die Erfindung ausgeht, werden spritzgegossene Träger durch aufwendige Kaschier- oder Hinterschäumprozesse mit hochwertigen Oberflächen versehen. Solche Träger werden entweder nach dem Spritzgussintegralschaum-Verfahren (SGI), dem Thermoplast-Schaumpräge-Verfahren oder in kompakter Ausführung hergestellt. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der DE 100 62 557 A1 sowie aus der DE 2009 050 807 bekannt, bei denen nach dem Aufschäumvorgang die Bauteilwandstärken im Bereich von 2 mm bzw. 3,5 bis 4 mm liegen.
Aus der JP 09 011 344 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen eines mit Kunststoff hinter spritzten Gewebes bekannt.
Solche Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass eine hohe Anzahl von Verfahrensschritten zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, beispielsweise von Cockpit-Bauteilen für Kraftfahrzeuge, benötigt wird. Die hohe Anzahl an Verfahrensschritten bedingt hohe Herstellkosten bzw. Aufwendungen zur Herstellung der oben genannten Bauteile. Ferner werden auch hohe Investitionsaufwendungen durch die benötigten Werkzeuge erzeugt.
Demgegenüber macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art so weiterzubilden, dass die genannten Nachteile des Stands der Technik überwunden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem Bauteile herstellbar sind, die in sichtbaren Bereichen eine hohe Oberflächengüte, aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.
Zur Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit den Schritten, Öffnen einer Kavität, die zwischen zwei Werkzeughälften gebildet wird, durch Auseinanderfahren zumindest einer ersten Werkzeughälfte von einer zweiten Werkzeughälfte, Einbringen einer Folie in den Bereich der Kavität zwischen den beiden Werkzeughälften, Aufheizen der Folie, Ansaugen der Folie mittels Unterdruck zumindest an einem Bereich der Wandung der ersten Werkzeughälfte, wobei der Bereich der Wandung zumindest abschnittsweise die Kavität bildet, Schließen der Kavität auf ein vorbestimmtes Volumen durch Zusammenfahren zumindest einer der zwei Werkzeughälften zur anderen Werkzeughälfte, Hinterspritzen der Folie mittels Kunststoffmasse, Öffnen der Kavität durch Auseinanderfahren zumindest einer ersten Werkzeughälfte von der zweiten Werkzeughälfte, Entformen des Formteils. Dabei kann als Folie eine Dünnschichtfolie verwendet werden. Die Verwendung einer dünnen Folie bzw. einer Dünnschichtfolie bietet den Vorteil, dass kein Thermoformen bzw. Vorformen der Folie mit einem zusätzlichen, separaten Werkzeug notwendig ist. Darüber hinaus weisen Dünnschichtfolien ein niedriges Eigengewicht auf, wodurch die Gefahr der Faltenbildung reduziert wird. Ein weiterer Vorteil ist in der besseren Narbabbildung der Dünnschichtfolie zu sehen. Durch das Aufheizen der Folie kann die plastische Verformbarkeit der Folie wesentlich verbessert werden.
Weiterhin kann eine Folie mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 μm bis 500 μm, bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 400 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 200 μm oder von 200 μm bis 400 μm verwendet werden.
Darüber hinaus können in zumindest der ersten Werkzeughälfte Unterdruckkanäle und/oder Mikroporen angeordnet sein, über welche ein Unterdruck zwischen der Wandung und der Folie erzeugt wird, wobei die Folie aus einer ersten in eine zweite Position durch den erzeugten Unterdruck überführt wird. Der Unterdruck erzeugt eine Sogwirkung beispielsweise durch ein Vakuum zwischen Folie und Werkzeughälfte. Dies bietet den Vorteil, dass unmittelbar durch die Sogwirkung die Folie aus einer ersten Position in die zweite Position überführt wird, wobei keine Andruckstempel notwendig sind zum Anpressen der Folie an die jeweilige Werkzeughälfte.
Außerdem kann die erste Position der Folie der Position entsprechen, in der die Folie oder eine Haltevorrichtung, in der die Folie eingespannt ist, derart mit der ersten Werkzeughälfte in Verbindung steht, dass zwischen der Folie und der ersten Werkzeughälfte ein fluiddichter Bereich entsteht, und die zweite Position der Folie einer Position entsprechen, in der die Folie an der Wandung der ersten Werkzeughälfte anhaftet. Dies bietet den Vorteil, dass unmittelbar nach dem thermischen Aufheizen der Folie diese ausschließlich durch das Vakuum aus der ersten Position in die zweite Position überführt werden kann.
Weiterhin kann die Folie auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 250°C bevorzugt auf 190°C aufgeheizt werden. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Erwärmung in diesem Bereich die Folie besonders gut verformbar ist.
Zusätzlich oder alternativ kann das Hinterspritzen der Folie mittels Spritzguss-Integralschaumverfahren (SGI), Thermoplast-Schaumpräge-Verfahren und/oder in kompakter Ausführung erfolgen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit einer ersten Werkzeughälfte, einer zweiten Werkzeughälfte, wobei mit den beiden Werkzeughälften eine Kavität bildbar ist, einer Halteeinrichtung, mit der eine Folie aufnehmbar und in einen Bereich zwischen die beiden Werkzeughälften einbringbar ist, einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Folie, wobei in einer ersten Werkzeughälfte Unterdruckkanäle und/oder Mikroporen ausgebildet sind, mit denen ein Vakuum erzeugbar ist, so dass die Folie an einem Bereich einer Wandung der ersten Werkzeughälfte ansaugbar ist, wobei der Bereich der Wandung zumindest abschnittsweise die Kavität bildet, und die Halteeinrichtung mit der ersten Werkzeughälfte dichtend abschließbar ist, wobei ein dichtender Kontakt entweder zwischen der Halteeinrichtung und der ersten Werkzeughälfte oder zwischen der Folie und der ersten Werkzeughälfte stattfindet.
Zusätzlich kann die Vorrichtung Andrückmittel, zum Andrücken der Folie an die erste Werkzeughälfte aufweisen. Diese Andrückmittel sind optionale Umformhilfen bzw. Hilfsschieber, die als bewegliche Werkzeugteile in einem nicht sichtbaren Bereich der ersten Werkzeughälfte angeordnet sind Weiterhin können die Werkzeughälften aus einer geschlossenen Stellung, in der sie die Kavität bilden, in eine geöffnete Stellung, in der die Halteeinrichtung zwischen die Werkzeughälften einbringbar ist und vice versa überführbar sein.
Darüber hinaus können zur Folie gerichtete Öffnungen der Unterdruckkanäle der ersten Werkzeughälften in einem Bereich der Wandung angeordnet sein, der einem nicht-sichtbaren Bereich der Folie gegenüber steht, wobei der nicht-sichtbare Bereich in einem eingebauten Zustand des Formteils nicht sichtbar ist.
Darüber hinaus kann die Wandung der Kavität zumindest abschnittsweise genarbt sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an eine entsprechende Anwendung der Erfindung angepasst sind.
Es zeigen:
1a eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung während dem Verfahrensschritt, in dem die Folie aufgeheizt wird,
1b eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Stadium, in dem die Folie gerade an eine Wandung der ersten Werkzeughälfte angesaugt wird,
1c eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Prozessschrittes, in dem Kunststoff in die Kavität hinter die angesaugte Folie eingespritzt wird,
1d eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Prozessstadium, in dem gerade ein SGI-Hub stattfindet,
1e eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Prozessschritt, in dem die zwei Werkzeughälften gerade auseinandergefahren werden, wobei ein fertiges Bauteil an einer der Werkzeughälften anhaftet,
1f eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Stadium, in dem das fertige Formteil aus dem Werkzeug entformt wird, und
2 eine schematische Schnittansicht einer Werkzeughälfte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1a bis 1f soll im Folgenden zunächst der schematische, prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst eine erste Werkzeughälfte 10 und eine zweite Werkzeughälfte 12, die zueinander hin und voneinander weg bewegbar sind. Dabei kann wahlweise eine der beiden Werkzeughälften 10, 12 ortsfest sein, wobei die andere relativ dazu beweglich sein muss oder beide Werkzeughälften 10, 12 zueinander bewegbar ausgebildet sein. Somit können die Werkzeughälften 10, 12 der Vorrichtung 20 aus einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position und umgekehrt überführt werden. Die erste Werkzeughälfte 10 hat eine Vertiefung 10b, die in den Figuren beispielhaft und nicht einschränkend als rechteckige Vertiefung 10b dargestellt ist. Erfindungsgemäß können auch Vertiefungen 10b vorgesehen sein, die halbkreisförmig bzw. im Allgemeinen konvex oder konkav oder aus einer Kombination hieraus geformt sind.
In einer weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsform der Erfindung können an der ersten Werkzeughälfte 10 Andrückmittel vorgesehen sein, mit denen die Folie 11 an die Werkzeughälfte 10 angedrückt werden kann. Solche Andrückmittel sind beispielsweise als Hilfsschieber ausgebildeten und können vor oder während dem Ansaugen der Folie 11 diese an die Werkzeughälfte 10 andrücken, um eine verbesserte Anhaftung der Folie 11 an der Werkzeughälfte 10 zu erzeugen.
Die zweite Werkzeughälfte 12 hat einen vorspringenden Bereich 12b, der passend zu der Vertiefung 10b ausgebildet ist. Mit anderen Worten, der vorspringende Bereich 12b weist eine äußere geometrische Form auf, die derart ausgebildet ist, dass er im Wesentlichen in die Vertiefung 10b eingreifen kann und somit als Werkzeug mit Tauchkante fungiert. Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 jedoch im Bereich 10b und 12b auch jede beliebige dreidimensionale Geometrie aufweisen, so dass die Erfindung folglich nicht auf Ausführungen mit Tauchkante begrenzt ist. In einer geschlossenen Position der Vorrichtung 20 sind die Werkzeughälften 10, 12 derart zusammengefahren, dass zwischen der Vertiefung 10b und dem hervorspringenden Bereich 12b eine Kavität 16 ausgebildet ist. Diese Kavität 16 weist ein vorbestimmtes Volumen auf und ist gegenüber einem äußeren Bereich der Vorrichtung 20 im Wesentlichen gas- und/oder flüssigkeitsdicht d. h. fluiddicht. Eine solche geschlossene Position der Vorrichtung 20 ist in den 1c und 1d beispielhaft dargestellt. In der geöffneten Stellung sind die beiden Werkzeughälften 10, 12 so weit voneinander beabstandet, dass eine Dünnschichtfolie 11 bzw. Folie 11 und eine Heizeinrichtung 13 in den Bereich a zwischen der Werkzeughälften 10, 12 einbringbar ist. Eine solche geöffnete Stellung ist beispielhaft in den 1a, 1b, 1e und 1f dargestellt.
Die Folie weist eine Vorderseite 11a und eine Rückseite 11b auf. Die Folie 11 wird derart in die Vorrichtung 20 eingebracht, dass ihre Vorderseite 11a der ersten Werkzeughälfte 10 und ihre Rückseite 11b der zweiten Werkzeughälfte 12 zugewandt ist.
In der ersten Werkzeughälfte 10 sind Unterdruckkanäle und/oder Mikroporen (nicht dargestellt) vorgesehen, über die ein Unterdruck zwischen der ersten Werkzeughälfte und der Folie 11 erzeugbar ist. Dieser Unterdruck erzeugt ein Vakuum in der Vertiefung 10b und saugt dadurch die Folie 11 an einen Bereich einer Wandung 10a, die sich in der Vertiefung 10b befindet, an.
Die Unterdruckkanäle, die in der ersten Werkzeughälfte 10 vorgesehen sind, weisen Öffnungen auf, die zur Folie 11 hin gerichtet sind. Diese Öffnungen sind in der Vertiefung 10b vorgesehen und zwar an einer Stelle, die einem Bereich des späteren Formteils 15 entspricht, der in Einbaulage des Formteils 15 nicht sichtbar ist. Mit anderen Worten, die Öffnungen der Unterdruckkanäle erzeugen Abdrücke auf dem Formteil 15, die sich nachteilig auf die Oberflächengestalt der Folie 11 auswirken. Deswegen werden diese Öffnungen vorzugsweise so im Werkzeug 10 angeordnet, dass die erzeugten Abdrücke auf der Folie 11 in Bereichen dieser Folie 11 entstehen, die nachher, d. h. wenn das fertige Formteil 15 eingebaut ist, von außen, also von den Fahrzeuginsassen, nicht sichtbar ist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die erste Werkzeughälfte 10 zumindest abschnittsweise mikroporös ausgelegt sein. Eine solche Ausführungsform soll mit Bezug zu 2 beschrieben werden. Die darin abgebildete Werkzeughälfte 10 weist Unterdruckkanäle 21 auf sowie einen Abschnitt in dem Mikroporen 22 ausgebildet sind, die fluiddurchlässig sind. Wenn auf einer der Dünnschichtfolie 11 gegenüberliegenden Seite der ersten Werkzeughälfte 10 Unterdruck P_U erzeugt wird, der auch in den Unterdruckleitungen 21 und dem porösen Abschnitt 22 herrscht, wird die Dünnschichtfolie 11 an die Werkzeughälfte 10 angesaugt. In dieser Ausführungsform ist eine Vakuumanbindung des porösen Abschnitts im Sichtbereich ohne negative Auswirkungen möglich. Mit anderen Worten: die Unterdruckkanäle, die im sichtbaren Bereich in der ersten Werkzeughälfte 10 angeordnet sind, weisen an Ihren der Folie 11 zugewandten Enden Mikroporen 22 auf, da die Mikroporen keine Verformungen oder Abdrücke auf der Dünnschichtfolie 11 hinterlassen, die später im fertigen Bauteil sichtbar sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich zwischen zwei benachbarten Unterdruckkanälen 21, die in nicht sichtbaren Bereich angeordnet sind, keine Einschlüsse zwischen der Folie 11 und der ersten Werkzeughälfte 10 bilden. Solche Einschlüsse können beispielsweise Luftblasen bzw. Lunker sein, die unerwünschte Verformungen auf der Oberfläche des späteren Bauteils hinterlassen können.
In 1 ist in der gegenüber liegenden zweiten Werkzeughälfte 12 zumindest ein Injektionskanal 14 vorgesehen, mit dem flüssiger und/oder teigförmiger Kunststoff an eine Rückseite 11b der Folie 11 anspritzbar ist.
Die Vorrichtung 20 weist eine Heizeinrichtung 13 auf, mit der die Folie 11 erwärmt wird. Die Heizeinrichtung 13 wird dabei zwischen die beiden Werkzeughälften 10, 12 eingebracht wenn die Vorrichtung 20 sich in einer geöffneten Position befindet.
Die Wandungen 10a, 12a der Kavität 16, d. h. die Wandbereiche 10a, 12a der Vertiefung 10b sowie des hervorspringenden Bereichs 12b können jeweils einzeln oder beide gleichzeitig mit einer Narbung ausgebildet sein. Dadurch können Formteile hergestellt werden, deren Oberfläche eine Narbung aufweist. Die Abformung der Narbung auf der Oberfläche des Formteils 15, die der Oberfläche auf der Vorderseite der Folie 11 entspricht wird durch den Werkzeuginnendruck, der beim Hinterspritzen zwischen den zwei Werkzeughälften 10, 12 herrscht, unterstützt.
Im Folgenden soll anhand der 1a bis 1f das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden. In einem ersten Schritt werden die zwei Werkzeughälften 10 und 12 auseinandergefahren und somit die Vorrichtung 20 in eine geöffnete Position überführt. Anschließend werden zwischen die Werkzeughälften 10, 12 eine Dünnschichtfolie 11 und eine Heizeinrichtung 13 eingebracht. Die Folie 11 ist dabei in einer Haltevorrichtung, beispielsweise einem Spannrahmen, eingespannt. Um zu verhindern, dass die Folie 11 während des Umformens reisst oder über eine maximal zulässige Verformung hinaus gedehnt wird, kann sie derart in der Haltevorrichtung eingespannt sein, dass ein Nachgleiten der Folie 11 möglich ist. Alternativ dazu kann auch die Haltevorrichtung flexibel ausgebildet sei, so dass sie bei starker Verformung der Folie 11 nachgibt.
Damit sich die Folie 11 besser an die Form der Vertiefung 10b anpassen kann, wird diese mit Hilfe der Heizeinrichtung 13 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Der Prozessschritt des Aufheizens ist beispielhaft in 1a dargestellt. Nachdem die Folie 11 eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat und somit eine ausreichende Verformbarkeit bietet, wird diese in einem nachfolgenden Prozessschritt in die Vertiefung 10b angesaugt. Wie bereits oben beschrieben, wird dabei über die Unterdruckkanäle ein Unterdruck in dem Bereich zwischen dem Werkzeug 10 und der Folie 11 eingeleitet und die Folie 11 aus einer ersten Position in ein zweite Position an die Werkzeughälfte 10 ansaugt. Die erste Position der Folie 11 kann dabei der Position entsprechen in der die Folie vorab aufgeheizt wurde. Alternativ dazu kann die erste Position der Folie auch einer Zwischenposition entsprechen, in welche die Folie 11 nach dem Aufheizen überführt wurde. In beiden genannten Fällen steht in der ersten Position die Folie 11 oder die Haltevorrichtung, in der die Folie 11 eingespannt ist, derart mit der ersten Werkzeughälfte 10 in Verbindung, dass zwischen der Folie 11 und der ersten Werkzeughälfte 10 ein fluiddichter Bereich entsteht. Mit anderen Worten: wahlweise die Haltevorrichtung oder die Folie 11 schließen durch in Kontakt treten mit der Werkzeughälfte 10 dichtend ab, so dass sich ein im Wesentlichen gasdichter Raum bildet und dadurch der Sogeffekt zwischen Folie 11 und Werkzeughälfte 10 optimal einsetzt. Dieser Prozessschritt ist in der 1b abgebildet. Dabei kann die Heizvorrichtung wahlweise zwischen den Werkzeughälften 10, 12 verbleiben oder vorab aus diesem Zwischenbereich a entfernt werden.
In einer alternativen, nicht dargestellten, Ausführungsform der erfinderischen Vorrichtung 20 ist die Folie 11 in einem festen Halterahmen vorgespannt. Mit diesem Halterahmen wird die Folie 11 in dem Bereich zwischen den beiden Werkzeughälften 10, 12 eingebracht.
Indem über die Unterdruckkanäle das Vakuum im gasdichten Raum zwischen der Folie 11 und der Werkzeughälfte 10 erzeugt wird, wird die Folie an die Werkzeughälfte 10 angesaugt. Somit kann die Folie 11 besonders formgenau an die Vertiefung 10b der ersten Werkzeughälfte 10 angesaugt werden.
Danach werden die Werkzeughälften 10, 12 durch aufeinander zu Bewegen in ihre geschlossene Stellung überführt. In der geschlossenen Stellung bilden diese die Kavität 16. Nun wird flüssiger oder teigförmiger Kunststoff über die Injektionskanäle 14 in einen Bereich der Kavität zwischen die Folie 11 und die zweite Werkzeughälfte 12 eingespritzt. Dieser Schritt ist in 1c dargestellt, wobei beispielhaft nur ein Injektionskanal 14 dargestellt ist. Selbstverständlich können auch mehrere Injektionskanäle nebeneinander angeordnet sein zum Einspritzen von Kunststoff in die Kavität. Während des Einspritzprozesses kann der Unterdruck, mit dem die Folie 11 an die erste Werkzeughälfte 10 angesaugt wird, aufrechterhalten oder auch abgestellt werden.
Nachdem der Kunststoff über den Injektionskanal 14 eingespritzt wurde, kann die Kavität 16 vergrößert werden, um das mit Treibmittel versetzte thermoplastische Kunststoffmassegemisch aufzuschäumen. Dabei wird, wie in 1d dargestellt, ein Hub h erzeugt, der die beiden Werkzeughälften 10, 12 um einen vorbestimmten Abstand h voneinander entfernt. Der in dieser Figur dargestellte Schritt ist jedoch nur alternativ ausführbar und somit kein zwingender Prozessschritt des hier beschriebenen Verfahrens. Er kommt nur zur Anwendung, wenn das sogenannte SGI-Verfahren zum Hinterspritzen der Folie 11 verwendet wird.
Nachdem die Kunststoffmasse, die an die Rückseite 11b der Folie 11 hinterspritzt wurde, im Wesentlichen formfest erstarrt ist, wird die Vorrichtung 20 wieder in die geöffnete Stellung überführt, wie in 1e dargestellt. Dabei bleibt die Folie 11 an der zweiten Werkzeughälfte 12, gegebenenfalls mit samt der Haltevorrichtung, anhaften. Anschließend kann das fertige Formbauteil 15 aus der Werkzeughälfte 12 entformt werden und dadurch aus der Vorrichtung 20 entfernt werden, wie beispielsweise in 1f dargestellt.
Bei dem Hinterspritzen kann auch eine dünne, gegebenenfalls auch lackierte Folie 11 in einem genarbten Formwerkzeug 10, 12 hinterspritzt werden. Die Umformbarkeit der Folie wird durch Aufheizen mit der Heizeinrichtung 13 zwischen den Werkzeughälften 10, 12 in der Haltevorrichtung 13 ermöglicht. Mit Hilfe von Vakuum wird die Folie in einem Thermoformvorgang in die Werkzeughälfte 10 gesogen und die Abformung einer Narbung durch den Werkzeuginnendruck des Hinterspritzvorgangs unterstützt. Um ausreichende Umformeigenschaften aufzuweisen, weist die verwendete Folie 11 elastische Eigenschaften im auf.
Im Folgenden sollen die Vorteile des erfinderischen Verfahrens bzw. der erfinderischen Vorrichtung zusammenfassend genannt werden. Durch Verwendung einer Dünnschichtfolie zur Herstellung eines Formbauteils aus Kunststoff kann das Bauteilgewicht sowie der Materialeinsatz reduziert werden gegenüber kaschierter bzw. hinterschäumter Cockpit-Bauteile. Durch Entfall der Kaschier- bzw. Hinterschäumtechnik können auch Investitionsaufwendungen reduziert werden. Folglich ergibt sich durch die Erfindung eine kostengünstige Herstellung hochwertiger und kraftfester Interieur-Bauteile beispielsweise für Kraftfahrzeuge. Die verwendete Folie bildet dabei gleichzeitig eine Folienschutzschicht für das Formbauteil, so dass als Spritzgussmaterialien kratzempfindlichere und somit kostengünstigere Kunststoffe verwendet werden können. Durch den Folieneinsatz kann gleichzeitig die Nachlackierung von genarbten Spritzgussbauteilen entfallen, wodurch die Nachhaltigkeit der Formbauteile wesentlich erhöht wird.
Als Materialien für die Folie bieten sich vorteilhafterweise Polypropylen-Folien mit und ohne Füllstoffen, sowie Polypropylen-Copolymere oder Mischungen dieser Soffe mit Elastomeren an. Bevorzugt sind Folien, die eine Oberflächenlackierung aufweisen, um den Glanzgrad des Bauteils einzustellen bzw. den Zweiglanz der Narbstruktur beeinflussen zu können. Andere Polymere zur Verwendung als Folienmaterial können Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis (TPU), Gemische aus TPU und Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA), Polyurethan sowie weiche Polyvinylchlorid-Rezepturen sein.
Alternativ hierzu kann die Folie 13 auch mehrschichtig aufgebaut sein, beispielsweise aus einer zweischichtigen Folie, mit einer ersten, oberen Schicht, die auch transparent sein kann und einer zweiten, unteren Schicht die sogenannte Trägerschicht. Die Trägerschicht kann aus TPU oder aus einem Thermoplastischen Elastomere auf Olefinbasis (TPO) ausgebildet sein und eine Schichtdicke im Bereich von 150 μm bis 200 μm aufweisen. Die erste Schicht kann aus Polyurethan ausgebildet sein und eine Schichtdicke im Bereich von 10 μm bis 30 μm aufweisen. In einem nachgeschalteten Prozessschritt, kann nach der Entnahme des Formteils 15 die erste Schicht mittels UV-Licht mit der Trägerschicht vernetzt werden.
Die in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Bereiche umfassen auch ihre Randwerte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10062557 A1 [0002]
DE 2009050807 [0002]
JP 09011344 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Formteils (15) aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit den Schritten: – Öffnen einer Kavität (16), die zwischen zwei Werkzeughälften (10, 12) gebildet wird, durch Auseinanderfahren zumindest einer ersten Werkzeughälfte (10) von einer zweiten Werkzeughälfte (12), – Einbringen einer Folie (11) in den Bereich der Kavität (16) zwischen den beiden Werkzeughälften (10, 12), Aufheizen der Folie (11), – Ansaugen der Folie (11) mittels Unterdruck zumindest an einem Bereich der Wandung der ersten Werkzeughälfte (11), wobei der Bereich der Wandung zumindest abschnittsweise die Kavität (16) bildet, – Schließen der Kavität (16) auf ein vorbestimmtes Volumen durch Zusammenfahren der Werkzeughälften 10, 12, wobei zumindest einer der zwei Werkzeughälften (10, 12) zur anderen Werkzeughälfte (10, 12) bewegt wird, – Hinterspritzen der Folie (11) mittels Kunststoffmasse, – Öffnen der Kavität (16) durch Auseinanderfahren zumindest einer ersten Werkzeughälfte (10, 12) von der zweiten Werkzeughälfte (10, 12), – Entformen des Formteils (15), wobei als Folie (11) eine Dünnschichtfolie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Folie (11) mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 μm bis 500 μm, bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 400 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 200 μm oder von 200 μm bis 400 μm verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der ersten Werkzeughälfte (10) Unterdruckkanäle und/oder Mikroporen (22) angeordnet sind, über welche ein Unterdruck zwischen der Wandung der ersten Werkzeughälfte (10) und der Folie (11) erzeugt wird, wobei die Folie (11) aus einer ersten in eine zweite Position durch den erzeugten Unterdruck überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Position der Folie (11) einer Position entspricht, – in der die Folie (11) oder eine Haltevorrichtung, in der die Folie (11) eingespannt ist, derart mit der ersten Werkzeughälfte (10) in Verbindung steht, dass zwischen der Folie (11) und der ersten Werkzeughälfte (10) ein fluiddichter Bereich entsteht, und – die zweite Position der Folie (11) einer Position entspricht, in der die Folie (11) an der Wandung der ersten Werkzeughälfte (10) anhaftet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (11) auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 250°C bevorzugt auf 190°C aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterspritzen der Folie (11) mittels Spritzguss-Integralverfahren, Thermoplast-Schaumpräge-Verfahren und/oder in kompakter Ausführung erfolgt.
Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils (15) aus Kunststoff, insbesondere eines Innenverkleidungsteils für ein Fahrzeug, mit: – einer ersten Werkzeughälfte (10), – einer zweiten Werkzeughälfte (12), wobei mit den beiden Werkzeughälften (10, 12) eine Kavität (16) bildbar ist, – einer Halteeinrichtung, mit der eine Folie (11) aufnehmbar und in einen Bereich zwischen die beiden Werkzeughälften (10, 12) einbringbar ist, einer Heizeinrichtung (13) zum Aufheizen der Folie (11), wobei in einer ersten Werkzeughälfte (10) Unterdruckkanäle und/oder Mikroporen (22) ausgebildet sind, mit denen ein Vakuum erzeugbar ist, so dass die Folie (11) an einem Bereich einer Wandung der ersten Werkzeughälfte (10) ansaugbar ist, wobei der Bereich der Wandung zumindest abschnittsweise die Kavität (16) bildet, und die Halteeinrichtung mit der ersten Werkzeughälfte (10) dichtend abschließbar ist, wobei ein dichtender Kontakt zwischen der Halteeinrichtung und der ersten Werkzeughälfte (10) oder zwischen der Folie (11) und der ersten Werkzeughälfte (10) stattfindet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften (10, 12) aus einer geschlossenen Stellung, in der sie die Kavität (16) bilden, in eine geöffnete Stellung, in der die Halteeinrichtung zwischen die Werkzeughälften (10, 12) einbringbar ist und vice versa überführbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Folie (11) gerichtete Öffnungen der Unterdruckkanäle der ersten Werkzeughälfte (10) in einem Bereich der Wandung angeordnet sind, der einem nicht-sichtbaren Bereich der Folie (10) gegenüber steht, wobei der nicht-sichtbare Bereich in einem eingebauten Zustand des Formteils (15) nicht sichtbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (10a, 12a) der Kavität (16) zumindest abschnittsweise genarbt sind.