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Die Erfindung betrifft ein mehrkomponentiges flächiges Kunststoff-Sichtteil sowie ein Verfahren und eine Spritzgießvorrichtung zum Herstellen eines solchen Kunststoff-Sichtteils.
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Die Herstellung mehrkomponentiger flächiger Kunststoff-Sichtteile ist schwierig, da lange Fließwege und geringe Wandstärken vorliegen, sodass mit hohen Spritzdrücken gearbeitet werden muss, um ein optisch einwandfreies Teil ohne Verzug und Spannungsdefekte zu erhalten. Die erforderlichen hohen Spritzdrücke erschweren und verteuern den Herstellungsprozess. Prägeverfahren, die eine Reduzierung der benötigten Spritzdrücke ermöglichen, stellen anlagetechnische Herausforderungen und führen zu erhöhten Werkzeugkosten.
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Sichtteile müssen eine optisch einwandfreie Sichtfläche ohne Angussstellen oder sonstige optische Defekte wie beispielsweise Einfall aufweisen. Typischerweise ist es daher erforderlich, die Sichtkomponente von mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteilen randseitig bzw. außerhalb von Bauteilbereichen anzuspritzen, die in der späteren Einbausituation den Blick des Betrachters ausgesetzt sind, also Sichtflächen bilden. In vielen Fällen, beispielsweise bei Karosserieteilen, stellt das Vorhandensein einer Sichtfläche den Werkzeug-Designer vor Probleme, da praktisch nur sehr wenige Möglichkeiten für die Platzierung von Anspritzpunkten übrigbleiben und infolgedessen lange Kunststoff-Fließwege – die mit den genannten Nachteilen verbunden sind – erforderlich werden.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann daher darin gesehen werden, ein mehrkomponentiges flächiges Kunststoff-Sichteil zu schaffen, welches einwandfreie optische Eigenschaften aufweist sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen flächigen Kunststoff-Sichtteils anzugeben.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch 1 weist das mehrkomponentige flächige Kunststoff-Sichtteil eine Trägerkomponente und eine auf der Trägerkomponente angebrachte Sichtkomponente aus einem Kunststoff auf. Die Trägerkomponente weist dabei zumindest eine eine Angussstelle der Sichtkomponente enthaltende Ausnehmung, insbesondere ein Loch auf, wobei eine von der Trägerkomponente abgewandte Sichtoberfläche der Sichtkomponente gegenüber der Angussstelle verläuft.
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Durch die rückseitige Anspritzung der Sichtkomponente durch eine Ausnehmung in der Trägerkomponente kann eine optisch einwandfreie Sichtfläche bei vergleichsweise deutlich verkürzten Fließwegen für den Kunststoff der Sichtkomponente erreicht werden. Dadurch können die erforderlichen Spritzdrücke abgesenkt und eine kostengünstige Fertigung derartiger mehrkomponentiger flächiger Kunststoff-Sichtteile erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Sichtoberfläche der Sichtkomponente eine Hochglanz-Oberfläche. An Hochglanz-Oberflächen aus Kunststoff sind für den Betrachter schon geringfügige Unregelmäßigkeiten im Mikrometerbereich wie beispielsweise Dellen (Einfall) sichtbar und führen zu mangelhaften Teilen (Ausschuss). Insofern ist es erforderlich, dass die rückseitige Anspritzung der Sichtkomponente gegenüberliegend einer Sichtoberfläche keine wahrnehmbaren Auswirkungen bzw. optischen Defekte auf der Sichtoberfläche erzeugt.
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Eine Ausführungsform des mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils kennzeichnet sich dadurch, dass die Wandstärke der Sichtkomponente im Bereich der Angussstelle im wesentlichen gleich der Wandstärke der Sichtkomponente im Umgebungsbereich der Angussstelle ist. Der Angusss erfolgt also ohne nennenswerte Wandstärkenvariation direkt in der Ebene der trägerseitigen Oberfläche der Sichtkomponente, beispielsweise durch ein Nadelventil.
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Gemäß einer Ausführungsform des mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils ist die Öffnungsquerschnittsfläche der Ausnehmung in der Trägerkomponente größer als die Querschnittsfläche der Angussstelle der Sichtkomponente. Beispielsweise kann die Angussstelle der Sichtkomponente eine Querschnittsfläche aufweisen, die mindestens um den Faktor 2 oder 3 kleiner als die Öffnungsquerschnittsfläche der Ausnehmung ist. Wie im Folgenden noch näher erläutert, ist eine derartige Gestaltung des Kunststoff-Sichtteils Folge der Formgebung eines bei der Herstellung des Sichtteils durch die Ausnehmung in der Trägerkomponente hindurchragenden Werkzeugvorsprungs, mittels welchem der Kunststoff für die Sichtkomponente zugeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Ausnehmung in der Trägerkomponente zumindest abschnittsweise (in Durchgangsrichtung und/oder in Umfangsrichtung) eine konische Formgebung in Bezug auf die Durchgangsrichtung auf. Die konische Formgebung bewirkt, dass der Umfangsrand der Ausnehmung in der Trägerkomponente sich im Querschnitt in Richtung zum Ausnehmungsinneren hin verjüngt. Dadurch kann erreicht werden, dass sich mechanische und thermische Eigenschaften der Trägerkomponente in diesem Bereich kontinuierlich bzw. graduell verändern, sodass eine höhere Gleichmäßigkeit und Kompensierbarkeit dieser Eigenschaften bezüglich der die Ausnehmung abdeckenden Sichtkomponente erzielbar sind.
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Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass die Trägerkomponente mehrere jeweils eine Angussstelle der Sichtkomponente enthaltende Ausnehmungen aufweist und die von der Trägerkomponente abgewandte Sichtoberfläche der Sichtkomponente gegenüber mehreren Angussstellen verläuft. Bei dieser Variante mit mehreren Angussstellen kann ein kaskadiertes Einspritzverfahren für die Herstellung der Sichtkomponente eingesetzt werden. Bei einem kaskadierten Verfahren werden die Öffnungszeiten der jeweiligen Kunststoffzuführungen so gesteuert, dass sich der Kunststoff von einem Ende der Kavität gezielt in Richtung zum anderen Ende der Kavität ausbreitet. Auf diese Weise können kürzere Fließwege und somit geringere Spritzdrücke erreicht werden.
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Bei der Trägerkomponente kann es sich um ein aus einem Kunststoff hergestelltes Kunststoff-Spritzgießteil handeln, wobei die Kunststoffe der Trägerkomponente und der Sichtkomponente aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Bei der Materialwahl des Kunststoffes der Sichtkomponente werden in vielen Fällen die Witterungs- und UV-Beständigkeit, die Farbgebung, Hochglanz-Eigenschaften u. s. w. zu beachten sein, während bei dem Kunststoff der Trägerkomponente mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise Sprödigkeit, Rissfestigkeit, Zugfestigkeit, thermische Ausdehnung u. s. w., eine für die Materialwahl entscheidende Rolle spielen können. Aufgrund dieser unterschiedlichen Anforderungen an die Kunststoffe der Trägerkomponente und der Sichtkomponente ist eine Realisierung des Kunststoff-Sichtteils als einkomponentiges Formteil in der Regel nicht möglich.
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Bei dem mehrkomponentigen Kunststoff-Sichtteil kann sich beispielsweise um ein Karosserieteil, insbesondere Kraftfahrzeug-Karosserieteil handeln. Bestimmte Karosserieteile wie beispielsweise Verkleidungsteile, besonders solche, die Führungsfunktionselemente umfassen, werden in den letzten Jahren aus vielerlei Gründen vermehrt aus Kunststoff hergestellt. Beispielsweise kann es sich bei dem Kunststoff-Sichtteil um eine äußere B-Säulen-Verkleidung handeln, deren Sichtfläche einen Teil der von außen sichtbaren Karosseriehaut des Kraftfahrzeugs bildet.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils wird eine Trägerkomponente mit wenigstens einer Ausnehmung bereitgestellt. An der Trägerkomponente wird mittels Spritzgießens eine Sichtkomponente aus einem Kunststoff angebracht, wobei der Anguss der Sichtkomponente durch die Ausnehmung in der Trägerkomponente erfolgt und eine von der Trägerkomponente abgewandte Sichtoberfläche der Sichtkomponente gegenüber der Angussstelle verläuft.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Spritzgießvorrichtung zum Herstellen eines mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils eine erste und eine zweite Formplatte, die im geschlossenen Zustand eine Bauteilkavität begrenzen. Ferner umfasst die Spritzgießvorrichtung einen aus einer der beiden Formplatten in die Kavität vorstehenden Werkzeugvorsprung mit integrierter Kunststoffzuführung zur Erzeugung einer Ausnehmung in der Trägerkomponente und zur Zuführung des Kunststoffes für die Sichtkomponente. Mittels des Werkzeugvorsprungs kann daher sowohl die Ausnehmung in der Trägerkomponente erzeugt als auch der Kunststoff für die Sichtkomponente in die Kavität eingeleitet werden.
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Nach einer Ausgestaltung weist der Werkzeugvorsprung zumindest abschnittsweise eine konische Formgebung auf. Dadurch kann erreicht werden, dass sich der Randbereich der Trägerkomponente in Richtung zum Inneren der Ausnehmung hin verjüngt, wobei, wie bereits erwähnt, ein abrupter Übergang zwischen unterschiedlichen mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der Unterlage für die Sichtkomponente vermieden wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen sowie Varianten derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht eines flächigen mehrkomponentigen Kunststoff-Sichtteils gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine Querschnittsansicht eines flächigen mehrkomponentigen Kunststoff-Sichtteils gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zur Herstellung der Trägerkomponente des mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zur Herstellung der Trägerkomponente des mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils gemäß der zweiten Ausführungsform;
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5 eine Teilschnittansicht des in 3 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase der Werkzeugkavität;
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6 eine Teilschnittansicht des in 4 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase der Werkzeugkavität;
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7 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Anspritzen einer Sichtkomponente an die Trägerkomponente gemäß der ersten Ausführungsform;
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8 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Anspritzen einer Sichtkomponente an die Trägerkomponente gemäß der zweiten Ausführungsform;
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9 eine Teilschnittansicht des in 7 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase zur Herstellung der Sichtkomponente;
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10 eine Teilschnittansicht des in 8 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase zur Herstellung der Sichtkomponente;
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11 eine Querschnittsansicht eines flächigen mehrkomponentigen Kunststoff-Sichtteils gemäß einer dritten Ausführungsform;
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12 ein Teilschnittansicht eines Werkzeugs zur Herstellung der Trägerkomponente des mehrkomponentigen flächigen Kunststoff-Sichtteils gemäß der dritten Ausführungsform;
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13 eine Teilschnittansicht des in 12 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase der Werkzeugkavität;
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14 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Anspritzen einer Sichtkomponente an die Trägerkomponente gemäß der dritten Ausführungsform;
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15 eine Teilschnittansicht des in 14 gezeigten Werkzeugs während der Füllphase zur Herstellung der Sichtkomponente;
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16 eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Anspritzen einer Sichtkomponente an die Trägerkomponente gemäß einer Variante der Ausführungsformen; und
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17 ein flächiges mehrkomponentiges Kunststoff-Sichtteil in Draufsicht auf die Sichtoberfläche, wobei die Orte der Angussstellen für die Trägerkomponente und die Sichtkomponente eingezeichnet sind.
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In der gesamten Beschreibung werden gleiche oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ferner sind Merkmale, die nur im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden, auf die anderen Ausführungsformen gleichermaßen anwendbar, sofern in der Beschreibung nicht explizit Anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein mehrkomponentiges flächiges Kunststoff-Sichtteil 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Kunststoff-Sichtteil 100 kann zweikomponentig aufgebaut sein und weist eine Trägerkomponente 10 sowie eine Sichtkomponente 20 auf. Die Sichtkomponente 20 ist auf einer Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10 aufgebracht und kann die Oberfläche 11 vollständig überdecken. Die Sichtkomponente 20 weist eine von der Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10 abgewandte Oberfläche 21 auf, die für die Betrachtung des Kunststoff-Sichtteils 100 bestimmt ist und im Folgenden als Sichtoberfläche 21 bezeichnet wird.
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Bei dem Kunststoff-Sichtteil 100 kann es sich beispielsweise um eine Verblendung, eine Verkleidung, ein Sichtpaneel oder dergleichen handeln, in welche zusätzlich Funktionselemente wie beispielsweise Führungen integriert sein können. Derartige Kunststoff-Sichtteile werden in vielen Anwendungsbereichen zur Abdeckung von Konstruktionselementen eingesetzt, die für den Betrachter nicht sichtbar sein sollen. Beispielsweise werden Kunststoff-Sichtteile in die Außenhaut einer Fahrzeugkarosserie integriert. Beispielsweise kann es sich bei dem Kunststoff-Sichtteil um eine in die Außenhaut der Karosserie integrierte Verkleidung einer (zwischen den Türen eines Kraftfahrzeugs vorhandenen) B-Säule eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Die Trägerkomponente 10 kann zur Befestigung des Kunststoff-Sichtteils 100 bei dessen Einbau dienen. Zu diesem Zweck können an der Trägerkomponente 10 integrale Befestigungselemente (nicht dargestellt) wie beispielsweise Dome, Ausnehmungen, Laschen oder dergleichen vorgesehen sein. Die Trägerkomponente 10 kann beispielsweise aus einem Thermoplast wie z. B. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder Polypropylen gefertigt sein. Je nach Beschaffenheit, Funktion und Einsatzgebiet des Kunststoff-Sichtteils 100 muss die Trägerkomponente 10 geeignete mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, den in ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung auftretenden Beanspruchungen (z. B. Erschütterungen, Temperaturwechselbeanspruchungen usw.) in dem erforderlichen Maße und über den gewünschten Zeitraum ermüdungsfrei standzuhalten.
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Die Sichtkomponente 20 muss in der bestimmungsgemäßen Verwendung des Kunststoff-Sichtteils 100 hohen optischen Anforderungen genügen und gegebenenfalls eine hohe Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen, UV-Bestrahlung usw. aufweisen. Bei dem für die Sichtkomponente 20 vorgesehenen Kunststoffmaterial kann es sich beispielsweise um PMMA (Polyacrylat) oder PC (Polycarbonat), optional beschichtet, handeln. Typischerweise ist das Kunststoffmaterial der Sichtkomponente 20 undurchsichtig (d. h. blickdicht), damit die darunter liegende Trägerkomponente 1 nicht erkennbar ist. Das Kunststoffmaterial der Sichtkomponente 20 kann eine beliebige Farbgebung aufweisen, die sich z. B. an der Farbgebung der Karosserieflächen eines Kraftfahrzeugs orientiert.
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Typischerweise ist das Kunststoffmaterial der Sichtkomponente 20 deutlich teurer als das Kunststoffmaterial der Trägerkomponente 10. Außerdem weist es in der Regel schlechtere Fließeigenschaften als das Kunststoffmaterial der Trägerkomponente 10 auf. Beispielsweise weist PMMA vier mal schlechtere Fließeigenschaften als ABS auf. Es können aber auch identische Kunststoffmaterialien für die Trägerkomponente 10 und die Sichtkomponente 20 des mehrkomponentigen Kunststoff-Sichtteils eingesetzt werden.
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Die Sichtoberfläche 21 des Kunststoff-Sichtteils 100 kann eine Hochglanzoberfläche sein. Hochglanzoberflächen haben die Eigenschaft, dass bereits geringste Unebenheiten oder andere optische Unregelmäßigkeiten oder Defekte wie Schlierenbildung für den Betrachter sichtbar sind und daher vom Kunden (z. B. Kraftfahrzeughersteller) nicht akzeptiert werden. Es sind daher höchste Ansprüche an die optische Qualität der Sichtoberfläche 21 zu richten.
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Die Sichtoberfläche 21 kann mikroskopisch in hohem Maße eben bzw. glatt sein. Sie kann auch eine Oberflächenstruktur wie beispielsweise ein topografisches Oberflächenmuster aufweisen. Das Kunststoff-Sichtteil 100 kann über seine gesamte Längs- und/oder Quererstreckung im Wesentlichen plan sein, d. h. in einer Ebene verlaufen, oder es kann in einer oder beiden Flächendimensionen eine Biegung aufweisen, sodass in diesem Fall die Sichtoberfläche 21 gerundet oder gewölbt ausgeformt ist.
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Wie in 1 dargestellt kann die Sichtkomponente 20 den Rand der Trägerkomponente 10 überdecken. Insbesondere kann ein solcher randseitiger Überdeckungsbereich 23 die Trägerkomponente 10 über ihre gesamte Länge, Breite oder den gesamten Umfang abdecken. Auf diese Weise kann das Kunststoff-Sichtteil 100 so konzipiert sein, dass es randseitig zumindest über einen Teil seines Umfangs betrachtbar und in seiner Funktion als Sichtteil verwendbar ist.
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Es ist auch möglich, dass kein den Rand der Trägerkomponente 10 abdeckender Überdeckungsabschnitt 23 oder ein den Rand der Trägerkomponente 10 nur bereichsweise abdeckender, durchbrochener Überdeckungsabschnitt 23 der Sichtkomponente 20 vorhanden ist.
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Die Trägerkomponente 10 weist in dem hier dargestellten Beispiel zwei Ausnehmungen 30 auf, die in Bezug auf die Trägerkomponente 10 als Durchgangsausnehmungen ausgebildet sind. Die Ausnehmungen 30 können eine beliebige Formgebung aufweisen, z. B. rund oder polygonal sein. Die Ausnehmungen 30 werden zur Sichtseite hin durch einen freiliegenden Bereich 24 der von der Sichtoberfläche 21 abgewandten Oberfläche 22 der Sichtkomponente 20 begrenzt. Der freiliegende Bereich 24 der Oberfläche 22 der Sichtkomponente 20 kann in derselben Ebene wie ein den Bereich 24 umgebender Bereich der Oberfläche 22 liegen, er kann jedoch auch gegenüber dieser Oberfläche 22 etwas vertieft oder vorstehend ausgeführt sein.
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An den Bereichen 24 der Oberfläche 22 der Sichtkomponente 20 befinden sich Angussstellen 40 für die Sichtkomponente 20. Die Angussstellen 40 können beispielsweise im Zentrum der Ausnehmungen 30 angeordnet sein. Die Angussstellen 40 repräsentieren Orte, an denen im Spritzgießwerkzeug vorhandene Kunststoffzuführungen in die Spritzgießkavität münden. Angussstellen 40 können beispielsweise als Abdruckmuster eines Nadelventilverschlusses, Angussrippen oder Schnittflächen von entfernten Angussrippen ausgeführt sein und sind bei Betrachtung der Oberfläche 22 erkennbar. Deshalb können Angussstellen 40 niemals an einer Sichtoberfläche 21 eines Kunststoff-Sichtteils 100 platziert werden.
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Durch die Platzierung von Angussstellen 40 in Ausnehmungen 30 der Trägerkomponente 10 kann erreicht werden, dass über die Längs- und/oder Quererstreckung des Kunststoff-Sichtteils 100 verteilt Angussstellen 40 vorgesehen sind. Dadurch werden Fließwege verkürzt, es kann optional auf eine randseitige Anspritzung der Sichtkomponente 20 verzichtet werden und der Spritzprozess kann bei niedrigeren Spritzdrücken und daher mit einer reduzierten Zuhaltekraft der Spritzgießmaschine durchgeführt werden.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform können die Ausnehmungswandungen 31 im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckung der Trägerkomponente 10 orientiert sein. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, die sich im Wesentlichen dadurch von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform unterscheidet, dass die Ausnehmungswandungen 31 geneigt zur Erstreckung der Trägerkomponente 10 orientiert sind. Mit anderen Worten verjüngen sich die Ausnehmungswandungen 31 der Trägerkomponente 10 zur Mitte der Ausnehmung hin mit einem beliebigen Verlauf (z. B. geradlinig, konvex, konkav, stufig u. s. w.) und treffen unter einem spitzen Winkel oder einer Stufe verringerter Wandstärke mit der inneren Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10 zusammen. Dies hat zur Folge, dass die durch den freiliegenden Bereich 24 der Sichtkomponente definierten Abmessungen der Ausnehmung deutlich geringer als die Abmessungen der Ausnehmung 30 an der der Sichtkomponente 20 abgewandten Oberfläche 12 der Trägerkomponente 10 sind. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche der Ausnehmung 30 an der Oberfläche 12 z. B. um den Faktor 2 oder 3 größer sein als die Querschnittsfläche der Ausnehmung 30 an der inneren Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche der Ausnehmung 30 an der inneren Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10 im Wesentlichen gleich groß oder nur geringfügig größer als die Querschnittsfläche der Angussstelle 40 der Sichtkomponente 20 ist.
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Bis auf die angesprochene zumindest abschnittsweise konische Ausführung der Ausnehmungen 30 der Trägerkomponente 10 kann das Kunststoff-Sichtteil 200 der zweiten Ausführungsform identisch mit dem Kunststoff-Sichtteil 100 der ersten Ausführungsform ausgeführt sein.
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3 zeigt eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zur Herstellung der Trägerkomponente 10 des Kunststoff-Sichtteils 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Werkzeug umfasst eine erste Formplatte 50 und eine zweite Formplatte 60, zwischen denen im geschlossenen Zustand eine Trägerkomponenten-Kavität 65 ausgebildet ist. Die Trägerkomponenten-Kavität 65 wird durch eine Oberfläche 51 der ersten Formplatte 50 und eine Vertiefung 61 in der zweiten Formplatte 60 begrenzt. In diesem Fall kann die erste Formplatte 50 als Kernformplatte und die zweite Formplatte 60 als Matrizenformplatte ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Formplatte 50 mit einer Vertiefung versehen und als Matrizenformplatte realisiert ist, während die zweite Formplatte 60 als Kernformplatte ausgeführt sein kann.
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Die Oberfläche 51 der ersten Formplatte kann im Wesentlichen parallel zu der gegenüberliegenden Konturfläche der Vertiefung 61 verlaufen. Der Abstand zwischen diesen beiden Oberflächen (d. h. die Wandstärke der Trägerkomponente 20) kann beispielsweise zwischen 1,0 und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,0 mm betragen.
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In dem in 3 gezeigten Beispiel sind in der ersten Formplatte 50 zwei Werkzeugvorsprünge vorgesehen, die hier beispielsweise als Werkzeugeinsätze 80 ausgebildet sind, aber auch als integrale Formplattenvorsprünge realisiert sein können. Die Werkzeugeinsätze 80 stehen in die Trägerkomponenten-Kavität 65 vor. Sie können eine ebene Stirnfläche 81 aufweisen, die formschlüssig an der Bodenfläche der Vertiefung 61 anliegt. Im Inneren der Werkzeugeinsätze 80 kann jeweils ein Nadelverschluss einer Kunststoffzuführung ausgebildet sein. Der Nadelverschluss der Kunststoffzuführung umfasst eine Verschlussnadel 82 sowie einen als Düse ausgebildeten Kopfabschnitt 83. Im geschlossenen Zustand des Nadelverschlusses befindet sich die Verschlussnadel 82 innerhalb einer Düsenöffnung 84 des Kopfabschnitts 83 und dichtet die Düsenöffnung 84 ab.
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Im unteren Bereich der 3 ist eine weitere Kunststoffzuführung 90 erkennbar, mit welcher der erste Kunststoff für die Herstellung der Trägerkomponente 10 in die Trägerkomponenten-Kavität 65 eingebracht wird. Die weitere Kunststoffzuführung 90 kann ebenfalls in Form einer Nadelverschlussdüse ausgebildet sein, wobei gleiche Funktionselemente mit denselben Bezugszeichen wie bei den bereits beschriebenen Kunststoffzuführungen bezeichnet sind. Auch bei der weiteren Kunststoffzuführung 90 ist die Nadelverschlussdüse zunächst geschlossen, d. h. die längsverschiebliche Verschlussnadel 82 befindet sich in einer Stellung, in welcher sie die Düsenöffnung 84 blockiert.
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4 zeigt eine entsprechende Darstellung eines Werkzeugs 50, 60 zur Herstellung der Trägerkomponente 10 für das Kunststoff-Sichtteil 200 nach der zweiten Ausführungsform. Ein Unterschied zu der in 3 dargestellten Anordnung besteht darin, dass die Werkzeugeinsätze 80 hier einen Kopfabschnitt 83 aufweisen, dessen Stirnfläche 81 geneigt gegenüber der Bodenfläche der Vertiefung 61 angeordnet ist. Mit anderen Worten weist der Kopfabschnitt 83 im Bereich seiner Stirnfläche 81 eine konische Formgebung auf. Hierdurch wird erreicht, dass die Trägerkomponenten-Kavität 65 im Bereich der Werkzeugeinsätze 80 durch Schrägflächen begrenzt wird, die die in 2 gezeigten Ausnehmungen 30 mit sich verjüngenden Wandungen 31 in der Trägerkomponente 10 erzeugen. In diesem Fall kommt lediglich die Verschlussnadel 82 und gegebenenfalls eine die Verschlussnadel 82 umgebende schmale Ringzone der Stirnfläche 81 des Kopfabschnitts 83 der Werkzeugeinsätze 80 mit der Bodenfläche der Vertiefung 61 in Anlage.
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5 zeigt die Herstellung der Trägerkomponente 10 des Kunststoff-Sichtteils 100 im Werkzeug 50, 60. Die Verschlussnadel 82 der weiteren Kunststoffzuführung 90 ist aus der Düsenöffnung 84 zurückgezogen, sodass der erste Kunststoff für die Trägerkomponente 10 in die Trägerkomponenten-Kavität 65 einströmen kann. Die Angussstelle für die Anspritzung der Trägerkomponente 10 kann sich an einem geeigneten Ort befinden und es können auch mehrere Angussstellen vorgesehen sein.
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6 verdeutlicht die in 5 dargestellte Situation für die Herstellung der Trägerkomponente 10 des Kunststoff-Sichtteils 200 nach der zweiten Ausführungsform.
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7 zeigt eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zur Fertigung des Kunststoff-Sichtteils 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Werkzeug besteht aus der ersten Formplatte 50 und einer dritten Formplatte 70. Die dritte Formplatte 70 ist in dem hier dargestellten Beispiel als Matrizenformplatte ausgebildet und weist eine Vertiefung 71 auf. Die Vertiefung 71 der dritten Formplatte 70 definiert zusammen mit der Oberfläche 51 der ersten Formplatte und den über die Oberfläche 51 vorstehenden Werkzeugeinsätzen 80 eine Kavität 75 für die Herstellung des Kunststoff-Sichtteils 100. Dabei befindet sich die bereits hergestellte Trägerkomponente 10 als Einlageteil in dieser Kavität 75, um an ihrer inneren Oberfläche 11 und gegebenenfalls ihrem Rand von dem Kunststoff der Sichtkomponente 20 überspritzt zu werden.
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Die zweite Formplatte 60 und die dritte Formplatte 70 können in einer sogenannten Wendeplattenmaschine als einander gegenüberliegende Formplatten oder gegebenenfalls als eine einzige gemeinsame Formplatte ausgeführt sein, wobei die Vertiefungen 61 und 71 auf gegenüberliegenden Seiten der gemeinsamen Formplatte ausgeführt sind. In diesem Fall muss die gemeinsame Formplatte 60, 70 nach der Herstellung der Trägerkomponente 10 und dem Öffnen des Werkzeugs 50, 60 gewendet und dann wieder gegenüber der Formplatte 50 in Anlage gebracht werden, um die in 7 dargestellte geschlossene Werkzeugstellung zum Anspritzen der Sichtkomponente 20 an die Trägerkomponente 10 zu erreichen. Als Alternativen zu einer Wendeplatte können Drehteller, Schiebetisch oder Indexwechsel vorgesehen sein. Allgemein kann die Trägerkomponente 10 auch auf anderem Wege hergestellt werden. Beispielsweise kann es sich um ein vorgefertigtes Teil handeln, das nicht mittels der Formplatte 50 mit den Werkzeugeinsätzen 80, sondern mittels einer konturgleichen Formplatte mit entsprechenden Vorsprüngen im Bereich der Werkzeugeinsätze 80 zur Erzeugung der Ausnehmungen hergestellt wird.
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In der in 7 dargestellten geschlossenen Werkzeugstellung sind die Kunststoffzuführungen in den Werkzeugeinsätzen 80 geschlossen. Geschlossen ist auch die weitere Kunststoffzuführung 90, die für die folgenden Verfahrensschritte nicht mehr benötigt wird.
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Die innere Oberfläche 11 der Trägerkomponente 10 kann im Wesentlichen parallel zu der gegenüberliegenden Konturfläche der Vertiefung 71 verlaufen. Der Abstand zwischen diesen beiden Oberflächen (d. h. die Wandstärke der Sichtkomponente 20) kann beispielsweise zwischen 1,5 und 3,0 mm, vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,5 mm betragen. Die Konturfläche der Vertiefung 71 kann ein hohes Maß an mikroskopischer Ebenheit aufweisen, wodurch die Sichtoberfläche 21 der Sichtkomponente 20 als Hochglanzfläche realisiert wird. Es ist möglich, dass gleichzeitig ein topografisches Muster in der Konturfläche der Vertiefung 71 realisiert ist, um eine makroskopische Oberflächenstruktur in der Sichtoberfläche 21 auszubilden.
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8 bezieht sich auf die Herstellung des Kunststoff-Sichtteils 200 nach der zweiten Ausführungsform und zeigt die der 7 entsprechende Anordnung der Formplatten 50, 70. Die Angaben zur 7 lassen sich auf die in der 8 dargestellte Anordnung übertragen. Es ist erkennbar, dass die in die Kavität 75 mündenden Ausnehmungsöffnungen der Trägerkomponente 10 in 8 wesentlich kleiner als in 7 sind und dass die Ausnehmungswandungen 31 der Trägerkomponente 10 in 8 einen allmählichen Wandstärkenzuwachs bis zur Wandstärke der Trägerkomponente 10 aufweisen.
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Die 9 und 10 zeigen die Befüllung der zwischen den Werkzeugplatten 50 und 70 gebildeten Kavität 75 durch Öffnen der Nadelverschlüsse in den Werkzeugeinsätzen 80. Zu diesem Zweck werden die Verschlussnadeln 82 in eine zurückgezogene Stellung gebracht, sodass das zweite Kunststoffmaterial für die Herstellung der Sichtkomponente 20 in die Kavität 75 einströmen kann. Infolge der hohen Temperaturen und des hohen Druckes verbindet sich das zweite Kunststoffmaterial untrennbar mit dem ersten Kunststoffmaterial der Trägerkomponente 10.
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Nach der Befüllung werden die Nadelverschlüsse in den Werkzeugeinsätzen 80 geschlossen. Es wird dann eine Abkühlphase abgewartet, in welcher sich der Kunststoff der Sichtkomponente 20 verfestigt. Danach werden die Formplatten 50, 70 auseinandergefahren und das hergestellte Kunststoff-Sichtteil 100 (9) bzw. 200 (10) wird aus dem geöffneten Werkzeug 50, 70 entnommen.
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Bei den in 9 und 10 dargestellten Anspritzvorgängen der Sichtkomponente 20 muss Einfall an der Sichtoberfläche 21 gegenüberliegend den Angussstellen 40 vermieden werden. Einfall entsteht durch unterschiedlichen Schwund in der Abkühlphase hervorgerufen durch unterschiedliche Wandstärken. Bei den Kunststoff-Sichtteilen 100, 200 treten keine oder nur sehr geringe Wandstärkenunterschiede der Sichtkomponente 20 an den Angussstellen 40 auf, so dass Einfall vermieden werden kann.
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Beim Kunststoff-Sichtteil 100 in 9 liegt die Sichtkomponente 20 benachbart der Angussstelle 40 auf der Stirnfläche des Werkzeugeinsatzes 80 auf, die andere thermische und mechanische Eigenschaften als die umgebende Trägerkomponente 10 aufweist. Beim Kunststoff-Sichtteile 200 in 10 wird durch die konische Formgebung der Stirnfläche 81 der Werkzeugeinsätze 80 hingegen erreicht, dass die Sichtkomponente 20 überall, d. h. auch unmittelbar benachbart der Angussstellen 40, auf der Trägerkomponente 10 gebildet wird und somit ein allmählicher Übergang unterschiedlicher thermischer und mechanischer Eigenschaften der Unterlage der Sichtkomponente 20 auftritt. Weitere Maßnahmen, die bei allen Ausführungsbeispielen möglich sind und zu einer Vergleichmäßigung des Wärmeableitverhaltens in der Umgebung der Angussstelle 40 führen, bestehen darin, durch Temperierung oder Materialwahl des Werkzeugeinsatzes 80 die Wärmeableitung in der Umgebung der Angussstelle 40 zu beeinflussen. Beispielsweise kann der Werkzeugeinsatz bzw. Werkzeugvorsprung 80 mit einer Heizung versehen sein und/oder aus einem Material mit ähnlichen Wärmeleiteigenschaften wie die Trägerkomponente 10 hergestellt sein, z. B. einem hochlegierten Stahl oder Titan.
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Bei den Kunststoff-Sichtteilen 100, 200 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform ist die Wandstärke der Sichtkomponente 20 an den Angussstellen 40 im Wesentlichen identisch mit der Wandstärke der Sichtkomponente 20 in den die Angussstelle 40 umgebenden Bereichen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Verschlussnadel 82 den Kunststoffzufluss direkt auf Höhe der Stirnfläche 81 der Werkzeugeinsätze 80 unterbindet. Es bleibt an der Sichtkomponente 20 daher keine Angussrippe (in der Technik auch als Kaltanguss am Bauteil bezeichnet) stehen, sondern es tritt lediglich ein an der ebenen Oberfläche 22 liegender Nadelabdruck als Angussstelle 40 auf.
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11 zeigt ein Kunststoff-Sichtteil 300 nach einer dritten Ausführungsform. Das Kunststoff-Sichtteil 300 ist weitgehend identisch mit dem Kunststoff-Sichtteil 100 nach der ersten Ausführungsform, und es wird auf die diesbezügliche Beschreibung Bezug genommen. Auch bei dem Kunststoff-Sichtteil 300 wird der Anguss durch Ausnehmungen 30 in der Trägerkomponente 10 vorgenommen, d. h. die Sichtkomponente 20 weist Angussstellen 40 an der der Trägerkomponente 10 zugewandten Oberfläche 22 auf. Im Unterschied zu den Kunststoff-Sichtteilen 100, 200 sind die Angussstellen 40 hier jedoch als Angussvorsprünge oder Angussrippen ausgebildet, d. h. stehen über die Oberfläche 22 vor. Im Gegensatz zu den Kunststoff-Sichtteilen 100, 200 füllen die Angussvorsprünge die Ausnehmungen 30 in Radialrichtung vollständig aus, d. h. die Öffnungsquerschnittsfläche der Ausnehmungen 30 entspricht der Querschnittsfläche der Angussvorsprünge 40.
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Die 12 bis 15 verdeutlichen die Herstellung des Kunststoff-Sichtteils 300. Die Trägerkomponente 10 wird in einer zwischen einer ersten Formplatte 500 und einer zweiten Formplatte 600 gebildeten Kavität 605 hergestellt. Die erste Formplatte 500 weist ähnlich wie die erste Formplatte 50 Werkzeugeinsätze 80 mit integrierten Kunststoffzuführungen für die Herstellung der Sichtkomponente 20 und eine weitere Kunststoffzuführung 90 für die Zuführung des Kunststoffes für die Trägerkomponente 10 auf. Im Gegensatz zu der Formplatte 50 stehen hier die Werkzeugeinsätze 80 nicht oder jedenfalls nicht so weit über die Oberfläche 501 der ersten Formplatte 500 hinaus, dass sie eine Durchgangsausnehmung in der Trägerkomponente 10 bilden würden. Die Durchgangsausnehmung 40 in der Trägerkomponente 10 wird, wie in 12 erkennbar, durch Vorsprünge 602 an der zweiten Formplatte 600 geschaffen, die den Düsenöffnungen 84 gegenüberliegend angeordnet sind und über die Konturfläche einer Vertiefung 601 in der zweiten Formplatte 600 vorstehen. Die Höhe der Vorsprünge 602 kann im Wesentlichen der Tiefe der Vertiefung 601 entsprechen.
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13 zeigt die Befüllung der zwischen den Formplatten 500, 600 gebildeten Kavität 605 für die Herstellung der Trägerkomponente 10. Die Kunststoffzufuhr erfolgt in der in den 5 und 6 erläuterten Weise über die weitere Kunststoffzuführung 90. Dabei halten die Vorsprünge 602 die Ausnehmungen 30 in der Trägerkomponente 10 frei.
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In der bereits beschriebenen Weise wird dann das Werkzeug 500, 600 geöffnet und die zweite Formplatte 600 gegen die dritte Formplatte 70 ausgetauscht, wie dies bereits im Zusammenhang mit den ersten beiden Ausführungsformen beschrieben wurde, siehe 14. Die Befüllung der zwischen den Formplatten 500 und 70 gebildeten Kavität 75 für die Herstellung der Sichtkomponente 20 erfolgt dann ebenfalls in der bereits beschriebenen Weise über die Kunststoffzuführungen in den Werkzeugeinsätzen 80. Anders als bei den ersten beiden Ausführungsformen dienen hier die Ausnehmungen 30 in der Trägerkomponente 10 als Angusskanäle, siehe 15. Dies hat zur Folge, dass die Wandstärke der Sichtkomponente 20 im Bereich der Angussstellen 40 größer als die Wandstärke der Sichtkomponente 20 in den umliegenden Bereichen ist. Demzufolge muss bei dem Kunststoff-Sichtteil 300 nach der dritten Ausführungsform durch eine geeignete Bemaßung der seitlichen Ausnehmungsabmessungen sowie der Dicke der Trägerkomponente 10 das Entstehen von Einfall verhindert werden. Die Ausnehmungsabmessungen sollten daher möglichst klein gewählt werden, z. B. einen Durchmesser von 3 mm nicht überschreiten.
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Es wird darauf hingewiesen, dass weitere Ausführungsformen realisierbar sind, bei denen die Werkzeugeinsätze 80 teilweise in die Trägerkomponente 10 hineinstehen. Bei diesen Ausführungsformen, die gleichsam zwischen den Ausführungsformen 100, 200 und der Ausführungsform 300 liegen, kann die Ausnehmung 30 in der Trägerkomponente 10 stufig ausgeführt sein. Die Höhe des Angussvorsprungs kann wesentlich geringer als die Stärke der Trägerkomponente 10 sein, d. h. die Höhe des Vorsprungs 602 kann geringer als die Tiefe der Vertiefung 601 sein. Ähnlich wie bei dem Kunststoff-Sichtteil 200 der zweiten Ausführungsform verläuft auch hier die Sichtkomponente 20 ausschließlich (bis auf die Angussstelle 40) über der Trägerkomponente 10, wodurch gleichmäßige thermische und mechanische Bedingungen im Bereich der Angussstelle 40 erreichbar sind. Beispielsweise kann die Höhe des Angussvorsprungs, d. h. die Zunahme der Wandstärke der Sichtkomponente 20 im Bereich der Angussstelle 40, weniger als 10, 30 oder 50% der Wandstärke der Trägerkomponente 10 betragen.
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Wie bereits erläutert können bei sämtlichen Ausführungsformen die Wandstärken der Sichtkomponente 20 und der Trägerkomponente 10 jeweils über die gesamte Erstreckung des Kunststoff-Sichtteils im Wesentlichen konstant sein.
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16 zeigt eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Anspritzen einer Sichtkomponente 20 an die Trägerkomponente 10 gemäß einer Variante der Ausführungsformen. Die erste Formplatte 50 (oder 500) ist mit einer Ausnehmung 52 versehen, in welcher ein Schieber 53 untergebracht ist, der in der Formplattenebene verschiebbar ist. Zwischen der Ausnehmung 52 und dem Schieber 53 befindet sich eine L-förmige Kavität zur Bildung eines mit der Trägerkomponente 10 integralen L-förmigen Profils 15. Das Profil 15 kann sich über einen Großteil der Länge oder die gesamte Länge des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 erstrecken und gegenüberliegend der Sichtoberfläche 21 der Sichtkomponente 20 verlaufen.
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Durch eine kaskadierte Anspritzung der Sichtkomponente 20 kann bei einem solchen Bauteil erreicht werden, dass die optische Qualität der Sichtoberfläche 21 gegenüberliegend dem Profil 15 gewährleistet bleibt (für eine kaskadierte Anspritzung der Sichtkomponente 20 sind mehrere Werkzeugeinsätze 80 entlang der Länge des Kunststoff-Sichtteils angeordnet, von denen in 16 lediglich einer dargestellt ist). Denn bei einer kaskadierten Anspritzung kann erreicht werden, dass der Spritzdruck zur Herstellung der Sichtkomponente 20 etwa nur 1/3 des Wertes aufweisen muss, der bei einer Anspritzung nur an einem Punkt erforderlich wäre. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Ausführung der ersten Formplatte 50 mit Schieber 53 – siehe 16 – diese Spritzdruckerniedrigung eine Herstellung von Kunststoff-Sichtteilen mit einwandfreier optischer Oberfläche über dem L-Profil 15 ermöglicht. Demgegenüber kann bei einer Anspritzung an nur einem Punkt eine geringfügige aber sichtbare Verformung der Sichtoberfläche 21 über dem L-Profil 15 auftreten. Es wird angenommen, dass die Verformung der Sichtoberfläche 21 auf die Federbewegung der Schiebernase 54 unter hohen Spritzdrücken zurückzuführen ist, was erklären würde, dass dieser Effekt bei geringeren Spritzdrücken ausgeschaltet werden kann. Bei einer Kaskadenanspritzung kann erreicht werden, dass der Spritzdruck beim Spritzgießvorgang der Sichtkomponente 20 stets unter z. B. 400 bar, gegebenenfalls stets unter 200 bar bleibt.
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17 zeigt ein Kunststoff-Sichtteil 100, 200, 300 gemäß sämtlichen Ausführungsformen in Draufsicht auf die Sichtoberfläche 21. Dabei sind die Orte der (in der Draufsicht nicht sichtbaren) Angussstellen 45 für die Trägerkomponente 10 und 40 für die Sichtkomponente 20 eingezeichnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise eine Angussstelle 45 für die Trägerkomponente 10 und vier Angussstellen 40 für die Sichtkomponente 20 vorgesehen. Die vier Angussstellen 40 für die Sichtkomponente 20 können verteilt über die Länge L des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 angeordnet sein. Die Sichtkomponente 20 kann wie bereits erwähnt mittels Kaskadenspritzens hergestellt werden, wobei die an die Angussstellen 40 anbindenden Kunststoffzuführungen zeitversetzt so angesteuert werden, dass der Kunststoff für die Sichtkomponente 20 die Kavität 75 beginnend beispielsweise von einer Seite zur anderen Seite hin (z. B. von rechts nach links in 17) oder von der Mitte zu beiden Seiten hin füllt.
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Es ist möglich, dass sich die Sichtoberfläche 21 nur über einen Teilabschnitt der Oberfläche des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 erstreckt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die in 17 am rechten Ende des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 liegende Angussstelle 40 in einem Oberflächen bereich liegt, der für einen Betrachter im eingebauten Zustand des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 nicht sichtbar ist. In diesem Fall sind an dieser Angussstelle 40 keine besonderen Vorkehrungen zu treffen, die Anspritzung muss dort auch nicht durch die Trägerkomponente 10 hindurch erfolgen (z. B. kann die Sichtkomponente 20 im Bereich einer solchen Angussstelle 40 über die Trägerkomponente 10 überstehen). Es können auch eine oder mehrere randseitige Angussstellen (sogenannter Filmanguss) vorgesehen sein. Stets existiert jedoch wenigstens eine Angussstelle 40, die hinter einer Sichtoberfläche 21, also einem im eingebauten Zustand für die Betrachtung vorgesehenen Oberflächenbereich des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 liegt und durch eine Ausnehmung 30 in der Trägerkomponente 10 angespritzt wird.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen können die Ausnehmungen 30 in der Trägerkomponente 10 insbesondere als Löcher realisiert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausnehmungen) 30 zum Bauteilrand hin offen ist (sind), d. h. nicht über ihren gesamten Umfang von der Trägerkomponente 10 umgeben ist (sind). Sämtliche vorstehenden Angaben zu den Ausnehmungen gelten gleichermaßen für Löcher und Ausnehmungen mit seitlicher Öffnung.
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Die Abmessungen des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 können in weitem Maße variieren. Beispielsweise können die Abmessungen des Teils (Breite × Länge) z. B. 80 × 400 mm oder z. B. 50 × 200 mm betragen. Es sind auch kleinere und insbesondere auch größere Kunststoff-Sichtteile 100, 200, 300 möglich.
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Die Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind untereinander kombinierbar, wobei allen Ausführungsformen gemeinsam ist, dass eine Anspritzung der Sichtkomponente 20 der Kunststoff-Sichtteile 100, 200, 300 durch die Trägerkomponente 10 hindurch erfolgt, wobei Angussstellen 40 gegenüberliegend der Sichtoberfläche 21 (in Projektion zur Ebene der Sichtkomponente 20) des Kunststoff-Sichtteils 100, 200, 300 geschaffen werden, die an der Sichtoberfläche 21 nicht erkennbar sind, und zwar auch dann nicht, wenn es sich bei der Sichtoberfläche 21 um eine Hochglanz-Oberfläche handelt.
