DE102010063751A1 - A process for preparing oberflächendbearbeiteten lightweight components with a high proportion of natural fibers and integral attachment members - Google Patents

A process for preparing oberflächendbearbeiteten lightweight components with a high proportion of natural fibers and integral attachment members

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DE102010063751A1
DE102010063751A1 DE201010063751 DE102010063751A DE102010063751A1 DE 102010063751 A1 DE102010063751 A1 DE 102010063751A1 DE 201010063751 DE201010063751 DE 201010063751 DE 102010063751 A DE102010063751 A DE 102010063751A DE 102010063751 A1 DE102010063751 A1 DE 102010063751A1
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Dr. Nendel Wolfgang
Roman Rinberg
Stefan Schierl
Aleksandr Todorov
Stephan Widmayer
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Technische Universitaet Chemnitz
KraussMaffei Technologies GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils beschrieben, wobei das Leichtbauteil eine Sichtseite und eine Befestigungsseite aufweist, und wobei nach dem Einlegen eines Naturfaserhalbzeugs in ein Spritzgießwerkzeug, dieses Naturfaserhalbzeug verpresst und/oder umgeformt sowie konsolidiert wird. A method for manufacturing a lightweight component described, the light component having a visible side and a fastening side, and wherein pressed after the insertion of a natural fiber preform in an injection mold, this natural semi-finished fiber and / or deformed and consolidated. Im Ergebnis entsteht ein Formteil im Spritzgießwerkzeug. As a result, a molded part is produced in the injection mold. Nachfolgend wird das Anspritzen von Befestigungselementen und/oder Verstärkungsstrukturen an das Formteil auf der Befestigungsseite des Leichtbauteils durchgeführt. Subsequently, the molding of fastener elements and / or reinforcing structures at the molded part is carried out on the fastening side of the lightweight component. Dieses Anspritzen erfolgt in Freiräume im Spritzgießwerkzeug, wobei nur auf einem Teil der Fläche der Befestigungsseite Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen angespritzt werden. This molding is carried out in free space in the injection molding, whereby molded only on part of the surface of the attachment side fastening elements and / or reinforcing structures. Abschließen wird die Oberflächenkomponente in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils aufgebracht. Completing the surface component is deposited in a predetermined area of ​​the visible side of the molding.

Description

  • [0001]
    Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen vorgestellt, die einen hohen Naturfaseranteil sowie eine fertig bearbeitete Oberfläche aufweisen. It is presented a method for the production of lightweight components, which have a high proportion of natural fibers and a finished surface. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens beschrieben. Furthermore, an apparatus for carrying out said method is described. Derartige Bauteile werden bevorzugt im Automobilbau eingesetzt. Such components are preferably used in the automotive industry.
  • [0002]
    Naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile (NFK-Bauteile) des automobilen Interieurs werden meist auf Basis flächiger Halbzeuge überwiegend im Pressverfahren hergestellt. Natural fiber reinforced plastic components (NFK-components) of the automotive interiors are usually produced on the basis of flat semi-finished products predominantly in the pressing process. Dabei können Naturfaseranteile von über 80 Gew.-%, eine niedrige Werkstoffdichte und hohe Strukturkennwerte erzielt werden. In this case, natural fiber share of over 80 wt .-%, a low material density and high structural characteristics can be obtained. Im Vergleich zum Spritzgießverfahren ist die Gestaltungsfreiheit der Pressbauteile im Hinblick auf lokale Strukturversteifungen, z. Compared to injection molding is the freedom of the press components in terms of local structure reinforcements such. B. durch Verstärkungsrippen, sowie Implementierung von Befestigungselementen, wie etwa Retainern, sehr eingeschränkt. For example, by reinforcing ribs, as well as implementation of fasteners, such as retainers, very limited. Zudem bedarf die Umsetzung weicher Oberflächen einer nachträglichen Bauteilkaschierung. In addition, the implementation of soft surfaces a subsequent Bauteilkaschierung needs. Die Spritzgießtechnologie ermöglicht zwar eine nahezu uneingeschränkte Formteilgeometrie und eine Oberflächenkaschierung in einem einstufigen Verfahren, weist jedoch bei der Verarbeitung naturfaserverstärkter Kunststoffe deutliche Restriktionen hinsichtlich erzielbarer Naturfaseranteile, hochdynamischer Struktureigenschaften und temperaturbedingter Geruchsemissionen auf. While the injection molding technology enables almost unlimited part geometry and surface lamination in a single step process, however, has significant restrictions on recoverable natural fiber components, highly dynamic structure properties and temperature-related odor emissions from the processing of natural fiber reinforced plastics. Weiterhin liegt die Werkstoffdichte signifikant höher, als die der NFK-Pressbauteile. Furthermore, the material density is significantly higher than that of the NFK-Press components.
  • [0003]
    Die The DE 103 27 725 A1 DE 103 27 725 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Verbundbauteil hergestellt wird, indem auf der Bauteilseite einer Dekorschicht eine fließfähigen Kunststoffmasse aufgebracht wird, die mit einem expandierbaren Gas beladen ist. describes a method in which a composite part is prepared by a flowable plastic compound is applied to the component side of a decorative layer which is loaded with an expandable gas. Die Kunststoffmasse wird in einen Formraum eingebracht und das Gas beginnt, initiiert durch eine Druckabsenkung, sich auszudehnen und die ursprünglich einphasige Kunststoffmasse in einen porösen Kunststoffschaum zu expandieren, der den Formraum vollständig ausfüllt. The plastic mass is introduced into a mold cavity and the gas starts initiated by lowering the pressure to expand and to expand the originally single-phase plastic mass into a porous plastic foam which completely fills the mold space.
  • [0004]
    Die The DE 103 41 855 A1 DE 103 41 855 A1 offenbart ein Verfahren ein Bauteil herzustellen, das Fasern, insbesondere Naturfasern mit einem Anteil bis zu 70 Gew.-% aufweisen kann. discloses a method to manufacture a component fibers, in particular natural fibers, with a proportion of up to 70 wt .-% may have. Das Bauteil besteht dabei aus einem Kunststoffschaum, der mit einer Dekorfolie überzogen ist. The component consists of a plastic foam, which is coated with a decorative foil. Die Herstellung erfolgt, indem eine gasdurchlässige Dekorschicht verwendet und der Kunststoff im Formwerkzeug, hinter der Dekorfolie aufgeschäumt wird. The preparation is carried out by using a gas-permeable decorative layer and the plastic in the mold is foamed behind the decorative film. Überschüssiges Gas kann vorteilhaft durch die Dekorfolie hindurchtreten und den Prozessraum verlassen. Excess gas may advantageously pass through the decorative film and leave the process chamber. Das Aufschäumen des Kunststoffs erfolgt bevorzugt durch chemisches Schäumen auf Basis einer gasbildenden Reaktion. The foaming of the resin is preferably effected by chemical foaming based on a gas-forming reaction.
  • [0005]
    In der In the DE 20 2007 007 498 U1 DE 20 2007 007 498 U1 wird ein Dekor- oder Verkleidungsteil für einen Fahrzeuginnenraum beschrieben, dass eine duktile Einlage aufweist. a decorative or covering part is described for a vehicle interior that comprises a ductile insert. Zur Herstellung werden die Dekorschicht und die duktilen Einlagen in ein Formwerkzeug eingebracht und der Zwischenraum zwischen Dekorschicht und duktiler Schicht mit einem Kunststoff ausgefüllt. For producing the decorative layer and the ductile inserts are introduced into a mold and the space between the decorative layer and layer of ductile filled with a plastic. Die duktile Schicht soll bevorzugt aus textilem oder Prepreg-Material bestehen. The ductile layer is preferably made of textile or prepreg material.
  • [0006]
    Der zitierte Stand der Technik zeigt, dass in der Automobilindustrie im Bereich der Verkleidungsteile das Gewicht durch chemisches oder physikalisches Schäumen gesenkt wird. The cited art shows that in the automotive industry in the field of lining parts, the weight is reduced by chemical or physical foaming. Geschäumte Bauteile haben jedoch eine aufwändigere Prozessführung und meist eine geringere Schlagzähigkeit zu Folge. However, foamed parts have a more complex process control and usually a lower impact strength to row. Eine Kombination von Vorteilen der Press-, Spritzgieß- und Beschichtungstechnologien gegenüber dem ausschließlichen Einsatz einer dieser Technologien erscheint somit vorteilhaft. A combination of advantages of pressing, injection molding and coating technologies compared to the exclusive use of these technologies thus seems advantageous.
  • [0007]
    Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur effizienten Herstellung von Leichtbauteilen anzugeben, das es ermöglicht, ein leichtes NFK-Bauteil mit einer hohen Gestaltungsfreiheit, einer beliebig ausgeprägten Oberfläche und einem deutlich reduzierten Nachbearbeitungsaufwand zu fertigen. therefore, it has as its object to provide a process for efficient production of lightweight components, which makes it possible to manufacture a light NFK-component with a high design freedom of an arbitrarily marked surface and a significantly reduced post-processing expenditure.
  • [0008]
    Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. The object is achieved with the method according to Claim. 1 Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt. Advantageous embodiments of the method are presented in the dependent subclaims.
  • [0009]
    Die Erfindung nutzt durch eine Verfahrenskombination die Vorteile der Press-, Spritzgieß- und Beschichtungstechnologie. The invention uses a method by combining the benefits of pressing, injection molding and coating technology. Dabei werden die Einzelverfahren in einem Prozess zusammengeführt. The individual processes are combined in one process. Als besonders vorteilhaft ist . is particularly advantageous. anzusehen, dass sowohl mit Standardhalbzeugen (Naturfaserhalbzeug) als auch mit Standardanlagen, Spritzgießmaschiene mit Wendeplatte, gearbeitet werden kann. to see that both standard semi-finished products (natural fiber semi-finished products) as well as with standard systems, Spritzgießmaschiene can work with insert.
  • [0010]
    Das Verfahren sieht dazu die folgenden Schritte vor: The method provides the following steps before:
    • a) Einlegen eines Naturfaserhalbzeugs (Halbzeug) in ein Spritzgießwerkzeug a) insertion of a natural fiber semi-finished product (semi-finished) in an injection mold
    • b) Verpressen und/oder Umformen sowie Konsolidieren des Naturfaserhalbzeugs zu einem Formteil im Spritzgießwerkzeug. b) pressing and / or forming and consolidating the natural fiber preform to form a molded part in the injection mold.
    • c) Anspritzen von Befestigungselementen und/oder Verstärkungsstrukturen an das Formteil auf der Befestigungsseite des Leichtbauteils in Freiräume im Spritzgießwerkzeugs, wobei nur auf einem Teil der Fläche der Befestigungsseite Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen angespritzt werden. c) spraying of fasteners and / or reinforcing structures at the molded part on the fastening side of the lightweight component in free spaces in the injection molding, whereby molded only on part of the surface of the attachment side fastening elements and / or reinforcing structures.
    • d) Aufbringen der Oberflächenkomponente in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils. d) applying the surface component in a predetermined range of the visible side of the molding.
  • [0011]
    Als Naturfaserhalbzeug wird im Folgenden ein meist mattenartig ausgebildetes textiles Material mit einem Naturfaseranteil bevorzugt zwischen 30 Gew.-% und 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 40 Gew.-% und 90 Gew.-%, bezeichnet. As a natural fiber semi-finished product in the following a matt usually formed like textile material with a natural fiber content is preferably between 30 wt .-% to 100 wt .-%, more preferably between 40 wt .-% and 90 wt .-% referred to. Der verbleibende prozentuale Anteil wird durch Füllmaterialien, wie bspw. Granulate oder Kunstfasern sowie Schmelzfasern gebildet. The remaining percentage is constituted by filler materials, such as, granules or synthetic fibers and fusible fibers. Besonders bevorzugt sind hier zwei Halbzeugvarianten: Particularly preferred here are two semi-finished versions are:
    • – verbreitete Halbzeugausführung mit Thermoplastmatrix (Schmelzfasern) und 50 Gew.-%. - semi-finished non-execution with thermoplastic matrix (fusible fibers) and 50 wt .-%. Naturfaseranteil Natural fiber content
    • – Halbzeugvariante mit 100 Gew.-%. - semi-finished variant with 100 wt .-%. Naturfaseranteil, wobei das reaktive Matrixharz (Duroplast) erst unmittelbar vor dem Umformen auf die Matte aufgetragen (aufgesprüht) wird. Natural fiber component, wherein the reactive resin matrix (thermoset) was applied on the mat immediately before forming (sprayed) is.
  • [0012]
    Das Verfahren wird bevorzugt in einer Spritzgießmaschine, besonders vorzugsweise in einer Wendeplatten-Spritzgießmaschine durchgeführt. The process is preferably particularly preferably carried out in an injection molding machine, in a turning plate injection molding machine.
  • [0013]
    Es wird erfindungsgemäß ein vorbehandeltes Naturfaserhalbzeug; It is achieved according to a pre-treated natural fiber semi-finished products; auch Komponente and component 1 1 genannt, in ein Werkzeug (Spritzgießwerkzeug) eingelegt und durch die Schließkraft zu einem Formteil verpresst und/oder umgeformt und konsolidiert. called, into a mold (injection molding) is inserted and compressed by the clamping force to a mold part and / or formed and consolidated. Das Formteil bildet einen gepresster Bauteilträger mit einem hohen Leichtbaugrad. The molding forms a pressed component carrier with a high degree of lightweight construction.
  • [0014]
    Anschließend werden partiell Befestigungselemente, wie etwa Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen, wie z. Subsequently, partially fasteners, such as retainer, and / or reinforcing structures such. B. Rippen, angespritzt (auch Komponente B. ribs, molded (also component 2 2 genannt). called). In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anspritzen parallel zum Pressen oder wird nach einer gewissen Presshaltezeit im Werkzeug bereits begonnen. In a preferred embodiment the molding is performed in parallel for pressing or is already started after a certain press-hold time in the mold. Pressen zu einem Formteil und Anspritzen erfolgen dann parallel oder teilweise parallel. Pressing into a mold and injection-molding take place in parallel or partly in parallel.
  • [0015]
    Im nächsten Schritt wird auf das Verbundbauteil eine Oberflächenkomponente aufgebracht (auch Komponente In the next step, a surface component is deposited on the composite component (also component 3 3 genannt), die auf der Sichtseite durch eine entsprechende Präparation der formgebenden Werkzeugoberfläche eine beliebige vorgegebene Strukturierung (bspw. Lederoptik) erhält und der Bauteiloberfläche die erwünschte Haptik (Soft-Touch-Effekt) und/oder eine hohe Kratzfestigkeit verleiht. called), which receives on the visible side by an appropriate preparation of the forming tool surface any given structure (eg. leather optics) and the component surface, the desired feel (soft touch effect) and / or a high scratch resistance confers.
  • [0016]
    Somit entsteht vorteilhaft ein dreidimensional geformtes, oberflächenendbearbeitetes Verbundbauteil mit sehr geringen Eigenspannungen und einer hohen Formstabilität. Thus advantageously a three-dimensionally shaped, oberflächenendbearbeitetes composite component with very low residual stress and high dimensional stability is produced.
  • [0017]
    Als Naturfasern im Naturfaserhalbzeug werden bevorzugt Materialien wie Holz-, Hanf-, Flachs-, Kokos-, Sisalfasern etc. oder auch Mischungen von Naturfasern, verwendet. The natural fibers in the natural fiber semi-finished product are preferably materials such as wood, hemp, flax, coconut, sisal, etc., or mixtures of natural fibers is used. Das Naturfaserhalbzeug weist bevorzugt einen definierten Schmelzfaseranteil auf. The natural fiber semi-finished product preferably has a defined melting fiber content. Dieser Schmelzfaseranteil liegt vorzugsweise im Bereich von 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 30 Gew.-% bis 50 Gew.-%. This melting fiber content is preferably in the range of 10 wt .-% to 70 wt .-% and particularly preferably in the range of 30 wt .-% to 50 wt .-%. Die Schmelzfasern weisen dabei bevorzugt Polypropylen als Schmelzkomponente auf. The melting fibers are preferably polypropylene as melting component. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Halbzeug vor dem Einlegen in das Werkzeug temperiert. In a preferred embodiment, the semi-finished product is heated before insertion into the mold. Dazu wird bevorzugt eine Kontaktheizung oder eine Heizstrahler-Einrichtung eingesetzt. For this, a contact heater or a radiant heat device is preferably employed. Die dabei eingesetzte Temperatur und die Heizdauer sind von der Zusammensetzung des Naturfaserhalbzeugs und dabei insbesondere von Art und Anteil der Schmelzkomponente abhängig. The temperature and the heating time used therein depend on the composition of the natural fiber semi-finished product and in particular the nature and proportion of the melting component. Ziel der Temperierung ist es, die Schmelzkomponente aus dem festen in den flüssigen oder halbflüssigen Zustand zu überfuhren. The aim of the tempering is to lead the melt from the solid component in the liquid or semi-liquid state. Diese Schmelzkomponente verteilt sich unter Pressdruck gleichmäßig in der Verbundstruktur und umschließt und verklebt die Verstärkungsfasern. This melting component is distributed under compacting pressure uniformly in the composite structure and surrounds and bonds the reinforcing fibers. Nach dem Konsolidieren durch Abkühlung wird diese Schmelzkomponente zur Matrix des Verbundwerkstoffs. After consolidating by cooling this melt component is the matrix of the composite material.
  • [0018]
    In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Naturfaserhalbzeug vor dem Einlegen auf die erforderlichen Maße konfektioniert (getrennt). In a preferred embodiment, the natural fiber semifinished product is packaged before loading the required dimensions (separated). Dieses Trennen erfolgt bevorzugt durch Ausstanzen oder Beschneiden. This separation is preferably carried out by punching or cutting. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug mit einer Stanzvorrichtung kombiniert, so dass der Zuschnitt des Naturfaserhalbzeugs in den Pressvorgang integriert ist. In a further preferred embodiment, the tool having a punching device is combined so that the cut of the natural fiber semi-finished product is incorporated in the pressing process.
  • [0019]
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit duroplastisch-gebundenen Naturfaserhalbzeugen gearbeitet. In a further preferred embodiment working with thermoset bound natural fiber semifinished products. Dazu werden die Naturfaserhalbzeuge vor dem Einlegen in das Werkzeug mit einem Reaktionsharz (Matrixharz) (bevorzugt Polyurethan) besprüht oder mit einem aushärtbaren Matrixharz (Polyacrylatharz) in einem Tauchbad getränkt (z. B. im Foulardierprozess). For this purpose, the natural fiber semi-finished products before loading into the mold with a reaction resin (matrix resin) (preferably polyurethane), or sprayed with a curable matrix resin (polyacrylate) in an immersion bath impregnated (for. Example, in the pad dyeing process).
  • [0020]
    Mit dem Schließen des Werkzeugs und Aufbringen der Schließkraft wird das Naturfaserhalbzeug geformt und verpresst. By closing the mold and applying the clamping force, the natural fiber semi-finished product is formed and pressed. Der Vorgang kann beschleunigt werden, indem das Werkzeug bevorzugt zusätzliche Temperierelemente aufweist. The process may be accelerated by the tool has preferably additional tempering. Diese Temperierelemente sind zur Bearbeitung von wärmeabbindenden Matrixmaterialien als Heizelemente ausgebildet. This tempering are designed for the processing of thermosetting matrix materials as heating elements. Demgegenüber ist beim Einsatz von Schmelzfasern aus PP oder anderen im geschmolzenen Zustand erweichenden Materialien oder einer durch das Abkühlen konsolidiertenden Oberflächenkomponente (TPE) eine Ausführung der Temperierelemente vorzusehen, die eine Kühlung bewirken. In contrast, the use of fusible fibers made of PP or other softening materials in the molten state or a consolidated passing through the cooling surface component (TPE) is to provide an embodiment of the tempering, the effect cooling.
  • [0021]
    Auf diese Weise wird vorteilhaft die notwendige Presszeit und damit die Zykluszeit verkürzt. In this way, the necessary pressing time and thus the cycle time is shortened beneficial.
  • [0022]
    Die Befestigungselemente (Retainer) und Verstärkungsstrukturen werden angespritzt, indem in Freiräume im Werkzeug das Material dieser Bauelemente eingespritzt oder expandiert wird. The fasteners (Retainer) and reinforcing structures are molded by the material of these components is injected or expanded into clearances in the mold. Die Freiräume im Werkzeug werden dabei aufgefüllt. The open spaces in the mold are filled there. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wird somit das Naturfaserhalbzeug nicht auf der ganzen Fläche hinterspritzt, wodurch die erforderliche Schließkraft vorteilhaft deutlich reduziert wird. In contrast to the prior art, thus the natural fiber semi-finished product is not back-molded around the area, thereby providing the required clamping force is advantageously significantly reduced. Die Freiräume im Werkzeug sind in einer bevorzugten Ausführungsform bereits beim Formen und Verpressen des Naturfaserhalbzeugs vorhanden. The free spaces in the mold are provided in a preferred embodiment, already when molding and compressing the natural fiber semi-finished product. Dadurch wird vorteilhaft der Bereich des Halbzeugs, an dem Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen befestigt werden sollen, nicht einer Presskraft ausgesetzt, so dass die Oberfläche des Naturfaserhalbzeugs offenporig und vorteilhaft rau bleibt. This advantageously the area of ​​the semi-finished product, to be attached to the attachment elements and / or reinforcing structures, not subjected to a pressing force, so that the surface of the natural fiber semi-finished product remains porous and advantageous rough. Dies gewährleistet vorteilhaft eine feste Verbindung des Materials der Retainer und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Naturfaserhalbzeug. This advantageously ensures a firm connection of the material of the retainer and / or reinforcement structures with the natural fiber semi-finished product. Durch den Einspritz-/Nachdruck wird auch an diesen Stellen das Naturfaserhalbzeug komprimiert. By the injection / reprint the natural fiber semifinished product is also compressed in this position. Eine optimale Anbindung und geringer Bauteilverzug werden durch Einspritzen des Kunststoffs während der Konsolidierung des Naturfaserhalbzeugs erreicht. An optimum connection and low weldment distortion be achieved by injecting the plastic during the consolidation of the natural fiber semi-finished product.
  • [0023]
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entstehen die Freiräume im Werkzeug durch Verfahren entsprechender Werkzeugteile (z. B. einer Werkzeughälfte oder eines Schiebers). In a further preferred embodiment, the free spaces are formed in the tool by methods appropriate tool parts (z. B. a mold half or a slide). Eine besonders enge Verbindung der Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Naturfaserhalbzeug wird hier erreicht, wenn das Material der Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Material des Schmelzfaseranteils im Naturfaserhalbzeug identisch ist oder eine sehr enge Verbindung mit diesem eingehen kann. A particularly close relationship of the retainer, and / or reinforcing structures with the natural fiber semi-finished product is achieved here if the material of the retainer and / or reinforcement structures is identical to the material of the fusible fiber content in the natural fiber semi-finished product, or may enter into a very tight connection therewith.
  • [0024]
    In Abhängigkeit von den Anforderungen wird als Material für Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen bevorzugt ein Thermoplast, ein Elastomer, ein thermoplastischer Elastomer (TPE) oder auch ein Duroplast verwendet werden. Depending on the requirements, a thermosetting resin is used as material for retainer, and / or reinforcing structures preferably a thermoplastic, an elastomer, a thermoplastic elastomer (TPE) or used.
  • [0025]
    Der Zeitpunkt des Anspritzens der Komponente The time of molding on the component 2 2 nach Schließkraftaufbau ist variabel und wird vorteilhaft in Abhängigkeit vom Zustand der Komponente to build up clamping force is variable and is advantageous depending on the state of the component 1 1 festgelegt. established. Kriterium ist hierbei der bereits erreichte Aushärtungs- oder Konsolidierungsgrad des Naturfaserhalbzeugs. Criterion is the curing or consolidation degree of natural fiber preform already reached.
  • [0026]
    Der für das Aufbringen der Oberflächenkomponente (Komponente The (for the application of the surface component Component 3 3 ) erforderliche Freiraum in der Werkzeugkavität wird bevorzugt durch das Auffahren eines Tauchkanten-Werkzeugs oder durch eine auswechselbare Werkzeughälfte bzw. einen auswechselbaren Werkzeugeinsatz geschaffen. ) Clearance required in the mold cavity is preferably provided by the tailgating a dipping edge tool or by a replaceable tool half and a removable tool bit. Dieser Freiraum ist so groß, dass die Beschichtung im vorgesehenen Bereich der Sichtseite des Bauteils in der benötigten Stärke entstehen kann. This free space is so great that the coating in the designated area of ​​the visible side of the component can occur in the required thickness. Dies ist somit von der Dicke der vorgesehenen Materialschicht abhängig und beträgt bevorzugt für dünne Lackschicht zwischen. This is thus dependent on the thickness of the provided layer of material, and is preferably for thin layer of lacquer between. 0,1 mm und 1 mm, besonders bevorzugt 0,4, mm bis 0,6 mm. 0.1 mm and 1 mm, more preferably 0.4 mm to 0.6 mm. Für dickere Schichten sind bevorzugt 1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt ca. 2–10 mm vorzusehen. For thicker layers are preferably 1 mm to 20 mm, particularly preferably provide about 2-10 mm. Ein Tauchkantenwerkzeug ist ein Werkzeug mit der sog. Tauchkante, über die Stempel und Matrize ineinander fahren und die Form schon umlaufend geschlossen ist, wobei die Tiefenverstellung der Kavität noch möglich ist. A positive mold is a mold with the so-called. Dipping edge, take the punch and die each other and the mold is already closed circumferentially, whereby the depth adjustment of the cavity is still possible.
  • [0027]
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsteht der Freiraum für die Komponente In a further preferred embodiment, the free space for the component is produced 3 3 durch das Öffnen des Werkzeugs und den Transfer des Bauteils in eine andere Kavität (z. B. Wendeplatten- oder Schiebetisch-Technologie). by opening of the tool and the transfer of the component in another cavity (z. B. indexable insert or sliding table technology).
  • [0028]
    Als Komponente as component 3 3 kommt vorzugsweise eine fließfähige Masse zum Einsatz, die entweder beim Abkühlen oder durch das Vernetzen von reaktiven Komponenten formstabil wird. preferably is a flowable mass for use, which is either inherently stable during cooling or by cross-linking of the reactive components. Komponente component 3 3 ist vorzugsweise eine Polyurethan-Schicht mit Soft-Touch-Effekt oder eine PU-Lackschicht. is preferably a polyurethane layer having soft touch effect or a PU-coating layer.
  • [0029]
    Das Einbringen der Oberflächenkomponente erzielt eine vorgegebene Optik und Haptik nach dem Aushärten. The introduction of the surface component achieving a predetermined appearance and feel after curing.
  • [0030]
    Als Komponente as component 3 3 wird weiterhin bevorzugt TPE (thermoplastischer Elastomer) eingespritzt oder alternativ Polyurethan oder ein ähnliches Material wie bspw. expandierbares Polypropylen eintragen. will continue TPE (thermoplastic elastomer) is preferably injected or enter alternatively polyurethane or a similar material such as, expandable polypropylene. Die Reaktionszeit der Oberflächenkomponente ist vom verwendeten Material der Oberflächenkomponente abhängig und beträgt für PU-Systeme bevorzugt zwischen ca. 40 und 180 s. The reaction time of the surface component is dependent on the material of the surface component and is for PU systems preferably between about 40 and 180 s.
  • [0031]
    Die Oberflächenkomponente wird in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils aufgebracht. The surface component is applied in a predetermined region of the visible side of the molding. Dieser vorgegebene Bereich kann die gesamte Sichtseite oder auch nur ein oder mehrere Teile davon sein. This predetermined range may be the entire visible side or only one or more parts of it.
  • [0032]
    Es ist möglich, durch zusätzliche Heizelemente beim Einbringen der Oberflächenkomponente die Zykluszeit vorteilhaft zu verkürzen. It is possible to shorten by additional heating elements at the introduction of the surface component, the cycle time is advantageous.
  • [0033]
    Als ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anzusehen, dass eine Nachbearbeitung entfällt bzw. lediglich das Anguss-System entfernt werden muss und ein endkonturnahes Bauteil erzielt wird. As an essential advantage of the invention is to be considered that a post is omitted and only the gating system has to be removed and a near net shape component is achieved.
  • [0034]
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Zuschnitt des Bauteils, inklusive des Naturfaserhalbzeugs, erst nach dem Aufbringen der Oberflächenkomponente, also nach der Beschichtung mit bspw. TPE/PU und somit außerhalb des Spritzgießwerkzeugs, dass dazu eingesetzt wird. In a further preferred embodiment, the blank of the component, including the natural fiber semi-finished product takes place, only after application of the surface component, that after coating with eg. TPE / PU and thus outside of the injection mold that is used to.
  • [0035]
    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in die Oberfläche des Naturfaserhalbzeugs, die der Sichtoberfläche des Bauteils zugewandt ist, eine Dekorfolie eingearbeitet und im Pressvorgang mit der Matte verbunden. In a further preferred embodiment of the method, a decorative sheet is incorporated and connected in the pressing operation with the mat in the surface of the natural fiber semi-finished product facing the viewing surface of the component. Im Prozessschritt der Ausbildung der Oberflächenkomponente wird im Schritt d. In the process step of forming the surface component, in step d. des Verfahrens vorteilhaft mit einem Polyurethan-Lacksystem geflutet. the method advantageously flooded with a polyurethane paint system.
  • [0036]
    Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, mehr als drei Komponenten einzusetzen und bspw. die Oberflächenkomponente nach dem Aushärten zu bedrucken oder zu konturieren. A further preferred embodiment provides to use more than three components, for example. The surface component after curing to print or contour. Bevorzugt werden mehrere übereinander angeordnete Schichten von Oberflächenkomponenten in der Verfahrensweise von Schritt d. several superimposed layers of surface components in the procedure of step d, are preferred. ausgebildet. educated.
  • [0037]
    Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte auf, die eine geschlossene Kavität ausbilden und die Form des angestrebten Leichtbauteils vorgeben. The apparatus for performing the method comprises a first mold half and a second mold half, which form a closed cavity and determine the shape of the desired light component. Die erste Werkzeughälfte weist Freiräume auf, die zur Aufnahme des Materials der Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen geeignet sind. The first tool half has free spaces, which are suitable for receiving the material of the fastening elements and / or reinforcing structures. Die Freiräume können mit einem oder mehreren Materialreservoirs für das Material der Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen verbunden werden, wobei dieses Material unter Druck eingespritzt werden kann. The open spaces can be connected to one or more material reservoirs for the material of the fastening elements and / or reinforcing structures, which material can be injected under pressure. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine oder beide der Werkzeughälften temperierbar. In a preferred embodiment one or both of the mold halves can be tempered. Dazu wird bevorzugt eine in die Werkzeughälften integrierte elektrische Widerstandsheizung verwendet. These integrated into the tool halves electrical resistance heater is preferably used. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil der ersten Werkzeughälfte verfahrbar, so dass die Freiräume erst während oder nach dem Pressprozess ausgebildet werden. In a preferred embodiment, a portion of the first tool half can be moved so that the free spaces are formed only during or after the pressing process. Die zweite Werkzeughälfte ist im Falle eines Tauchkanten-Werkzeugs in Ihrer Gesamtheit gegenüber der ersten Werkzeughälfte und dem eingelegten Halbzeug verfahrbar oder, im Falle eines Wendeplatten-, Schiebetisch- oder Drehteller-Werkzeugs, austauschbar, so dass ein Freiraum entsteht, der die gesamte Sichtseite des Formteils soweit freigibt, dass die notwendige Menge von Oberflächenkomponente in diesen Freiraum eingebracht werden kann. The second tool half, in the case of a dipping edge tool movable in their entirety with respect to the first half-mold and the inserted semi-finished product or, in the case of a reversing plate, Schiebetisch- or turntable tool, interchangeable, so that a free space is created, which the entire visible side of the molding so far as to release, that the necessary amount of component surface in this space can be introduced. Bevorzugt wird eine Wendeplatten-Spritzgießmaschine verwendet, deren Werkzeug Greifelemente zum Festhalten der Naturfaser-Halbzeugmatte aufweist. a turning plate injection molding machine is preferably used, which tool comprises gripping elements for holding the natural-fiber semi-finished mat.
  • [0038]
    Die beiden Werkzeughälften können mit Druck ineinander gepresst werden, wobei die Druckerzeugung durch ein Aggregat nach dem Stand der Technik erfolgt. The two tool halves can be pressed into each other with pressure, the pressure is generated by a unit according to the prior art. Dazu werden bspw. hydraulische Antriebe der Spritzgießmaschine genutzt. These hydraulic drives the injection molding machine are eg. Used.
  • Figuren characters
  • [0039]
    1 1 stellt das allgemeine Verfahrensschema, wie es im Anspruch 1 angeführt ist, dar. Schritt depicts the general process scheme as set forth in claim 1. Step 1 1 zeigt das Bereitstellen des Halbzeugs ( shows the provision of the semi-finished product ( 1 1 ) zwischen erster Werkzeughälfte (links des Halbzeugs) und zweiter Werkzeughälfte (recht des Halbzeugs). ) (Between the first mold half to the left of the semifinished product) and the second tool half (rather semi-finished product). In Schritt in step 2 2 erfolgt das Verpressen des Naturfaser-Halbzeugs in dem Spritzgießwerkzeug (bestehend aus erster und zweiter Werkzeughälfte). takes place compressing the natural fiber preform in the injection mold (consisting of first and second mold half). Schritt step 3 3 umfasst das Hinterspritzen des Naturfaser-Halbzeugmaterials an den Stellen, an denen Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen vorgesehen sind. includes back-injecting of the natural-fiber semi-finished material at the locations where Retainer, and / or reinforcing structures are provided. Das Material ( The material ( 2 2 ) für Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen füllt die Hohlräume der ersten Werkzeughälfte aus. ) For retainer, and / or reinforcing structures fills the cavities of the first mold half. In Schritt in step 4 4 wird die zweite Werkzeughälfte etwas zurückgezogen oder gegen eine andere Werkzeughälfte mit einer angepassten Kavität ausgetauscht, um in den vorgegebenen Bereichen Freiraum für die Oberflächenkomponente ( the second tool half is slightly retracted or exchanged for another mold half with an adapted cavity, into the predetermined regions (free space for the surface component 3 3 ) zu schaffen. ) to accomplish. Anschließend wird in diesen Freiraum die Oberflächenkomponente ( the surface component is then in this space ( 3 3 ) eingetragen. entered).
  • [0040]
    2 2 illustriert das folgende Ausführungsbeispiel. illustrates the following embodiment. Es ist der Prozessablauf auf einer Wendeplatten-Spritzgießmaschine erläutert dargestellt. It is the process flow on a turning plate injection molding machine described in FIG.
  • [0041]
    Eine auf ca. 200–230°C vortemperierte Naturfaser-Halbzeugmatte (Flachs/Polypropylen 50/50) wird vom Handling ( A pre-tempered to about 200-230 ° C natural fiber semi-finished mat (flax / polypropylene 50/50) is (from the handling 11 11 ) aus der Heizstation ( ) (From the heating station 12 12 ) (hier einer Heizpresse) entnommen und in das Werkzeug ( () Taken here a hot press) and (in the tool 14 14 ) eingehängt. ) Hooked. Danach erfolgt das Verpressen des Halbzeugs durch das Schließen des Werkzeugs ( Thereafter, the pressing of the semi-finished product (this is done by closing the tool 14 14 ). ). Nach einer definierten Verzögerungszeit von 10 s wird die umgeformte Naturfaser-Halbzeugmatte über das Spritzaggregat ( After a defined delay time of 10 s the reformed natural fiber semi-finished mat is (via the injection unit 15 15 ) mit Kunststoffmasse (Polypropylen) partiell hinterspritzt. ) (With plastic mass polypropylene) partially injected behind. Parallel dazu wird vom Handling ( In parallel, (from handling 11 11 ) ein nächstes Halbzeug vom Halbzeug-Stapel ( ) Next, a semi-finished product from the semi-finished stack ( 13 13 ) in die Heizstation ( ) (In the heating station 12 12 ) eingelegt. ) Inserted. Nach Ablauf der Reaktionszeit der Oberflächenkomponente (diese wird auch bei dem hier vorliegenden Einfahrschritt der Anlage eingehalten, da bereits im nächsten Durchlauf auf der anderen Seite der Wendeplatte die Oberflächenkomponente eingebracht sein wird) wird das Werkzeug ( After the reaction time of the surface component (this the system is also maintained in the present here Einfahrschritt, since already the next cycle on the other side of the insert, the surface component is to be incorporated) is (the tool 14 14 ) geöffnet und die Wendeplatte ( ) Is opened and the turning plate ( 16 16 ) mit dem Pressbauteil um 180° gedreht. ) Rotated with the pressing member by 180 °. Im nächsten Schritt wird vom Handling ( In the next step (the handling 19 19 ) das Trennmittel in die Werkzeughälfte ( ) The separating means (in the tool half 17 17 ) eingetragen und zeitgleich vom Handling ( entered) and at the same time (from handling 11 11 ) die temperierte Halbzeugmatte aus der Heizstation ( ) The tempered semi-finished mat (from the heating station 12 12 ) entnommen und in die Werkzeughälfte ( ) And removed (in the tool half 14 14 ) eingehängt. ) Hooked. Nach dem Schließen des Werkzeugs erfolgt in der Werkzeughälfte ( After closing of the tool takes place in the tool half ( 17 17 ) das Überfluten des Pressbauteils mit einem Polyurethan-System (Oberflächenkomponente) (hier PU-System: Elalstolit R 8919/100/WE35 mit ), The flooding of the pressing member (with a polyurethane system interface component) (here PU-system: Elalstolit R 8919/100 / with WE35 ) mittels des Mischkopfes ( ) (By means of the mixing head 18 18 ) und zeitgleich das Pressen und Hinterspritzen der Halbzeugmatte in der Werkzeughäflte ( ) And at the same time the pressing and back-molding the semi-finished mat (in the Werkzeughäflte 14 14 ). ). Parallel dazu wird ein nächstes Halbzeug in die Heizstation ( In parallel, a next semi-finished (in the heating station 12 12 ) eingelegt. ) Inserted. Nach Ablauf der Reaktionszeit des eingesetzten Polyurethan-Systems von 45 s wird das Werkzeug geöffnet und das fertige Bauteil vom Handling ( After the reaction time of the polyurethane system used by 45 seconds the mold is opened and the finished component (from the handling 19 19 ) entnommen. ) Removed. Anschließend wird die Wendeplatte ( Subsequently, the insert is ( 16 16 ) wieder um 180° gedreht und in die Werkzeughälfte ( ) Again rotated 180 ° and (in the mold half 17 17 ) das Trennmittel eingetragen. ) Was added, the release agent. Dieser Prozess wird beliebig oft wiederholt. This process is repeated as often as desired.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Naturfaser-Halbzeug Natural fiber semis
    2 2
    Material für Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen Material retainer, and / or reinforcing structures
    3 3
    Oberflächenkomponente surface component
    4 4
    zweite Werkzeughälfte, zurückgezogen second tool half retracted,
    11 11
    Handling-Handhabungsroboter Handling Handling Robot
    12 12
    Heizstation heating station
    13 13
    Naturfaser-Halbzeug-Stapel Natural fiber semi-finished stack
    14 14
    erste Werkzeughälfte first tool half
    15 15
    Spritzaggregat injection unit
    16 16
    Wendeplatte insert
    17 17
    zweite Werkzeughälfte second tool half
    18 18
    Mischkopf mixing head
    19 19
    Handling-Handhabungsroboter Handling Handling Robot
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0042]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
  • [0043]
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  • [0044]
    • Iso 134/7 [0041] Iso 134/7 [0041]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, das eine Sichtseite und eine Befestigungsseite aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Herstellungsschritte: a) Einlegen eines Naturfaserhalbzeugs in ein Spritzgießwerkzeug, b) Verpressen und/oder Umformen sowie Konsolidieren des Naturfaserhalbzeugs (Halbzeug) zu einem Formteil im Spritzgießwerkzeug, c) Anspritzen von Befestigungselementen und/oder Verstärkungsstrukturen an das Formteil auf der Befestigungsseite des Leichtbauteils in Freiräume im Spritzgießwerkzeugs, wobei nur auf einem Teil der Fläche der Befestigungsseite Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen angespritzt werden, d) Aufbringen der Oberflächenkomponente in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils. A process for producing a light component having a visible side and a fastening side, characterized by the following production steps: a) insertion of a natural fiber preform in an injection mold, b) pressing and / or forming and consolidating the natural fiber semi-finished product (semi-finished) to form a molding in the injection mold, c ) molding of fasteners and / or reinforcing structures at the molded part on the fastening side of the lightweight component in free spaces in the injection molding, whereby molded only on part of the surface of the attachment side fastening elements and / or reinforcing structures, d) application of the surface component in a predetermined region of the visible side of the molding.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug einen definierten Schmelzfaseranteil aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semi-finished product having a defined melting fiber content.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug aus Schritt a. A method according to claim 2, characterized in that the natural fiber semi-finished product from step a. vor dem Einlegen insbesondere mit einer Kontaktheizung oder einem Heizstrahler, vortemperiert, wird, wenn es sich um Halbzeug mit einem Schmelzfaseranteil handelt. before loading in particular with a contact heater or a radiant heater, preheated, when it is semi-melting fiber component.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug vor Schritt a. A method according to claim 1, characterized in that the natural fiber semi-finished product prior to step a. in einem Tauchbad mit Matrixharz getränkt oder mittels Sprühens mit Matrixharz versehen wird, wenn das Naturfaserhalbzeug keine Schmelzfasern aufweist. or is soaked in an immersion bath with a matrix resin provided with matrix resin by spraying when the natural fiber semi-finished product does not have a melting fibers.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug duroplatisch gebunden ist. A method according to claim 1, characterized in that the natural fiber semi-finished product is duroplatisch bound.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b. Method according to one of the preceding claims, characterized in that steps b. und c. and c. parallel oder teilweise parallel erfolgen. performed in parallel or partly in parallel.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step b. in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Naturfaserhalbzeugs durch zusätzliches Aufheizen oder durch Kühlen beschleunigt wird. is accelerated depending on the composition of the natural fiber semi-finished product by additional heating or by cooling.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step b. mit einem Trenn- insbesondere einem Stanzvorgang kombiniert wird. a punching operation is combined with a particular separation.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step c. die Freiräume im Spritzgießwerkzeug gebildet werden, indem nach Schritt b. the free spaces in the injection mold are formed by, after step b. Teile des Spritzgießwerkzeugs verfahren werden und so die Freiräume freigeben. be moved parts of the injection mold and then release the open spaces.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Schritt d. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step d. das Leichtbauteil in eine zweite Kavität verfahren wird. the lightweight component is moved into a second cavity.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Schritt d. A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that step d. ein Teil des Spritzgießwerkzeugs verfahren wird und so einen Freiraum auf der Sichtseite des Leichtbauteils freigibt, in den die Oberflächenkomponente eingetragen werden kann. The procedure is a part of the injection mold and then releasing a free space on the visible side of the lightweight component, in which the surface component can be entered.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d. Method according to one of the preceding claims, characterized in that step d. in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Oberflächenkomponente durch zusätzliches Aufheizen oder durch Kühlen beschleunigt wird. is accelerated depending on the composition of the surface component by additional heating or by cooling.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug mit einer der Sichtseite des Leichtbauteils zugewandten Dekorfolie versehen ist und dass die Oberflächenkomponente in Schritt d. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semi-finished product facing with one of the visible side of the lightweight component decorative film is provided and that the surface component in step d. ein Lacksystem ist. is a paint system.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug auf der Sichtseite mit mehreren Lagen von gleicher oder unterschiedlicher Oberflächenkomponenten versehen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semifinished product is provided on its visible side with a plurality of layers of the same or different surface components.
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