DE102011006034A1

DE102011006034A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102011006034A1
Application number: DE201110006034
Authority: DE
Inventors: Manfred Nawroth; Patrick Rosso; Jana Moll
Original assignee: Daimler AG; Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27
Also published as: JP2014512282A; WO2012126907A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (2, 2.1, 2.2) mit einem Spritzgießwerkzeug, umfassend Bereitstellen zumindest eines Formteils (4, 4.1), und Hinterspritzen des Formteils (4, 4.1) mit einer ersten Kunststoffschmelze (6) durch zumindest eine Injektionseinrichtung (18). Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4, 4.1) durch zumindest eine in dem Formteil (4, 4.1) vorgesehene Ausnehmung (8) hindurch mit der ersten Kunststoffschmelze (6) durch die Injektionseinrichtung (20) hinterspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit einem Spritzgießwerkzeug, umfassend Bereitstellen zumindest eines Formteils, und Hinterspritzen des Formteils mit einer ersten Kunststoffschmelze durch zumindest eine Injektionseinrichtung. Daruber hinaus betrifft die Erfindung ein Verbundbauteil hergestellt nach diesem Verfahren und ein Spritzgießwerkzeug zur Durchführung von diesem Verfahren.
In der heutigen Zeit werden in verschiedensten Bereichen der Technik, wie z. B. in Gebauden, bei Bildschirmen oder in Fahrzeugen, vermehrt Kunststoffprodukte, wie Kunststoffscheiben, eingesetzt. So ist es beispielsweise im Fahrzeugbau ein stetiges Anliegen, das Gewicht eines Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs, Schienenfahrzeugs oder Flugzeugs, zu reduzieren. Eine Moglichkeit der Gewichtsreduktion besteht darin, die Glasscheiben eines Fahrzeugs durch leichtere Kunststoffscheiben zu ersetzen.
Kunststoffscheiben können Verbundbauteile sein, welche zumindest zwei Komponenten aufweisen. Eine erste Komponente kann ein Formteil sein, wie beispielsweise ein transparentes Formteil. Die zweite Komponente kann durch Hinterspritzen des Formteils mit einer Kunststoffschmelze gebildet werden. Dieses Verbundbauteil kann abhängig vom späteren Verwendungszweck transparent oder transluzent gebildet sein.
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der DE 201 21 744 U1 oder der DE 10 2005 032 664 A1 , sind derartige Verbundbauteile bekannt, die mittels Hinterspritzen hergestellt und als Scheibe in einem Fahrzeug einsetzbar sind.
Um ein Verbundbauteil zu produzieren, ist es ferner bekannt, ein Formteil in ein geeignetes Spritzgießwerkzeug einzubringen und dieses dann im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeugs mit einer geeigneten Kunststoffschmelze zu hinterspritzen, so dass sich die Kunststoffschmelze und das Formteil stoffschlussig miteinander verbinden. Insbesondere wird der Zwischenraum zwischen dem Formteil und einer Werkzeughälfte mit einer Kunststoffschmelze bevorzugt vollstandig ausgefullt.
Bei der Hinterspritzung des Formteils muss wahrend des Spritzgießvorgangs gewahrleistet sein, dass die Kunststoffschmelze eindeutig in ihrer Lage zum Formteil positioniert ist. Insbesondere ist es erforderlich, dass die Angusstechnik so ausgebildet ist, dass die Kunststoffschmelze während des Spritzgießvorgangs hinter dem Formteil ist, um Uberspritzungen und Faltenbildungen zu vermeiden.
Bei einem konventionellen Spritzgießwerkzeug kann eine Anbindung über einen Kaltverteiler erfolgen. Hierbei wird ein Tunnelanguss mit Hilfszapfen, ein gebogener Tunnelanguss oder ein Filmanguss eingesetzt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, dass zusatzlicher Abfall entsteht. Ferner kann es erforderlich sein, dass ein Anguss abgetrennt werden muss. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, dass stets eine sichtbare Markierung auf dem Verbundbauteil zurückbleibt. Dies ist insbesondere bei optischen Bauteilen storend.
Ein alternatives Verfahren gemäß des Stands der Technik stellt die so genannte Direktanbindung dar. Beispielsweise offenbart die DE 10 2005 009 007 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen, bei dem mittels Direktanbindung ein Formteil teilweise mit einem Kunststoffmaterial hinterspritzt wird.
Eine derartige Direktanbindung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass sich in der Regel Angusssystem und Auswerfereinheit auf derselben Werkzeugseite befinden. Hiermit ist wiederum das Erfordernis verbunden, dass lange Heißkanaldusen als Injektionseinrichtungen vorgesehen werden mussen. Die mit einem langen Heißkanal einhergehenden hohen Volumina einer Kunststoffschmelze im Heißkanal können zu einem thermischen Abbau der Kunststoffschmelze bis hin zu einer Schadigung derselben führen. Ferner kann bei einer Direktanbindung ein Formteil nicht in die Werkzeughälfte eingelegt werden, welche die Injektionseinrichtung umfasst. Zudem ist es bei der Direktanbindung nicht moglich, eine Kunststoffschmelze zwischen zwei Formteilen zu spritzen. Schließlich wird auch bei der bekannten Direktanbindung eine optische Markierung erzeugt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils zur Verfugung zu stellen, welches in einfacher Weise die Herstellung eines Verbundbauteils mit einer verbesserten Optik ermoglicht.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit einem Spritzgießwerkzeug umfassend Bereitstellen zumindest eines Formteils und Hinterspritzen des Formteils mit einer ersten Kunststoffschmelze durch zumindest eine Injektionseinrichtung dadurch gelöst, dass das Formteil durch zumindest eine in dem Formteil vorgesehene Ausnehmung hindurch mit der ersten Kunststoffschmelze hinterspritzt wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es gemäß der Erfindung durch das Hinterspritzen eines Formteils mit einer Kunststoffschmelze durch eine in dem Formteil vorgesehene Ausnehmung möglich, in einfacher Weise ein Verbundbauteil mit einer verbesserten Optik herzustellen. Die Kunststoffschmelze wird also durch eine auf einer ersten Seite des Formteils angeordnete Injektionseinrichtung durch eine Ausnehmung im Formteil auf die andere Seite des Formteils gespritzt.
Zunachst kann ein Formteil, wie z. B. ein Kunststoffformteil, bereitgestellt werden. Das Formteil kann beliebig geformt sein und insbesondere auch eine komplexe Form aufweisen.
Darüber hinaus weist das Formteil zumindest eine Ausnehmung, also eine Aussparung oder Öffnung auf. Die Form und Große der Ausnehmung kann grundsatzlich beliebig gewählt werden, so lange gewahrleistet ist, dass eine Kunststoffschmelze mittels einer Injektionseinrichtung durch die Ausnehmung hindurch gespritzt werden kann. Es versteht sich, dass zwei oder mehr Ausnehmungen in dem Formteil vorgesehen sein können. Die Anzahl der Ausnehmungen kann sich nach der Größe des Formteils und/oder der Anzahl an Injektionseinrichtungen richten. Als Injektionseinrichtung kann eine geeignete Düse, wie beispielsweise eine Heißkanaldüse, vorgesehen sein.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in sicherer Weise, also ohne Uberspritzungen und/oder Faltenbildung, ein Formteil mit verbesserten optischen Eigenschaften mit geringem Aufwand hergestellt werden. Insbesondere kann eine Direktanbindung zur Verfugung gestellt werden, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist. Das Formteil kann auf der Injektionseinrichtungswerkzeugseite des Spritzgießwerkzeug eingelegt werden.
Grundsatzlich kann als erste Kunststoffschmelze jegliches Material verwendet werden, welches eine stoffschlussige Verbindung mit dem Formteil ermöglicht. Gemaß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens kann zumindest die erste Kunststoffschmelze aus einem transparenten Kunststoffmaterial hergestellt sein. Ein transparentes Kunststoffmaterial ist besonders geeignet für einen Einsatz in Kunststoffscheiben. Beispielsweise kann die erste Kunststoffschmelze aus Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), transparentes Polyamid (PA), Cyclo-Olefin-Copolymner (COC) hergestellt sein. Es versteht sich, dass fur die Kunststoffschmelze jeder andere thermoplastische Kunststoff verwendet werden kann, der sich für ein Spritzgießverfahren eignet.
Darüber hinaus kann gemaß einer weiteren Ausfuhrungsform das Formteil aus einem transparenten Kunststoffmaterial oder aus einem teilweise transparenten Kunststoffmaterial sein. Beispielsweise kann das Formteil aus Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder einem Polycarbonat-Polymethylmethacrylat-Blend hergestellt sein. Diese Materialien eignen sich besonders fur den Einsatz in einem zumindest teilweisen transparenten Verbundbauteil.
Das Formteil kann gemaß einer weiteren Ausführungsform eine Folie sein, wie eine Kunststofffolie. Die Folie kann beispielsweise eine Dicke von 0,1 bis 1 mm aufweisen. Bei der Folie kann es sich um eine einlagige oder um eine mehrlagige bzw. mehrschichtige Folie handeln. Eine mehrschichtige Folie kann aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gebildet sein, so lange die Materialien für einen Spritzgießprozess geeignet sind. Um ein Verbundbauteil mit zumindest einer integrierten Funktion oder Eigenschaft bereitzustellen kann insbesondere das Formteil eine Funktionsfolie sein. Eine Funktionsfolie kann beispielsweise Heizfelder, Antennen, Farben, Logos, Leuchten, Schalter und/oder Photovoltaikelemente umfassen. Daruber hinaus kann die Funktionsfolie kratzfest und/oder zur Infrarot (IR) Reflexion und/oder Ultraviolett (UV) Blockung geeignet sein.
Grundsatzlich kann die zumindest eine Ausnehmung an einer beliebigen Position des Formteils vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Ausnehmung im mittigen Bereich des Formteils oder auch am Rand, wie beispielsweise in Form einer Ausbuchtung in dem Rand selber, vorgesehen sein. Bevorzugt kann die Ausnehmung gemaß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Randbereich des Formteils vorgesehen sein. Wenn zwei der mehr Ausnehmungen im Formteil vorgesehen sind, konnen bevorzugt sämtliche Ausnehmungen im Randbereich vorgesehen sein. Insbesondere kann es sich bei dem Randbereich um einen Bereich des Verbundbauteils handeln, der im verbauten Zustand nicht sichtbar ist. Beispielsweise kann der Randbereich im verbauten Zustand durch ein anderes Element oder eine andere Schicht abgedeckt sein. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung derart im Formteil angeordnet, dass sie im verbauten Zustand nicht sichtbar ist. Ein Verbundbauteil mit besonders guten optischen Eigenschaften kann erzeugt werden.
Ferner kann die Ausnehmung einen vorgebbaren Abstand zu dem Rand des Formteils aufweisen, also vollumfanglich von dem Formteil umgeben sein. Hierdurch kann es möglich sein, die Ausnehmung zusätzlich als Aufhängemöglichkeit zum Einhängen des Formteils in das Spritzgießwerkzeug zu verwenden.
Ferner kann in einem weiteren Spritzgießschritt eine weitere Kunststoffschmelze auf das Verbundbauteil aufgebracht werden. Gemaß einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zumindest die Ausnehmung in dem Formteil nach dem Hinterspritzen mit der ersten Kunststoffschmelze mit einer zweiten Kunststoffschmelze hinterspritzt werden. Zumindest die Ausnehmung kann aus optischen Grunden bedeckt werden. Vorzugsweise kann gemaß einer weiteren Ausführungsform der (gesamte) Randbereich des Formteils mit der zweiten Kunststoffschmelze hinterspritzt werden. Das Formteil ist von beiden Seiten hinterspritzt.
Als zweite Kunststoffschmelze kann grundsatzlich jedes Material verwendet werden, welches sich stoffschlussig mit dem Formteil verbinden lasst. Beispielsweise kann als Material ein thermoplastischer Kunststoff eingesetzt werden, wie z. B. thermoplastisches Polyurethan (TPU), Thermoplastisches Polyethylen (TPE), PC-Blends oder PVC. Das Material kann insbesondere eingefarbt sein. Ein eingefarbtes Material kann die zumindest eine Ausnehmung uberdecken. Die Ausnehmung ist also nicht sichtbar. Die zweite Kunststoffschmelze ermöglicht zudem das Anformen von Befestigungselementen oder dergleichen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemaß der Erfindung kann die Ausnehmung in dem Formteil derart geformt werden, dass die Form der Ausnehmung zu einer Form eines Injektionseinrichtungskerns der Injektionseinrichtung korrespondiert. Der Injektionseinrichtungskern, also ein Ende der Injektionseinrichtung, kann einen Vorsprung aufweisen. Der Injektionseinrichtungskern steht also gegenüber der ubrigen Werkzeughälfte hervor. Hierbei kann der Injektionseinrichtungskern bzw. der Vorsprung des Injektionseinrichtungskerns eine umlaufende Form aufweisen, die mit der Form der Ausnehmung korrespondiert. Mit anderen Worten kann in Abhangigkeit der Form des Injektionseinrichtungskerns die zumindest eine Ausnehmung geformt werden. Dies ermöglicht, dass das Formteil auf der die Injektionseinrichtung aufweisenden Werkzeughalfte eingehängt werden kann.
Daruber hinaus kann die Ausnehmung gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform in dem Formteil zu dem Injektionseinrichtungskern der Injektionseinrichtung derart korrespondieren, dass der Injektionseinrichtungskern der Injektionseinrichtung formschlussig mit dem Formteil verbindbar ist. Ein Formschluss ist besonders bevorzugt, da keine weiteren Haltevorrichtungen zum Halten des Formteils während des Spritzgießvorgangs erforderlich sind. Beispielsweise kann ein Formteil in Form einer Folie in einfacher Weise auf zumindest einen Injektionseinrichtungskern gehangt werden, ohne das weitere Haltevorrichtung vorgesehen sind. Dies reduziert die Komplexität des Spritzgießwerkzeugs und kann die Produktionsrate erhohen.
Das Formteil kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens eine Dicke aufweisen, derart, dass der Wert eines Vorsprungs des Injektionseinrichtungskern der Injektionseinrichtung gleich dem Wert der Dicke des Formteils oder großer als der Wert der Dicke des Formteils ist. Unter der Dicke des Formteils ist insbesondere der Wert zu verstehen, der sich an den Kanten der zumindest einen Ausnehmung des Formteils ergibt. Es versteht sich, dass dieser Wert nicht konstant sein muss. Der Injektionseinrichtungskern kann beispielsweise mit dem Formteil bundig abschließen. Das Formteil und der Injektionseinrichtungskern können eine einheitliche Fläche bilden. Die erste Kunststoffschmelze kann dann hinter das Formteil fließen, ohne dass ein Uberspritzen oder eine Faltenbildung auftritt. Es versteht sich, dass der Injektionseinrichtungskern auch durch die Ausnehmung des Formteils hindurch ragen kann, also der Vorsprung des Injektionseinrichtungskerns großer als die Dicke des Formteils ist. Vorzugsweise sollte der Vorsprung des Injektionseinrichtungskerns jedoch nicht geringer als die Dicke des Formteils gebildet werden.
Zusätzlich kann zum Halten des Formteils ein Unterdruck in einer die Injektionseinrichtung aufweisenden Werkzeughalfte erzeugt werden. Durch den Unterdruck kann ein Formteil während des Spritzgießvorgangs in einfacher Weise sicher gehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens kann zumindest ein weiteres Formteil bereitgestellt werden. Die erste Kunststoffschmelze kann durch die in einem Formteil vorgesehene Ausnehmung hindurch zwischen die beiden Formteile hinterspritzt werden. Das weitere Formteil kann aus dem gleichen Material wie das Formteil oder aus einem anderen Material gebildet sein. Beispielsweise können zwei Funktionsfolien vorgesehen werden, um weitere Funktionen in ein Verbundbauteil zu integrieren. Die Hinterspritzung der beiden Formteile durch zumindest eine in zumindest einem Formteil vorgesehene Ausnehmung ermöglicht in besonders einfacher Weise die Herstellung eines Verbundbauteils.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verbundbauteil hergestellt durch ein zuvor beschriebenes Verfahren. Wie bereits ausgeführt wurde, kann das Verbundbauteil besonders gute optische Eigenschaften aufweisen.
Gemaß einer weiteren Ausfuhrungsform kann das Verbundbauteil insbesondere eine Kunststoffscheibe sein. Die Kunststoffscheibe kann insbesondere in einem Fahrzeug verwendet werden.
Beispielsweise können Kunststoffscheiben im Fenster- und Verscheibungsbereich, in Leuchtenanwendungen, bei optischen Linsen, bei Scheinwerferabdeckscheiben, bei nicht-transparenten, zur Erzielung einer Tiefenwirkung flachig mit transparentem Thermoplast als Hochglanzschicht hinterspritzten Dekorabdeckungen, bei (hinterleuchteten) Blenden im Auto oder bei Monitor/Display-Abdeckungen zum Einsatz kommen.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Spritzgießwerkzeug zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens mit einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte. In einer Werkzeughalfte ist zumindest eine Injektionseinrichtung zum Hinterspritzen zumindest eines Formteils durch zumindest eine in dem Formteil vorgesehene Ausnehmung hindurch angeordnet.
Das Spritzgießwerkzeug, wie beispielsweise eine 2-Komponenten-Spritzgießmaschinen, weist zwei Werkzeughalften auf, die zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossen Zustand verfahren werden können. Im geschlossenen Zustand kann der Spritzgießvorgang durchgefuhrt werden. Hierfur ist in einer Werkzeughälfte zumindest eine Injektionseinrichtung vorgesehen. Das Spritzgießwerkzeug, insbesondere die Injektionseinrichtung, ist derart gebildet, dass im geschlossenen Zustand eine erste Kunststoffschmelze durch eine Ausnehmung im Formteil hindurch hinter das Formteil gespritzt wird. Das Spritzgießwerkzeug kann insbesondere eine (einzige) Fertigungszelle aufweisen. In einfacher Weise kann mit dem Spritzgießwerkzeug ein optisch ansprechendes Verbundbauteil hergestellt werden.
Gemaß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs kann eine Form eines Injektionseinrichtungskerns der Injektionseinrichtung zur Form der Ausnehmung in dem Formteil korrespondieren.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs kann in zumindest einer Werkzeughälfte zumindest eine Öffnung zur Erzeugung eines Unterdrucks zum Halten des Formteils angeordnet sein. Diese zumindest eine Öffnung kann mit einem Luftdrucksystem gekoppelt sein, so dass in einfacher Weise ein Unterdruck erzeugt werden kann.
Alternativ oder erganzend hierzu kann zumindest eine Werkzeughalfte aus einem porösen Werkzeugstahl, insbesondere aus Sinterstahl, gefertigt sein. Über diesen porösen Werkzeugstahl kann der Unterdruck zur Fixierung des Formteils zu dessen Oberflache transportiert werden. Der Vorteil ist hierbei, dass aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Poren an der Werkzeugoberflache nicht die Gefahr besteht, dass bei einer Fehlpositionierung des Formteils Schmelze (über die Poren) in das Werkzeug eindringen kann.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das erfindungsgemäße Verbundbauteil und das erfindungsgemäße Spritzgießwerkzeug auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhangigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Explosionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Explosionsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemaß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemaß der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines Spritzgießwerkzeugs im geschlossenen Zustand gemaß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels eines Spritzgießwerkzeugs im geschlossenen Zustand gemaß der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Explosionsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemaß der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Schnittansicht des dritten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung; und
10 eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels eines Spritzgießwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet.
1 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils 2 gemaß der vorliegenden Erfindung. Das Verbundbauteil 2 kann insbesondere eine transparente oder teilweise transparente Kunststoffscheibe sein, die in einem Fahrzeug einsetzbar ist.
Das Verbundbauteil 2 umfasst ein Formteil 4 und ein erstes Kunststoffelement 6. Wie nachfolgend näher erlautert wird, wird das erste Kunststoffelement 6 durch einen Spritzgießvorgang mit dem ersten Kunststoffelement 4 stoffschlussig verbunden.
Das Formteil 4 und das erste Kunststoffelement 6 weisen eine achteckige Form auf. Es versteht sich, dass die Form der entsprechenden Elemente grundsatzlich beliebig sein kann und die Elemente beispielsweise eine Kreisform, Dreieckform, Rechteckform, etc. aufweisen können. Es versteht sich ferner, dass die Elemente auch eine beliebig gekrümmte Raumform aufweisen konnen.
Das Formteil 4 kann eine Folie, wie beispielsweise eine Funktionsfolie sein. Eine Funktionsfolie ist z. B. eine Kunststofffolie, in der eine oder mehrere Funktionen oder Eigenschaften integriert sind. Beispielhafte Funktionen sind Heizfelder, Antennen, Farben, Logos, Leuchten, Schalter oder Photovoltaik. Beispiele für Eigenschaften sind Kratzfestigkeit, IR Reflexionsfähigkeit oder UV Blockungsfähigkeit.
Wie der 1 ferner zu entnehmen ist, weist das dargestellte Formteil 4 eine Ausnehmung 8 auf. Die Ausnehmung 8 ist in einem Randbereich 10 des Formteils 4 angeordnet.
Ferner ist die dargestellte Ausnehmung 8 kreisförmig gebildet. Grundsatzlich kann die Ausnehmung 8 eine beliebige Form aufweisen. Wie nachfolgend noch erlautert wird, kann die Form der Ausnehmung 8 insbesondere von der Form eines Injektionseinrichtungskerns abhangen.
2 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines Verbundbauteils 2.1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Neben dem bereits beschriebenen Formteil 4 und dem ersten Kunststoffelement 6 weist das Verbundbauteil 2.1 ein zweites Kunststoffelement 12 auf. Das zweite Kunststoffelement 12 kann lediglich im Randbereich 10 des ersten Kunststoffelements 4 vorgesehen sein. Insbesondere kann das Kunststoffelement 12 aus einem eingefärbten Material gebildet sein. Das zweite Kunststoffelement 12 kann zumindest die eine Ausnehmung 8 derart abdecken, dass die Ausnehmung 8 nicht sichtbar ist. Daruber hinaus kann das zweite Kunststoffelement 12 derart geformt sein, dass es beispielsweise zur Montage des Verbundbauteils 2.1 dienen kann. So kann das Kunststoffelement 12 Überstände, Verlängerungen und dergleichen aufweisen.
In 3 ist eine Schnittansicht des Verbundbauteils 2.1 gemaß 2 dargestellt. Das Verbundbauteil 2.1 umfasst die drei Komponenten 4, 6 und 12. Das Formteil 4 ist zwischen den beiden Kunststoffelementen 6 und 12 angeordnet. Ferner ist zu erkennen, dass das zweite Kunststoffelement 12 in einem Randbereich angeordnet ist. Insbesondere wird durch das zweite Kunststoffelement 12 zumindest die Ausnehmung 8 abgedeckt.
4 zeigt eine schematische Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Spritzgießwerkzeugs im geschlossenen Zustand gemaß der vorliegenden Erfindung. Wie zu erkennen ist, ist insbesondere ein Ausschnitt des Spritzgießwerkzeugs im Bereich der zumindest einen Ausnehmung 8 des Formteils 4 dargestellt.
Das Spritzgießwerkzeug umfasst zwei Werkzeughalften 14 und 16. Die erste Werkzeughalfte 14 kann die Injektionseinrichtungsseite sein und die zweite Werkzeughälfte 16 kann die Auswerferseite sein. Die Auswerferseite kann beweglich gelagert sein. Hierdurch kann das Spritzgießwerkzeug geöffnet werden, um beispielsweise eine Kunststofffolie 4 in die erste Werkzeughälfte 14 einzulegen oder ein gefertigtes Verbundbauteil 2, 2.1 herauszunehmen, und für einen Spritzgießvorgang geschlossen werden. Vorliegend ist das Spritzgießwerkzeug im geschlossenen Zustand dargestellt.
In der ersten Werkzeughalfte 14 ist zumindest eine Injektionseinrichtung 18, wie eine Spritzgießduse, angeordnet. Beispielsweise ist als Injektionseinrichtung 18 eine Heißkanaldüse vorgesehen. Die Injektionseinrichtung 18 weist ferner einen Injektionseinrichtungskern 20 auf. Dieser ist insbesondere durch einen Vorsprung 26 gebildet und stellt das Ende der Injektionseinrichtung 18 dar.
Daruber hinaus sind in der dargestellten Werkzeughälfte 14 Offnungen 22, wie beispielsweise Bohrungen, angeordnet. Die Öffnungen 22 können mit einem (nicht dargestellten) Unterdrucksystem verbunden sein, um einen Unterdruck zu erzeugen. Mit Hilfe des Unterdrucks kann beispielsweise eine zu hinterspritzende Folie 4 in einer bevorzugt konstanten Position gehalten werden. Alternativ oder erganzend kann zu den gezeigten Öffnungen 22 zur Applikation eines Unterdrucks auch ein poroser Werkzeugstahl (Sinterstahl) eingesetzt werden, über welchen der Unterdruck zur Fixierung der zu hinterspritzenden Folie 4 zur Folienoberflache transportiert wird. Der Vorteil ist hierbei, dass aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Poren an der Werkzeugoberfläche nicht die Gefahr besteht, dass bei einer Fehlpositionierung der Folie 4 Schmelze (über die Poren) in das Werkzeug eindringen kann.
Wie bereits beschrieben wurde, kann der Injektionseinrichtungskern 20 durch einen Vorsprung 26 gebildet werden. Der Vorsprung 26 des Injektionseinrichtungskerns 20 kann sich in die Ausnehmung 8 erstrecken. Mit anderen Worten kann das Formteil 4 auf den Vorsprung 26 des Injektionseinrichtungskerns 20 eingehängt werden. Der Vorsprung 26 des Injektionseinrichtungskerns 20 kann um einen Betrag gegenuber der Werkzeughalfte 14 hervorstehen, der zumindest der Dicke 24 des Formteils 4 entspricht.
Im vorliegenden Fall schließt der Vorsprung 26 mit dem Formteil 4 insbesondere bundig ab, ragt also nicht hinaus oder steht zurück. Durch das bundige Abschließen des Formteils 4 mit dem Injektionseinrichtungskern 20 kann die Position wahrend des Spritzgießvorgangs in sicherer Weise beibehalten werden. Die Kunststoffschmelze 6 kann uber das Formteil 4 fließen und sich stoffschlussig mit diesem verbinden. Überspritzungen und Faltenbildung können vermieden werden.
Gemäß anderen Varianten der vorliegenden Erfindung kann der Vorsprung 26 auch mit einem großeren Betrag als der Dicke des Formteils 4 gebildet werden.
Wie bereits beschrieben wurde, kann der Vorsprung 26 bzw. der Injektionseinrichtungskern 20 umlaufend die Kontur der Ausnehmung 8 aufweisen. Bevorzugt kann das Formteil 4 eine formschlüssige Verbindung mit dem Injektionseinrichtungskern 20 eingehen. Beispielsweise kann ein Passungsmaß mit einer Toleranz zwischen 0,1 bis 0,5 mm gewählt werden. Bei einem Formschluss können die Vakuumbohrungen 22 entfallen, da ein sicheres Halten des Formteils 4 durch den Formschluss (ohne weitere Maßnahmen) gewahrleistet werden kann. Überspritzungen konnen besonders sicher vermieden werden.
5 zeigt einen Teilausschnitt eines geschlossenen Spritzgießwerkzeugs in einem optionalen weiteren Spritzgießschritt. Beispielsweise kann das Verbundbauteil 2, welches ein mit einer Kunststoffschmelze 6 hinterspritztes Formteil 4 umfasst, in eine zweite Kavitat eingebracht werden. Das Umsetzen kann beispielsweise mit einem Drehteller, einer Wendeplatte, einer Schiebekavität, einer Indexplatte oder einer ähnlichen Vorrichtung erfolgen.
Die Werkzeughälfte 14.1 umfasst wiederum zumindest eine Injektionseinrichtung 18.1, wie eine Heißkanalduse (ggf. mit Anguss). Es kann eine weitere Kunststoffschmelze 12 hinter das erste Kunststoffelement 6 und das Formteil 4 gespritzt werden. Insbesondere kann der Angussbereich des vorherigen Spritzgießschrittes abgedeckt werden. So kann der 5 entnommen werden, dass zumindest die Ausnehmung 8 mit der Kunststoffschmelze 12 abgedeckt werden kann.
Ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens wird nachfolgend mit Hilfe der 6 näher erläutert. In 6 ist ein Flussdiagramm eines Ausfuhrungsbeispiels des Spritzgießverfahrens dargestellt.
In einem ersten Schritt 601 kann zumindest ein Formteil 4 bereitgestellt werden. Das Formteil 4, wie eine Kunststofffolie, kann in das Spritzgießwerkzeug eingebracht werden. Beispielsweise kann eine Kunststofffolie 4 auf den zumindest einen Injektionseinrichtungskern 20 aufgehängt und optional durch Unterdruck in der Position gehalten werden. Dann kann das Spritzgießwerkzeug geschlossen werden.
Es versteht sich, dass vor der Bereitstellung des Formteils 4 dieses entsprechend vorgeformt, umgeformt, beschnitten, beschichtet und/oder bedruckt werden kann. Beispielsweise können weitere Elemente, wie Drähte, die zur Beheizung oder als Antenne dienen können, angeordnet werden. Daruber hinaus kann zumindest eine Ausnehmung 8 in das Formteil 4 eingebracht werden. Die Ausnehmung 8 kann insbesondere in Abhangigkeit der umlaufenden Kontur des Injektionseinrichtungskerns 20 geformt werden.
Im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeugs ist der Injektionseinrichtungskern 20 zumindest bundig mit dem Formteil 4 angeordnet.
In einem nächsten Schritt 602 wird das Formteil 4 mit einer Kunststoffschmelze 6 hinterspritzt. Die Kunststoffschmelze 6 fließt hinter die Kunststofffolie 4 und füllt insbesondere den gesamten Bereich zwischen der zweiten Werkzeughälfte 16 und der Kunststofffolie 4 aus.
Nachdem sich die Kunststoffschmelze 6 stoffschlussig mit dem Formteil 4 verbunden hat und ausgehartet ist, kann das Verbundbauteil 2 entnommen werden.
Optional kann in einem weiteren Schritt 603 das Verbundbauteil 2 mit einer weiteren Kunststoffschmelze 12 hinterspritzt werden. Beispielsweise kann das aus einem mit einer Kunststoffschmelze 6 hinterspritzten Formteil 4 bestehende Verbundbauteil 2 in eine zweite Kavität umgesetzt werden. Dann kann eine weitere Kunststoffschmelze 12 hinter das erste Kunststoffelement 6 und das Formteil 4 gespritzt werden (Schritt 603). Insbesondere kann der Angussbereich des vorherigen Spritzgießschritts 602 abgedeckt werden.
Es versteht sich, dass weitere Spritzgießschritte folgen konnen. Ferner versteht es sich, dass das Verbundbauteil 2.1 nach einer Entformung weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, um beispielsweise ein kratzfestes und/oder witterungsbestandiges Verbundbauteil 2.1 zu schaffen.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des gefertigten Verbundbauteils 2.1.
In 8 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines Verbundbauteils 2.2 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Unterschied zu dem Verbundbauteil 2.1 gemaß 2 umfasst das Verbundbauteil 2.2 zwei Formteile 4.1 und 4.2 Die Formteile 4.1 und 4.2 konnen aus dem gleichen Material sein und beispielsweise als Funktionsfolie ausgebildet sein.
Zumindest das Formteil 4.1 ist mit einer Ausnehmung 8 versehen. Vorzugsweise weist das weitere Formteil 4.2 keine Ausnehmung auf. Das erste Kunststoffelement 6 ist im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel zwischen den Formteilen 4.1 und 4.2 angeordnet. Wenn als Formteile 4.1 und 4.2 zwei Funktionsfolien 4.1 und 4.2 vorgesehen sind, konnen hierdurch zusätzliche Funktionen in das Verbundbauteil 2.2 integriert werden. Beispielsweise kann ein Scheibenkorper mit einer doppelseitigen Beheizung versehen werden, um z. B. einen Beschlag von der Innenseite und Eis von der Außenseite zu entfernen.
9 zeigt das Verbundbauteil 2.2 in einer Schnittansicht. Insbesondere kann der 9 entnommen werden, dass das erste Kunststoffelement 6 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen dem Formteil 4.1 und dem Formteil 4.2 angeordnet ist.
10 zeigt schließlich einen Teilausschnitt eines geschlossenen Spritzgießwerkzeug mit den Formteilen 4.1 und 4.2. Durch die zumindest eine Ausnehmung 8 im Formteil 4.1 kann die Kunststoffschmelze 6 zwischen die beiden Formteile 4.1 und 4.2 gespritzt werden und sich mit den Formteilen 4.1 und 4.2 insbesondere stoffschlüssig verbinden.
In einem nicht gezeigten weiteren Schritt kann das Verbundbauteil 2.2 umfassend die Formteile 4.1 und 4.2 und das Kunststoffelement 6 mit einer weiteren Kunststoffschmelze 12 hinterspritzt werden, wie es zuvor bereits beschrieben wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20121744 U1 [0004]
DE 102005032664 A1 [0004]
DE 102005009007 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (2, 2.1, 2.2) mit einem Spritzgießwerkzeug, umfassend: – Bereitstellen zumindest eines Formteils (4, 4.1), und – Hinterspritzen des Formteils (4, 4.1) mit einer ersten Kunststoffschmelze (6) durch zumindest eine Injektionseinrichtung (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4, 4.1) durch zumindest eine in dem Formteil (4, 4.1) vorgesehene Ausnehmung (8) hindurch mit der ersten Kunststoffschmelze (6) durch die Injektionseinrichtung (20) hinterspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest die erste Kunststoffschmelze (6) aus einem transparenten Kunststoffmaterial ist, und/oder – dass das Formteil (4, 4.1) aus einem transparenten Kunststoffmaterial oder aus einem teilweise transparenten Kunststoffmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4, 4.1) eine Folie, insbesondere eine Funktionsfolie, ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in einem Randbereich (10) des Formteils (4, 4.1) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ausnehmung (8) in dem Formteil (4, 4.1) nach dem Hinterspritzen mit der ersten Kunststoffschmelze (6) mit einer zweiten Kunststoffschmelze (12) hinterspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (10) des Formteils (4, 4.1) mit der zweiten Kunststoffschmelze (12) hinterspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in dem Formteil (4, 4.1) derart geformt wird, dass die Form der Ausnehmung (8) zu einer Form eines Injektionseinrichtungskerns (20) der Injektionseinrichtung (18) korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in dem Formteil (4, 4.1) zu dem Injektionseinrichtungskern (20) der Injektionseinrichtung (18) korrespondiert, derart, dass der Injektionseinrichtungskern (20) der Injektionseinrichtung (18) formschlüssig mit dem Formteil (4, 4.1) verbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4, 4.1) eine Dicke aufweist, derart, dass der Wert eines Vorsprungs (26) des Injektionseinrichtungskern (20) der Injektionseinrichtung (18) gleich dem Wert der Dicke des Formteils (4, 4.1) oder großer als der Wert der Dicke des Formteils (4, 4.1) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten des Formteils (4, 4.1) ein Unterdruck in einer die Injektionseinrichtung (18) aufweisenden Werkzeughalfte (14) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest ein weiteres Formteil (4.2) bereitgestellt wird, und – dass die erste Kunststoffschmelze (6) durch die in einem Formteil (4.1, 4.2) vorgesehene Ausnehmung (8) hindurch zwischen die beiden Formteile (4.1, 4.2) hinterspritzt wird.
Verbundbauteil (2, 2.1, 2.2) hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Anspruche.
Spritzgießwerkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11 mit einer ersten Werkzeughalfte (14) und einer zweiten Werkzeughälfte (16), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Werkzeughalfte (14, 16) zumindest eine Injektionseinrichtung (18) zum Hiterspritzen zumindest eines Formteils (4, 4.1) durch zumindest eine in dem Formteil (4, 4.1) vorgesehene Ausnehmung (8) hindurch angeordnet ist.
Spritzgießwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Werkzeughälfte (14, 16) zumindest eine Öffnung (22) zur Erzeugung eines Unterdrucks zum Halten zumindest des Formteils (4, 4.1) angeordnet ist.
Spritzgießwerkzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Werkzeughälfte (14, 16) aus einem porösen Werkzeugstahl, insbesondere aus Sinterstahl, gefertigt ist.