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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverbundbauteils, umfassend einen aus Kunststoff gebildeten Grundkörper und wenigstens eine mit dem Grundkörper verbundene Metallfolie, insbesondere Stahl- oder Aluminiumfolie.
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Entsprechende einen aus Kunststoff gebildeten Grundkörper und wenigstens ein mit dem Grundkörper verbundenes Dekorelement umfassende Kunststoffverbundbauteile finden in einer Vielzahl an technischen Anwendungen Verwendung. Grundsätzlich vereinen diese sowohl gehobene ästhetische als auch technische Aspekte, was sich besonders im Bereich von als Innenraumverkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs dienenden Kunststoffverbundbauteilen zeigen lässt. Dabei kann über das Dekorelement, welches beispielsweise in Form eines aus Holz- oder Holzimitat-, Metall- oder Kunststoffeinleger vorliegt, ein optisch anmutender Effekt erzeugt werden, wohingegen über den mit dem Dekorelement verbundenen Grundkörper eine Anbindung an eine Fahrzeugkarosserie erfolgt und/oder eine weitere technische Funktionalitäten erfüllt werden. Typische Beispiele sind beispielsweise im Bereich des Kofferraums zu verbauende oder verbaute Ladekanten, welche in Form eines Metalleinlegers ein ansprechendes Erscheinungsbild liefern, und über an dem mit dem Metalleinleger verbundenen Grundkörper vorgesehenen Befestigungsmitteln mit entsprechenden fahrzeugkarosserieseitigen Befestigungsabschnitten verbunden ist.
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Entsprechende Kunststoffverbundbauteile finden jedoch beispielsweise auch in anderen technischen Gebieten wie etwa in der Möbel- oder Elektronikindustrie Verwendung. Bekannte Vertreter sind beispielsweise Laptop-Gehäuse.
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Die Herstellung solcher Kunststoffverbundbauteile stellt insbesondere im Hinblick auf einen stabilen Verbund zwischen dem Dekorelement und dem aus Kunststoff gebildeten Grundkörper eine Herausforderung dar. Zur Herstellung eines entsprechend stabilen Verbunds besteht beispielsweise die Möglichkeit, das Dekorelement, sofern dieses aus Metall gebildet ist, etwa durch Bördeln mechanisch mit dem Grundkörper zu verbinden.
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Ein weiteres bekanntes Herstellungsverfahren schlägt das direkte Einspritzen des den Grundkörper bildenden Kunststoffs an ein Dekorelement im Rahmen eines Spritzgießverfahrens vor. Hierbei wird das Dekorelement üblicherweise mit einem als Kleber dienenden Haftvermittler versehen, um einen stabilen Verbund zwischen diesem und dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers zu gewährleisten. Die Aufbringung eines Klebers respektive Haftvermittlers ist jedoch aufwändig und bedeutet zusätzliche Kosten.
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Problematisch sind bei diesem Ansatz ferner die unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien. Das heißt, dass das Dekorelement und der Grundkörper unterschiedliche Verzugsneigungen aufweisen, wodurch mechanische Spannungen in das Kunststoffverbundbauteil induziert werden können, welche sich negativ auf den Verbund zwischen dem Dekorelement und dem Grundkörper auswirken.
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Mithin stellen die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung entsprechender Kunststoffverbundbauteile keine vollkommen zufriedenstellende Lösung dar.
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WO 2009/007453 A1 offenbart einen aus Kunststoff gebildeten Verpackungsartikel sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Verpackungsartikel besteht aus einem In-Mould-Label-Film, welcher entlang seiner Rückseite mit einem ersten Kunststoff und darauffolgend mit einem zweiten Kunststoff hinterspritzt ist.
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WO 1994/06612 A1 offenbart einen Kunststoffartikel mit einer auf einem thermoplastischen Substrat aufgebrachten thermoplastischen Beschichtung. Der Kunststoffartikel kann durch einen In-Mould-Beschichtungsprozess hergestellt werden.
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US 2010/0104815 A1 offenbart einen mehrlagigen Kunststoffartikel sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Eine Basislage des mehrlagigen Kunststoffartikels ist aus einem mit Glasfasern befüllten Kunststoff gebildet.
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US 3 767 742 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgelenkbauteils. Das Kunststoffgelenkbauteil umfasst zwei gelenkig miteinander verbundene Kunststoffgelenkbauteilabschnitte, welche jeweils einen aus einem geschäumten thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildeten Kern aufweisen.
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DE 103 43 259 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen hinterspritzter Folien. Gemäß dem Verfahren wird eine Folie in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt, die Folie hinterspritzt und anschließend entformt. Zur Erhöhung der Leistung beim Hinterspritzen werden die Folien auf der Seite, an welcher angespritzt wird, mit einem Plasmastrahl behandelt.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein, insbesondere im Hinblick auf einen stabilen Verbund zwischen dem Dekorelement und dem Grundkörper sowie einen reduzierten Bauteilverzug, verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverbundbauteils anzugeben.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich durch die beschriebenen Verfahrensschritte gemäß Anspruch 1 auszeichnet.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Dekorelement in eine geöffnete Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt. Das Dekorelement kann manuell oder bevorzugt automatisch über eine entsprechende Fördereinrichtung in das Spritzgießwerkzeug eingebracht werden. Das Spritzgießwerkzeug kann wenigstens einen der Form des Dekorelements nachempfundenen, insbesondere vertieften, Aufnahmebereich aufweisen, in welchen das Dekorelement in definierter Lage anordenbar ist bzw. angeordnet wird. Überdies kann das Dekorelement je nach Aufbau des Spritzgießwerkzeugs, das heißt beispielsweise in Form eines Vertikal- oder Horizontalwerkzeugs, über entsprechende werkzeugseitig vorgesehene Haltemittel in definierter Lage in der Werkzeugkavität angeordnet werden.
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An dieser Stelle soll bereits erwähnt werden, dass sich, wenngleich nur von einem Dekorelement die Rede ist, vorstehende und nachfolgende Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich auch auf die Verwendung mehrerer Dekorelemente übertragen lassen. Hierbei weist das Spritzgießwerkzeug selbstverständlich mehrere entsprechende Werkzeugkavitäten auf.
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In einem zweiten Schritt wird eine die Haftung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements gegenüber Kunststoffmaterialien wenigstens abschnittsweise steigernde Maßnahme durchgeführt. Die Maßnahme dient somit der Anbindung des im Weiteren einzuspritzenden Kunststoffs und verbessert am Kunststoffverbundbauteil selbst den Verbund des Dekorelements mit dem Grundkörper. Bevorzugt wird die entsprechende Maßnahme vollflächig auf die komplette freiliegende Oberfläche des Dekorelements angewendet.
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In dem folgenden dritten Schritt wird das Spritzgießwerkzeug geschlossen.
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Nach Schließen des Spritzgießwerkzeugs wird ein erster plastifizierter, das heißt schmelzeförmiger Kunststoff und nachfolgend ein zweiter plastifizierter Kunststoff zur Bildung des Grundkörpers eingespritzt. Das Einspritzen der Kunststoffe erfolgt derart, dass nur der erste Kunststoff die freiliegende Oberfläche des Dekorelements benetzt. Das heißt, die freiliegende Oberfläche des Dekorelements wird ausschließlich mit der aus dem ersten Kunststoff gebildeten Schmelze belegt. Der erste Kunststoff bildet sonach eine Hautkomponente und der zweite Kunststoff eine von der durch den ersten Kunststoff gebildeten Hautkomponente umschlossenen Kernkomponente des Grundkörpers. Der Einspitzvorgang kann sonach beispielsweise in Anlehnung an das Monosandwichverfahren erfolgen.
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Hierbei werden üblicherweise zwei Kunststoffschmelzen nacheinander in einem gemeinsamen Schneckenzylinder geschichtet, wobei die zweite Kunststoffschmelze über einen Nebenextruder in den Schneckenzylinder des Hauptaggregates plastifiziert wird. Der Einspritzvorgang erfolgt wie bei konventionellen Spritzgießverfahren mit einem einzigen Hub. Die besondere strukturelle Ausbildung des gespritzten Kunststoffkörpers, das heißt vorliegend des Grundkörpers entsteht durch die Strömungseigenschaften der axial geschichteten Kunststoffschmelzen im Schneckenzylinder: Die zuerst eingespritzte erste Kunststoffschmelze legt sich hautartig an die freiliegende Oberfläche des Dekorelements, die nachfolgende eingespritzte zweite Kunststoffschmelze bildet eine von der ersten Kunststoffschmelze umschlossene Kernschicht. In Abhängigkeit der eingesetzten Kunststoffmaterialien lassen sich derart gezielt unterschiedliche Eigenschaften des Grundkörpers erzeugen, worauf im Weiteren noch eingegangen wird.
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Es ist ferner denkbar, den Einspritzvorgang gemäß dem so genannten Coinjektionsverfahren durchzuführen. Hierbei werden mittels einer speziellen Düsentechnik zunächst ein erster plastifizierter Kunststoff und nachfolgend ein zweiter plastifizierter Kunststoff in eine Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt. Ähnlich wie bei dem Monosandwichverfahren dient der erste Kunststoff als Hautkomponente, welche den als Kernkomponente dienenden zweiten Kunststoff vollständig umschließt. Prozesstechnisch erfolgt die Füllung der Werkzeugkavität indem der zweite Kunststoff den ersten Kunststoff in die Werkzeugkavität schiebt. Gegebenenfalls kann hierbei eine gesonderte Versiegelung des Anspritzpunktes mit dem ersten, die Hautkomponente bildenden Kunststoff erforderlich sein. Eine Vermischung der beiden Kunststoffe wird durch die Ausbildung einer laminaren Strömung verhindert.
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Nach einer bestimmten Kühlphase, welche sich im Wesentlichen durch die konkreten Prozessparameter sowie durch bestimmte Kennwerte der eingesetzten Materialien definiert, wird in einem fünften Schritt das Spritzgießwerkzeug geöffnet und das Kunststoffverbundbauteil entformt bzw. entnommen. Hierzu können automatisierte Entnahmevorrichtungen etwa in Form von Robotern oder dergleichen verwendet werden.
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Ersichtlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung entsprechender Kunststoffverbundbauteile in einem hochintegrierten Prozess, das heißt vollautomatisch durchführbaren Prozess. Dabei ist es möglich, auf dekorelementseitig vorgesehene Haftvermittler zu verzichten, ohne jedoch einen stabilen Verbund des Dekorelements mit dem Grundkörper zu gefährden. Dies begründet sich insbesondere durch die Durchführung der Maßnahme zur Steigerung der Haftung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements gegenüber Kunststoffmaterialien, auf welche im Weiteren näher eingegangen wird.
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Als Maßnahme zur Steigerung der Haftung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements gegenüber Kunststoffmaterialien kann eine dynamische Werkzeugtemperierung durchgeführt werden. Eine dynamische Werkzeugtemperierung ermöglicht eine schnelle und gezielte Temperierung, das heißt Erwärmung bzw. Abkühlung bestimmter oberflächennaher Bereiche des Spritzgießwerkzeugs. Derart kann im Wesentlichen das Erstarrungsverhalten der eingespritzten Kunststoffe beeinflusst werden, da diese durch das erwärmte Dekorelement weniger schnell abkühlen und somit der Anteil an plastifizierter Kunststoffmasse (sogenannte „plastische Seele“) erhöht werden. Entsprechend sind auch die Eigenschaften des späteren Bauteils beeinflussbar, was sich insbesondere durch unterschiedlich ausgebildete Randschichtbereiche bedingt.
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Erfindungsgemäß ist es demnach bevorzugt, wenn das Einspritzen des ersten plastifizierten Kunststoffs erst erfolgt, wenn das Spritzgießwerkzeug eine bestimmte Werkzeugtemperatur erreicht hat. Die entsprechende Temperatur definiert sich insbesondere aus materialspezifischen Kennwerten des ersten Kunststoffs wie einer Kristallisations- oder einer Glasübergangstemperatur, je nachdem, welcher Art der verwendete erste Kunststoff ist.
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Die dynamische Werkzeugtemperierung wird spätestens abgeschaltet, wenn der Einspritzvorgang des zweiten plastifizierten Kunststoffs abgeschlossen ist. Gleichermaßen wird spätestens nach Abschluss des Einspritzvorgangs des zweiten plastifizierten Kunststoffs eine Werkzeugkühlung zugeschaltet.
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Eine entsprechende mit der Werkzeugtemperierung verbundene Steuereinrichtung erlaubt die Einstellung verschiedener die Werkzeugtemperierung betreffender Parameter wie z. B. absolute Temperaturen, Temperaturrampen, Heizraten, Kühlraten, Heizdauer, Kühldauer etc. Hierbei ist es auch denkbar, dass das Spritzgießwerkzeug mehrere, separat ansteuerbare Heiz- bzw. Kühlbereiche aufweist, was insbesondere in Fällen, in denen Kunststoffverbundbauteile mit mehreren Dekorelementen hergestellt werden.
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Die dynamische Werkzeugtemperierung erfolgt über eine in das Spritzgießwerkzeug integrierte oder diesem zugeordnete, insbesondere keramische, Widerstandsheizung oder eine in das Spritzgießwerkzeug integrierte oder diesem zugeordnete Induktionsheizung. Hierfür können in dem Spritzgießwerkzeug entsprechende Einsätze vorgesehen sein. Insbesondere bezüglich der Verwendung einer Widerstandsheizung bzw. einer Induktionsheizung ist es möglich, diese nicht als integrierten Bestandteil des Spritzgießwerkzeugs selbst, sondern dem Spritzgießwerkzeug zugeordnet, d. h. beispielsweise als separate Vorrichtung zu dem Spritzgießwerkzeug, insbesondere an oder im Bereich der Außenseite des Spritzgießwerkzeugs angeordnet, vorzusehen, wobei die Anordnung selbstverständlich derart gewählt ist, dass eine dynamische Werkzeugtemperierung weiterhin durchführbar ist. Selbstverständlich sind auch Mischformen der vorstehend exemplarisch genannten Werkzeugtemperierungen möglich.
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Zusätzlich kann als Maßnahme zur Steigerung der Haftung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements gegenüber Kunststoffmaterialien eine Oberflächenaktivierung, insbesondere über eine Plasmabehandlung, bevorzugt eine atmosphärische Plasmabehandlung, eine Coronabehandlung, eine Flammbehandlung oder eine Silikatisierung, durchgeführt werden. Über die genannten Verfahren ist eine Oberflächenaktivierung der freiliegenden Oberflächen des Dekorelements möglich, welche den späteren Verbund respektive die Verbundfestigkeit zwischen dem Dekorelement und dem Grundkörper verbessert. Mischformen der vorgenannten Maßnahmen sind selbstverständlich denkbar, solange diese eine Oberflächenaktivierung oder eine entsprechende aktivierende Oberflächenmodifizierung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements gewährleisten.
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Grundsätzlich ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, eine oder mehrere entsprechende Maßnahme(n) durchzuführen, die sich in einen vollautomatisch ausführbaren Herstellungsprozess des Kunststoffverbundbauteils integrieren lassen. So ist beispielsweise die Verwendung eines atmosphärischen Plasmas vorteilhaft, da dieses auf einfache Weise eine so genannte „in-line“ Oberflächenaktivierung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements ermöglicht.
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Als Dekorelement wird eine Metallfolie, insbesondere eine Stahl- oder Aluminiumfolie verwendet. In Abhängigkeit der Materialität des jeweils verwendeten Dekorelements können von Haus aus unterschiedliche Haftungseigenschaften zu den für den Grundkörper verwendeten Kunststoffen, das heißt insbesondere dem ersten Kunststoff, welcher im Wesentlichen der Anbindung des Dekorelements an den Grundkörper dient, gegeben sein. Die genannten Stahl- bzw. Aluminiumfolien sind lediglich beispielhaft für im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Dekorelemente verwendbare Metallfolien zu verstehen.
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Es ist dabei im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, betreffend die dem anzuspritzenden Kunststoff zugewandte Anspritzseite bzw. freiliegende Oberfläche, unbeschichtete, d. h. nicht mit einem eine Haftung zu dem anzuspritzenden Kunststoffmaterial herstellenden Haftvermittler versehene Metallfolien zu verwenden.
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Das Dekorelement kann mit Aussparungen, Durchbrüchen oder dergleichen versehen sein. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass das Dekorelement Funktionselemente wie flächige Beleuchtungsmittel etwa in Form von Leuchtfolien umfasst.
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Als erster Kunststoff wird beispielsweise ein thermoplastisches Elstomer (TPE), insbesondere ein thermoplastisches Urethanelastomer (TPU), und als zweiter Kunststoff beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA), Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril (SAN), oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere thermoplastisches Urethanelastomer (TPU), verwendet.
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Thermoplastische Elastomere sind besonders geeignet, einen stabilen Verbund des Grundkörpers mit dem Dekorelement auszubilden. Hierbei hat sich insbesondere thermoplastisches Urethanelastomer (TPU) als besonders geeignetes Material für die Verwendung als erster Kunststoff erwiesen.
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Wesentliche Vorraussetzung für den zweiten Kunststoff ist eine gute Materialverträglichkeit zu dem ersten Kunststoff, so dass die Ausbildung eines stabilen Verbunds zwischen erstem und zweitem Kunststoff möglich ist. Mithin erfolgt die Auswahl des zweiten Kunststoffs vorteilhaft unter Berücksichtigung des ersten Kunststoffs, wobei ein hohes Maß an chemischer Verträglichkeit angestrebt wird.
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Der erste und der zweite Kunststoff können selbstverständlich auch chemisch nahezu gleichartig aufgebaut sein. Beispielhaft werden lediglich geringfügig unterschiedliche TPU-Typen genannt.
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Um die Verzugsneigung des zweiten Kunststoffs und des Grundkörpers insgesamt zu reduzieren, ist es vorteilhaft, dass als zweiter Kunststoff ein mit einem Fasermaterial, bevorzugt einem Glasfasermaterial, insbesondere einem Langglasfasermaterial, befüllter Kunststoff verwendet wird. Das Fasermaterial weist im Vergleich zu dem den Grundkörper bildenden Kunststoffmaterial kaum Verzugsneigung auf, so dass es den Verzug des Grundkörpers insgesamt hemmt. Dabei wirken lange Fasern mit einer Länge von beispielsweise ca. 1 mm, der Verzugsneigung stärker entgegen als kurze Fasern mit einer Länge von beispielsweise ca. 0,1 mm. Entsprechend werden hohe Füllgrade des zweiten Kunststoffs mit dem Fasermaterial angestrebt. Neben Glasfasern sind selbstverständlich auch andere Faserarten wie Kohle- oder Kunststofffasern verwendbar.
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Selbstverständlich kann auch der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete erste Kunststoff mit einem Fasermaterial, bevorzugt einem Glasfasermaterial, befüllt sein. Hierbei sind jedoch Füllgradobergrenzen zu berücksichtigen, so dass das Fasermaterial die Anbindung des ersten Kunststoffs an das Dekorelement nicht erschwert. Grundsätzlich liegt der Füllgrad des ersten Kunststoffs unterhalb des Füllgrad des zweiten Kunststoffs. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der erste Kunststoff einen Füllgrad von ca. 15 Gew.% Kurzglasfaser und der zweite Kunststoff einen Füllgrad von ca. 40 Gew.% Langglasfaser aufweisen.
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Es ist zudem denkbar, dass der erste und/oder der zweite Kunststoff ein ein Treibgas freisetzendes Treibmittel enthält, so dass der erste und/oder der zweite Kunststoff grundsätzlich insbesondere chemisch und/oder physikalisch, schäumbar sind. In diesem Fall kann das Spritzgießwerkzeug über eine geeignete Steuereinrichtung zur Initiierung eines Aufschäumvorgangs des mit dem Treibmittel beladenen ersten und/oder zweiten Kunststoffs einen Lüftungshub ausführen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kunststoffverbundbauteil, umfassend einen aus Kunststoff gebildeten Grundkörper und wenigstens einen mit dem Grundkörper verbundenes Dekorelement. Das Kunststoffverbundbauteil ist über das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1–6 Prinzipdarstellungen der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffverbundbauteils; und
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7 eine Prinzipdarstellung Kunststoffverbundbauteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die 1–6 zeigen die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffverbundbauteils 1. Es handelt sich um reine Prinzipdarstellungen.
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In dem in 1 gezeigten ersten Schritt wird ein Dekorelement 2 in eine geöffnete Werkzeugkavität 3 eines Spritzgießwerkzeugs 4 eingelegt. Das Dekorelement 2 kann beispielsweise in Form eines durch Stanzen vorkonfektionierten Einlegeteils vorliegen. Es kann sich dabei beispielsweise um ein Stahlblech mit einer Stärke von ca. 0,1 mm handeln. Wenngleich nicht gesondert gezeigt, können in dem Spritzgießwerkzeug 4 bestimmte Haltemittel vorhanden sein, welche eine definierte Anordnung des Dekorelements 2 in der Werkzeugkavität 3 des Spritzgießwerkzeugs 4 sicherstellen.
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In dem in 2 dargestellten zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Durchführung einer die Haftung der freiliegenden Oberfläche des in das Spritzgießwerkzeug 4 eingelegten Dekorelements 2 gegenüber Kunststoffmaterialien wenigstens abschnittsweise steigernde Maßnahme.
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Dabei wird zum einen über eine werkzeugseitig vorgesehene keramische Widerstandsheizung 5 eine dynamische Werkzeugtemperierung durchgeführt, so dass sich das Spritzgießwerkzeug 4 samt dem Dekorelement 2 auf eine erste Temperatur T1 erwärmt. Die Widerstandsheizung 5 kann als Werkzeugeinsatz vorliegen und entsprechend in einen hierfür vorgesehenen Aufnahmebereich des Spritzgießwerkzeugs 4 integriert werden.
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In 2 nicht gezeigt sind Kühlkanäle 6 (vgl. 5), welche der Werkzeugtemperierung, das heißt der Kühlung des Spritzgießwerkzeugs 4 dienen. Die Kühlkanäle 6 werden im Bedarfsfall von einem Kühlmittel wie z. B. Wasser oder Öl durchströmt.
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Insgesamt lässt sich das Spritzgießwerkzeug 4 über eine sowohl mit der Widerstandsheizung 5 als auch mit einem an die Kühlkanäle 6 angeschlossenen Kühlsystem (nicht gezeigt) verbundene Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gezielt und bedarfsgerecht temperieren. Eine werkzeugseitig vorgesehene, ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbundene Temperatursensorik (nicht gezeigt) erlaubt eine exakte Überwachung der Werkzeugtemperatur.
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Neben der Werkzeugtemperierung erfolgt eine Oberflächenaktivierung der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements 2 durch eine Plasmabehandlung über eine Plasmavorrichtung 7. Die Plasmavorrichtung 7 ist als atmosphärische Plasmavorrichtung ausgebildet, das heißt die Plasmabehandlung lässt sich über eine geeignete Robotik automatisiert unter Normalbedingungen durchführen. Die Plasmavorrichtung 7 ist insbesondere entlang der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements 2 bewegbar gelagert (vgl. Doppelpfeil). Durch die Plasmabehandlung wird ein Anhaften respektive ein Benetzen der freiliegenden Oberfläche des Dekorelements 2 mit einem im Weiteren anzuspritzenden Kunststoff begünstigt.
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In Schritt 3 wird das Spritzgießwerkzeug 4 geschlossen.
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In dem in den 3, 4 gezeigten Schritt 4 wird ein erster plastifizierter Kunststoff 8 und nachfolgend ein zweiter plastifizierter Kunststoff 9 zur Bildung des Grundkörpers 10 des Kunststoffverbundbauteils 1 eingespritzt. Der erste Kunststoff ist bevorzugt ein thermoplastisches Urethanelastomer (TPU), der zweite Kunststoff 9 ist bevorzugt ein mit Langglasfasern 11 befülltes Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ebenso ein entsprechend befülltes thermoplastisches Urethanelastomer. Die Befüllung des zweiten Kunststoffs 9 mit den Langglasfasern 11 bewirkt eine Reduzierung des beim späteren Abkühlen des Materials bedingten Bauteilverzuges.
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Das zeitlich gestaffelte Einspritzen der Kunststoffe 8, 9 respektive das Hinterspritzen des Dekorelements 2 erfolgt in einem gemeinsamen Hub beispielsweise über das Monosandwichverfahren oder das Coinjektionsverfahren, auf welche oben bereits näher eingegangen wurde, weshalb es an dieser Stelle diesbezüglich keiner weiteren Erläuterung bedarf.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, benetzt nur der erste Kunststoff 8 die freiliegende Oberfläche des Dekorelements 2. Der erste Kunststoff 8 bildet im Weiteren eine Hautkomponente und der zweite Kunststoff 9 eine von der durch den ersten Kunststoff 8 gebildeten Hautkomponente umschlossene Kernkomponente des Grundkörpers 10. Während des Einspritzvorgangs der Kunststoffe 8, 9 wird das Spritzgießwerkzeug 4 weiterhin über die Widerstandsheizung 5 beheizt, die Temperatur entspricht dabei im Wesentlichen der Glasübergangs-respektive der Kristallisationstemperatur des ersten Kunststoffs 8. Durch die Temperierung des Spritzgießwerkzeugs 4 über die Widerstandsheizung 5 wird das Erstarrungsverhalten der eingespritzten Kunststoffe 8, 9, das heißt insbesondere des ersten Kunststoffs 8 verzögert, so dass der Anteil an plastischer Seele erhöht wird.
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Nach Beendigung des Einspritzvorgangs der Kunststoffe 8, 9 wird die Widerstandsheizung 5 abgeschaltet, es erfolgt eine Kühlung des Spritzgießwerkzeugs 4 über die in 5 gezeigten Kühlkanäle 6, welche von einem Kühlmittel wie Wasser oder Öl durchströmt werden. Die Temperatur des Spritzgießwerkzeugs 4 wird gezielt von T1 auf T2 gesenkt, wobei T2 wiederum in Abhängigkeit der eingesetzten Materialien sowie unter Berücksichtigung weiterer Prozessparameter eingestellt wird.
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Nach weitestgehender bzw. vollständiger Abkühlung des Spritzgießwerkzeugs 4 wird dieses geöffnet und das fertige Kunststoffverbundbauteil 1 entformt, das heißt aus dem Spritzgießwerkzeug 4 entnommen. Die Entnahme des Kunststoffverbundbauteils 1 erfolgt wiederum über eine geeignete Robotik (nicht gezeigt), so dass insgesamt ein hochintegrierter wie auch hochautomatisierter Herstellungsprozess möglich ist.
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Anhand von 7, die eine Prinzipdarstellung eines Kunststoffverbundbauteils 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt, soll nochmals der strukturelle Aufbau des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffverbundbauteils 1 erläutert werden.
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Das Kunststoffverbundbauteil 1, welches beispielsweise in Form einer Ladekante für ein Kraftfahrzeug vorliegen kann, weist an einer die Sichtseite bildenden Oberfläche das Dekorelement 2 auf. Hierbei handelt es sich um eine Metall-folie, welche bestimmte Oberflächenstrukturierungen etwa in Gestalt von Nuten, Rillen oder dergleichen aufweisen kann. Das Dekorelement 2 ist mit dem Grundkörper 10 fest verbunden. Die Anbindung des Dekorelements 2 an den Grundkörper 10 erfolgt über Hinterspritzen des Dekorelements 2 mit dem ersten plastifizierten Kunststoff 8. Der erste Kunststoff 8 bildet eine Hautkomponente des Grundkörpers 10, welche die durch den zweiten Kunststoff 9 gebildete Kernkomponente des Grundkörpers 10 vollständig umschließt. Zur Reduzierung des Bauteilverzugs ist der zweite Kunststoff 9 mit Langglasfasern 11 versehen. Hierbei werden grundsätzlich hohe Füllgrade angestrebt.
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Es ist alternativ oder ergänzend möglich, insbesondere den zweiten Kunststoff 9 mit einem ein Treibgas freisetzendes Treibmittel zu versehen, so dass dieser grundsätzlich schäumbar ist. Hierfür sind werkzeugseitig entsprechende Vorkehrungen zu treffen, um einen Lüftungshub durchzuführen, das heißt das Spritzgießwerkzeug 4 weist beispielsweise einen Schieber, eine Tauchkante oder dergleichen auf.
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Aus 7 ist ferner ersichtlich, dass die Verbindung des Grundkörpers 10 mit dem Dekorelement 2 im Wesentlichen über den die Hautkomponente bildenden ersten Kunststoff 8 erfolgt. Entsprechend ist hierbei ein einen stabilen Verbund mit dem Dekorelement 2 gewährleistender Kunststoff auszuwählen. Hierbei hat sich die Verwendung eines thermoplastischen Urethanelastomers (TPU) als besonders geeignet erwiesen. Eine gesonderte Beschichtung, insbesondere der freiliegenden, dem einzuspritzenden ersten Kunststoff 8 zugewandten Oberfläche, des Dekorelements 2 mit einem Haftvermittler oder dergleichen ist nicht zwingend notwendig.
