DE102011017040A1

DE102011017040A1 - Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils und Vorrichtungen hierfür

Info

Publication number: DE102011017040A1
Application number: DE201110017040
Authority: DE
Inventors: Martin Eichlseder; Markus Gabriel; Sven Schröbel; Arne Schmidt
Original assignee: AWM Mold Tech AG; Evonik Roehm GmbH; KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: AWM Mold Tech AG; KraussMaffei Technologies GmbH; Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2012139977A2; TW201309465A; WO2012139977A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines oberflächenbeschichteten Formteils sowie Vorrichtungen dafür, Um das Aufbringen einer Beschichtung auf ein spritzgegossenes Formteil zu erleichtern ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und den erfindungsgemäßen Vorrichtungen unter anderem vorgesehen, dass eine Wirkrichtung einer zweiten Formwerkzeughälfte um einen ersten Winkel und/oder parallel zu einer Wirkrichtung einer ersten Formwerkzeughälfte versetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15 bzw. des Anspruchs 18.
Bei der Herstellung von Formteilen aus einer Spritzgussmasse ist es üblich, diese Spritzgussmasse in ein Formwerkzeug unter Druck einzuspritzen. Das Formwerkzeug ist hierbei in der Regel aus zwei oder mehr Formwerkzeugen ausgebildet, die relativ zueinander beweglich sind, so dass das Formwerkzeug nach dem Aushärten der Spritzgussmasse geöffnet werden kann, wodurch die Entnahme des somit hergestellten Formteils aus dem Formwerkzeug ermöglicht wird.
In einigen Fällen ist es jedoch erforderlich, dass das Formteil mit einer Beschichtung versehen oder in einem weiteren Schritt zusätzliche Spritzgussmasse an dem bereits ausgehärteten Formteil angebracht werden soll. Hierzu besteht grundsätzlich die Möglichkeit, das Formteil aus dem Formwerkzeug zu entnehmen, um es anschließend an einem anderen Ort bzw. durch eine andere Vorrichtung weiter zu bearbeiten. Dies ist jedoch insbesondere aus zeitlichen Gründen nachteilig, da es sehr zeitaufwändig ist, das Formteil aus dem Formwerkzeug zu entnehmen und separat weiterzuverarbeiten.
Die DE 10 2007 021 679 A1 schlägt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Expansionsfluten vor, bei dem in einem Spritzgießwerkzeug zunächst ein Formteil in einer durch zwei Formhälften gebildeten Kavität durch Einspritzen einer Spritzgussmasse hergestellt wird. Anschließend wird durch Bewegung einer der Formhälften die Kavität um ein geringes Volumen vergrößert, in das dann ein sogenanntes Überflutungsmaterial eingebracht werden kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist zum einen, dass die Gleichmäßigkeit der Beschichtung von mehreren Formteilen in Mehrfachwerkzeugen oft nicht optimal ist und die Formteile bzw. das Formteil meistens eine Nebenkavität zum Anspritzen für das Überflutungsmaterial benötigen. Hierdurch entsteht ein Anspritzpunkt, der später nachbearbeitet werden muss oder der Anspritzpunkt des Überflutungsmaterials ist auf dem Bauteil sichtbar. Zudem verlängert sich die Zeit zur Herstellung des beschichteten Formteils erheblich, da das Formwerkzeug während des Herstellungsverfahrens erwärmt und wieder abgekühlt werden muss und alle Prozessschritte in Reihe, also nacheinander ablaufen.
Im Stand der Technik wird außerdem vorgeschlagen, die sogenannte Würfeltechnik zu verwenden. Hierbei umfasst ein Spritzgießwerkzeug einen Würfel, der um eine seiner drei Hauptachsen, die sich im Mittelpunkt des Würfels treffen und zu jeweils zwei Würfelflächen senkrecht sind, drehbar ist. Der Würfel kann an mehreren seiner Seiten Formhälften aufweisen und diese in Abhängigkeit von dem nächsten anstehenden Prozessschritt beispielsweise zu einer weiteren, in dem Spritzgießwerkzeug angeordneten Formhälfte ausrichten.
Ein Beispiel für eine derartige Anwendung der Würfeltechnik ist die EP 1 237 701 B1 . Dort wird ein Werkzeug mit einem drehbaren Mittelteil beschrieben, bei dem das endgültige Formteil in zwei Verfahrensschritten hergestellt wird. Dabei wird in einer Kavität ein erster Teil des Formteils eingespritzt und ein zweiter Teil des Formteils in einem späteren Verfahrensschritt in einer gegenüberliegenden Kavität an den ersten Teil des Formteils angespritzt. Das beschriebene Verfahren ermöglicht so eine kontinuierliche Herstellung des Formteils.
Die US 2008/0012176 A1 offenbart ein Werkzeug, mit dem ein Überspritzen von spritzgegossenen Gegenständen möglich ist. Das Spritzgussteil wird dabei in ein Formwerkzeug gespritzt, mittels einer drehbaren Einrichtung um 180° gedreht und dann in einem zweiten Formwerkzeug mit einem Material überspritzt. Bei diesem Verfahren besteht außerdem die Möglichkeit, dass sich die drehbare Einrichtung lediglich um 90° dreht, wobei das Spritzgussteil in dieser Position dann mittels einer Sprühvorrichtung abgekühlt wird. Das beschriebene Verfahren ist insgesamt relativ aufwändig. Es wird dazu verwendet, um das Spritzgussteil mit einem zweiten Material zu überspritzen.
Die EP 1 810 811 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mindestens zwei unterschiedlichen Kunststoffen, bei dem ebenfalls die Würfeltechnik zur Anwendung kommt. Jedoch ist das beschriebene Verfahren relativ umständlich, da zwei Würfeleinrichtungen vorgesehen werden, wobei die eine im Grunde genommen nur eine sogenannte Wendeplatte mit zwei nutzbaren Seiten ist. Insgesamt ist dieses Verfahren umständlich.
In der WO 2010/031710 A1 wird ein Verfahren beschrieben, welches auch dazu dienen kann, Spritzgussteile zunächst zu spritzen und dann mit einer Beschichtung zu versehen. Bei der ebenfalls in dieser Schrift beschriebenen Vorrichtung ist eine Wendeplatte vorgesehen, die an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Formwerkzeughälfte aufweist. Gegenüber diesen Formwerkzeughälften ist zudem jeweils eine weitere Formwerkzeughälfte angeordnet. Bei dem beschriebenen Verfahren wird nun zunächst auf einer Seite der Wendeplatte mittels einem aus zwei Formwerkzeughälften bestehenden Formwerkzeug ein sich bereits in einer Formwerkzeughälfte befindliches Gewebeteil auf einer Seite überspritzt. Anschließend wird die Wendeplatte um 180° gedreht, wobei das Spritzgussteil in der Formwerkzeughälfte verbleibt, die nicht an der Wendeplatte angeordnet ist. Mittels der zweiten an der Wendeplatte angeordneten Formwerkzeughälfte wird das Spritzgussteil dann auf der anderen Seite mit einem Kunststoff überspritzt. Zuletzt wird die Wendeplatte erneut gedreht, wobei bei dieser Drehung das Spritzgussteil in der Formwerkzeughälfte an der Wendeplatte verbleibt. Mittels der verbleibenden Formwerkzeughälfte wird dann noch eine Beschichtung auf dem Spritzgussteil aufgebracht.
Bei den bekannten Verfahren und Spritzgussmaschinen wird es als besonders nachteilig angesehen, dass sich die einzelnen Spritz- bzw. Beschichtungsvorgänge auf den zwei gegenüberliegenden Seiten der Würfeleinrichtung befinden. Dies ist insbesondere bei der Auftragung eines Lacks mit großen Nachteilen verbunden. Unter anderem sind die Kräfte, die beim eigentlichen Spritzgussprozess in Richtung der Würfeleinrichtung entstehen, beim Beschichtungsprozess nicht notwendig oder gar unerwünscht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils zu schaffen, mittels dem das Aufbringen einer Beschichtung auf ein spritzgegossenes Formteil erleichtert wird.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Herstellen eines Formteils gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14.
Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den Vorrichtungen gemäß Anspruch 15 und 18 unabhängig voneinander gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Formteils weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:
Zunächst wird eine Spritzgussmasse in ein Formwerkzeug unter Druck eingespritzt, wobei das Formwerkzeug aus zumindest einer ersten Formhälfte und einer zweiten Formhälfte besteht. Die Wirkrichtung des ersten Formwerkzeugs, in der beim Spritzgussprozess die größten Kräfte wirken, entspricht vorzugsweise der Öffnungs- bzw. Schließrichtung dieses Formwerkzeugs. Anschließend wird die Spritzgussmasse zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Oberfläche des so entstandenen Formteils, bis zur Entformungstemperatur abgekühlt, die erstarrte Spritzgussmasse kann jetzt von der Kavität entformt werden.
Als Formteil wird im Übrigen im Rahmen der Erfindung sowohl die zumindest teilweise ausgehärtete Spritzgussmasse an sich, aber auch das mit einem ersten und/oder einem zweiten Medium ausgestalte Formteil angesehen.
Nach dem zumindest teilweisen Aushärten der Spritzgussmasse wird das Formwerkzeug geöffnet, wobei das Formteil in der zweiten Formhälfte verbleibt. Anschließend wird eine definierte Menge eines ersten Mediums entweder auf dem Formteil selber oder in einer ersten Kavität einer dritten Formhälfte lokal aufgebracht. Das lokale Aufbringen ist als punktförmiges, linienförmiges oder auch flächiges teilbereichsweises Auftragen zu verstehen, bei dem im Gegensatz zum klassischen Lackieren das aufzubringende Medium nicht vollflächig aufgetragen wird, sondern lokal begrenzt mit erhöhter Schubstärke. Eine Verteilung des Mediums über die gesamte zu benetzende Fläche erfolgt durch prägendes Verteilen beim Schließen eines Werkzeuges.
Die dritte Formhälfte bildet zusammen mit der zweiten Formhälfte ein zweites Formwerkzeug, mittels dem u. a. das oben genannte prägende Verteilen erfolgt.
Der Begriff „Kavität” bedeutet erfindungsgemäß nicht alleinig „Vertiefung”. So können in einer Kavität auch Erhöhungen oder andere Formen ausgebildet sein.
Die zweite Formhälfte wird nun zusammen mit dem Formteil der dritten Formhälfte zugeordnet. Dieser Schritt kann auch vor dem lokalen Aufbringen einer definierten Menge eines ersten Mediums durchgeführt werden. Das zweite Formwerkzeug, welches aus der zweiten Formhälfte und der dritten Formhälfte gebildet wird, wird dann geschlossen, wodurch das erste Medium über eine Oberfläche des Formteils verteilt, insbesondere prägend verteilt wird. Auch die Wirkrichtung des Formwerkzeugs entspricht vorzugsweise der Öffnungs- bzw. Schließrichtung dieses Formwerkzeugs. Anschließend wird das erste Medium zumindest teilweise, insbesondere an der Oberfläche des Formteils mittels Wärme vernetzt bzw. ausgehärtet und das Formteil anschließend entformt. Aushärten kann erfindungsgemäß je nach Art des Mediums auch vernetzen (insbesondere bei Lack) oder auskühlen bzw. abkühlen (insbesondere bei Spritzgussmasse) bedeuten.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die beschriebene Wirkrichtung des zweiten Formwerkzeuges um einen ersten Winkel und/oder parallel zu der Wirkrichtung des ersten Formwerkzeuges versetzt ist. Durch diese Versetzung der Wirkrichtungen wird das Beschichten des Formteils mit dem ersten Medium weitestgehend unabhängig von dem Spritzgussvorgang in dem ersten Formwerkzeug. Während in der Wirkrichtung des ersten Formwerkzeuges hohe Kräfte durch den Spritzgussvorgang auftreten können, ist es möglich, diese Kräfte in der Wirkrichtung des zweiten Formwerkzeugs zu vermeiden. Diese Versetzung der Wirkrichtungen bringt eine Reihe von Vorteilen und von neuen Möglichkeiten mit sich.
Die Formhälften sind erfindungsgemäß nicht als geometrische oder sonstige Hälften zu verstehen, sondern als Teile, die sich in verschiedenen Kombinationen zu Formwerkzeugen zusammenfügen.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem vorgesehen, dass nach dem Werkzeugöffnen und vor dem Entformen (Entnehmen) des Formteils noch ein zweites Medium auf das Formteil aufgebracht wird. Das Vorgehen ist hier ähnlich wie bei dem ersten Medium. So wird zunächst eine definierte Menge des zweiten Mediums auf das Formteil oder in eine zweite Kavität einer vierten Formhälfte aufgebracht. Die vierte Formhälfte bildet zusammen mit der dritten Formhälfte ein drittes Formwerkzeug.
Das Formteil verbleibt dabei nach dem teilweise Aushärten des ersten Mediums und dem Öffnen des zweiten Formwerkzeugs in der dritten Formhälfte, die dann zusammen mit dem Formteil zu der vierten Formhälfte zugeordnet wird.
Die Auswahl des ersten und/oder des zweiten Mediums erfolgt erfindungsgemäß vorteilhafterweise nach den gewünschten Eigenschaften. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn das erste und/oder das zweite Medium keine Verbindung mit den einzelnen Bauteilen der für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenen Vorrichtung eingeht.
Einen Anguss, beispielsweise der überbleibende Rest eines Punkt- oder Filmangusses, gibt es an dem Formteil nicht, da der Anspritzpunkt (beispielsweise einer Heißkanaldüse) überflutet wird und dadurch unsichtbar ist.
Dieser Schritt kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Medium erläutert, bereits vor dem Aufbringen des zweiten Mediums durchgeführt werden. Anschließend wird das dritte Formwerkzeug geschlossen, wodurch sich das zweite Medium über eine Oberfläche des Formteils verteilt, insbesondere prägend verteilt. Abschließend wird auch das zweite Medium zumindest teilweise, insbesondere. im Bereich der Oberfläche ausgehärtet. Hiernach kann dann das fertig gestellte Formteil entformt werden. Die Wirkrichtung des dritten Formwerkzeugs, die wiederum vorzugsweise dessen Öffnungs- bzw. Schließrichtung entspricht, ist bevorzugt ebenfalls um einen Winkel und/oder parallel zu der Wirkrichtung des ersten Formwerkzeugs versetzt. Zudem kann die Wirkrichtung des dritten Formwerkzeugs auch um einen Winkel und/oder parallel zur Wirkrichtung des zweiten Formwerkzeugs versetzt sein.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass anstelle der Beschichtung mit dem ersten oder zweiten Medium ein anderer Verfahrensschritt wie beispielsweise eine spanende Bearbeitung des Formteils durchgeführt werden kann. Alternativ kann das Formteil auch nach der Beschichtung mit dem ersten oder zweiten Medium derartige Verfahrensschritte durchlaufen, was erfindungsgemäß bevorzugt wird.
Um sicher zu stellen, dass sich das Formteil während der verschiedenen Schritte des Verfahrens in der jeweils richtigen Formhälfte befindet, muss das Formteil zu bestimmten Zeitpunkten aus einer Formhälfte in eine andere Formhälfte ”übergeben” werden. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Ausstoßer, der als Rahmen ausgebildet sein kann, realisiert. Dieser Ausstoßer ist geeignet, das Formteil z. B. beim Öffnen eines Formwerkzeugs aus einer Formhälfte in eine bestimmte andere Formhälfte zu drücken.
Vorteilhafterweise, insbesondere um die Formwerkzeuge nicht unnötig zu belasten, weist das zweite Formwerkzeug in geschlossenem Zustand ein Volumen auf, welches dem des Formteils ohne Beschichtung zuzüglich eines ersten Teilvolumens entspricht, wobei das Teilvolumen dem Volumen des zu applizierenden Mediums entspricht. Aus den gleichen Gründen ist vorzugsweise vorgesehen, dass das dritte Formwerkzeug in geschlossenem Zustand ein Volumen umfasst, welches dem des Formteils ohne Beschichtung zuzüglich dem ersten Teilvolumen und zuzüglich eines zweiten Teilvolumens, welches dem Volumen des zu applizierenden zweiten Mediums entspricht. Das erste und das zweite Teilvolumen werden dann entsprechend während des Verfahrens durch das erste bzw. das zweite Medium vollständig ausgefüllt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dritte Formhälfte und/oder die vierte Formhälfte kleiner als das unbeschichtete Formteil. Das bedeutet, dass die jeweilige Formhälfte das Formteil nicht oder nur zum Teil umfasst, sondern sich vielmehr auf diesem abstützt. Somit wird eine Abdichtung, die verhindert, dass das erste und/oder das zweite Medium aus der Formhälfte entweichen kann, durch dieses Abstützen der jeweiligen Formhälfte auf dem Formteil realisiert. In diesem Fall würde das Formteil entsprechend nur teilweise beschichtet.
Durch die Verwendung von zwei Medien, die in zwei Verfahrensschritten aufgebracht werden, ist es bei einem bevorzugten Ablauf des Verfahrens vorgesehen, dass das erste Medium und das zweite Medium auf gegenüberliegenden Seiten des Formteils aufgetragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Oberfläche des Formteils mit dem ersten Medium und dem zweiten Medium zu beschichten. Dabei kann das erste Medium vorteilhafterweise das Gleiche sein wie das zweite Medium.
Alternativ oder zusätzlich ist bei einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das zweite Medium zumindest teilweise in Bereichen aufgebracht wird, in denen das erste Medium auf dem Formteil aufgebracht ist.
Zum einen kann dadurch sichergestellt werden, dass tatsächlich die gesamte Oberfläche des Formteils am Ende des Verfahrens aus dem ersten und dem zweiten Medium gebildet wird, dass also keine unbeschichtete Oberfläche vorhanden ist.
Zum anderen ist es aber auch möglich, das Medium nur in einem Teilbereich der Oberfläche des Formteils aufzubringen und anschließend das zweite Medium wiederum in einem Teilbereich des zuvor genannten Teilbereichs der Oberfläche des Formteils aufzubringen. Eine derartige Mehrfachbeschichtung eines bestimmten Bereiches kann insbesondere optischen Zwecken dienen.
Das erste und/oder das zweite Medium ist vorzugsweise ein Lack. Grundsätzlich sind aber auch andere Beschichtungen möglich, wie beispielsweise ein Mehrkomponenten-Reaktivsystem.
Durch die Versetzung der Wirkrichtungen der Formwerkzeuge ist es möglich, dass bei einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest eine Formhälfte des zweiten und/oder des dritten Formwerkzeugs aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material besteht. Insbesondere eignet sich hierfür transparentes, lichtdurchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, welches bevorzugt verwendet wird. Dieses Material kann verwendet werden, ohne beschädigt zu werden, da die im zweiten und dritten Formwerkzeug auftretenden Kräfte deutlich geringer sind als bei bisher bekannten Verfahren. Vorteilhafterweise wird das erste und/oder das zweite Medium, insbesondere bedingt durch die Durchlässigkeit einer oder mehrerer Formhälften, mittels Laser, UV-Licht oder partiellem Heizen einer Formhälfte teilweise ausgehärtet. Diese Mittel können jedoch auch kombiniert werden.
Vorzugsweise wird Lichtenergie zum teilweisen Aushärten des ersten und/oder des zweiten Mediums durch eine Formhälfte des zweiten und/oder dritten Formwerkzeugs geleitet. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn diese Formhälfte aus dem beschriebenen durchlässigen Material besteht und das teilweise Aushärten des ersten und/oder des zweiten Mediums mittels Laser und/oder UV-Licht durchgeführt wird.
Die verschiedenen Formhälften der Formwerkzeuge ermöglichen es auch, dass das Formteil durch eines dieser Formwerkzeuge eine, insbesondere oberflächige, Strukturierung erhält. Unter den Begriff „Strukturierung” fallen dabei nicht nur regelmäßige Strukturierungen wie beispielsweise Rillen oder ein gleichmäßiges Muster, sondern es sind auch andere Strukturierungen wie beispielsweise ein einzelnes Logo, stochastische Strukturen oder Hologramme möglich. Eine Strukturierung ist somit all das, was von einer eigentlich glatten Oberfläche abweicht. Besonders vorteilhaft sind auch Nanostrukturen aller Geometrien. Dabei ist es jedoch auch möglich, dass beispielsweise das Formteil ohne Beschichtung eine Strukturierung erhält und dass die Kavität der darüberliegenden Beschichtung, die nachträglich aufgetragen wird, wiederum eine glatte Oberfläche bewirkt. Auf diese Weise ergibt sich optisch eine nicht glatte Oberfläche, haptisch jedoch eine glatte Oberfläche. Ebenso ist es möglich, dass das erste Medium mit einer Strukturierung versehen wird und dann von dem zweiten Medium mit einer glatten Oberfläche überlagert wird. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die äußerste Oberfläche glatt sein muss, sie kann ebenfalls eine Strukturierung aufweisen. Dabei ist es beispielsweise auch möglich, die Strukturierung des ersten Mediums mit der Strukturierung des zweiten Mediums zu kombinieren, so dass ein optischer Effekt erzielt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das erste Medium und/oder das zweite Medium auf das Formteil oder in eine Kavität einer Formhälfte aufgetragen wird, diese Formhälfte bereits vorher auf eine erhöhte, z. B. zur thermischen Vernetzung erforderliche Temperatur gebracht ist. Auf diese Weise findet die Vernetzung bzw. die Aushärtung des ersten und/oder des zweiten Mediums schneller statt, was unter anderem für die Abdichtung der Formhälften von Vorteil ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist außerdem vorgesehen, dass mehrere Prozesse bzw. Schritte bezüglich verschiedener Formteile parallel ablaufen. Vorteilhafterweise entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren außerdem durch das Lackauftragen direkt auf dem Formteil oder in einer der Kavitäten kein Lackanspritzpunkt auf dem Formteil.
Wird zur Durchführung des Verfahrens eine Spritzgussmaschine mit einer Würfeleinrichtung verwendet, was bevorzugt, aber nicht zwingend erforderlich ist, so ist es vorteilhaft, wenn das Einspritzen der Spritzgussmasse an einer der Würfelseiten und das Aufbringen des ersten oder des zweiten Mediums an einer anderen Würfelseite erfolgt.
Wird zur Durchführung des Verfahrens eine Spritzgussmaschine mit einem Drehteller verwendet so ist es vorteilhaft, wenn das Einspritzen der Spritzgussmasse an einer ersten Arbeitsposition und das Aufbringen des ersten oder des zweiten Mediums an einer anderen Arbeitsposition erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der es sich insbesondere um eine Kunststoffspritzgussmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt, kann zum einen eine Würfeleinrichtung und zum anderen einen Drehteller aufweisen.
Grundsätzlich kann unter der Würfeleinrichtung jede Einrichtung verstanden werden, die zumindest zwei Seiten aufweist, an denen Formhälften angeordnet sein können. So ist grundsätzlich auch jeder andere Polyeder verwendbar. Insbesondere eignen sich hier auch andere Quader oder Prismen. Da jedoch vorzugsweise ein Würfel verwendet wird, wird diese erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines solchen erläutert.
Im Falle der Würfeleinrichtung weist dieser eine erste Würfelseite und eine zweite Würfelseite auf. Auf der ersten Würfelseite ist eine zweite Formhälfte und auf der zweiten Würfelseite eine vierte Formhälfte angeordnet. Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Würfeleinrichtung auch eine erste Formhälfte und eine dritte Formhälfte auf, die so angeordnet sind, dass durch Drehung der Würfeleinrichtung ein ausgerichtetes Anordnen der ersten Formhälfte und der zweite Formhälfte unter Ausbildung eines ersten Formwerkzeugs, ein ausgerichtetes Anordnen der zweiten Formhälfte und der dritten Formhälfte unter Ausbildung eines zweiten Formwerkzeugs und ein Anordnen der dritten Formhälfte und der vierten Formhälfte unter Ausbildung eines dritten Formwerkzeugs möglich ist.
Die Wirkrichtungen der Formwerkzeuge, die gleichzeitig deren Öffnungs- bzw. Schließrichtungen entspricht, werden bei der Vorrichtung vorzugsweise durch eine Bewegung der jeweils nicht auf der Würfeleinrichtung angeordneten Formhälfte realisiert. Somit entspricht bei einer derartigen Funktionsweise die Wirkrichtung des ersten Formwerkzeugs der Bewegungsrichtung der ersten Formhälfte, die Wirkrichtung des zweiten Formwerkzeugs der Bewegungsrichtung der dritten Formhälfte und die Wirkrichtung des dritten Formwerkzeugs ebenfalls der Bewegungsrichtung der dritten Formhälfte. Diese insgesamt zwei Bewegungsrichtungen sind bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann bei Bedarf gleichzeitig das erste Formwerkzeug und das dritte Formwerkzeug geschlossen werden, wenn die zweite Würfelseite, wie das bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung vorgesehen ist, im Verhältnis zu der ersten Würfelseite als nach einer 90°-Drehung der Würfeleinrichtung angeordnete Würfelseite angeordnet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung ist eine Drehachse der Würfeleinrichtung, um die diese gedreht werden kann, horizontal angeordnet. Dadurch kann zumindest die Wirkrichtung eines Formwerkzeugs senkrecht angeordnet werden, was bei dem Auftragen des ersten und/oder zweiten Mediums von Vorteil ist. Wird nämlich das Medium vor dem Schließen des entsprechenden Formwerkzeugs in einer Kavität einer Formhälfte oder auf dem Formteil aufgetragen, so besteht bei dünnflüssigen Medien grundsätzlich die Gefahr eines unerwünschten Verlaufens bzw. eines Auslaufens des Mediums aus dem Formwerkzeug. Ist jedoch die Wirkrichtung, und auch die Öffnungs- bzw. Schließrichtung des Formwerkzeugs senkrecht, so wird diese Gefahr vermindert.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung weist diese an einer dritten Würfelseite eine zu der zweiten Formhälfte baugleiche Formhälfte und an einer vierten Würfelseite eine zur vierten Formhälfte baugleiche Formhälfte auf. Vorteilhafterweise ist die dritte Würfelseite parallel zu der ersten Würfelseite und die vierte Würfelseite parallel zu der zweiten Würfelseite.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, die wiederum insbesondere eine Kunststoffspritzgussmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, einen Drehteller aufweisen, der um eine Drehachse drehbar ist. Auf dem Drehteller ist eine erste Arbeitsposition und eine zweite Arbeitsposition vorgesehen. Die Wirkrichtung sämtlicher Formwerkzeuge ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Drehachse des Drehtellers. An der ersten Arbeitsposition des Drehtellers ist eine zweite Formhälfte angeordnet und an der zweiten Arbeitsposition des Drehtellers ist eine vierte Formhälfte angeordnet. Vorzugsweise ist die Drehachse des Drehtellers vertikal. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Drehteller sind die erste Arbeitsposition und die zweite Arbeitsposition in einem zweiten Winkel um die Drehachse des Drehtellers angeordnet. Dadurch wird auch hier ermöglicht, dass die Kräfte, die bei einem Formwerkzeug auftreten, bei einem anderen Formwerkzeug vermieden werden können.
Ähnlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Drehteller vorzugsweise eine erste und eine dritte Formhälfte vorgesehen, die nicht auf dem Drehteller angeordnet sind. Ebenfalls ist durch die erste und die dritte Formhälfte das Öffnen bzw. Schließen der Formwerkzeuge möglich. Wie schon bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung ist es auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Drehteller vorteilhaft, dass die Bewegungsrichtung der ersten und dritten Formhälfte der Wirkrichtung des ersten und zweiten bzw. des dritten Formwerkzeugs entsprechen. Es ist auch möglich, dass die zweite und die vierte Formhälfte durch eine Drehung um einen Drehpunkt das Schließen der entsprechenden Formwerkzeuge bewirkt. Dies ist grundsätzlich auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung möglich.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Drehteller wird die Zuordnung der ersten und der dritten Formhälfte zu der zweiten und der vierten Formhälfte unter Ausbildung des jeweiligen Formwerkzeugs mittels einer Drehung des Drehtellers um die Drehachse realisiert.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand von vier Zeichnungen erläutert.
Es zeigen dabei:
1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Würfeleinrichtung;
2: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Drehteller;
3: eine isometrische Ansicht der in 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4: ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Formteil;
5a bis 5o: schrittweise den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in der 1 dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Würfeleinrichtung 10 mit einer ersten Würfelseite 11, einer zweiten Würfelseite 12, einer dritten Würfelseite 13 und einer vierten Würfelseite 14 auf. An der ersten Würfelseite 11 ist eine zweite Formhälfte 3 und an der zweiten Würfelseite 12 ist eine vierte Formhälfte 9 angeordnet. Auf der dritten Würfelseite 13 und der vierten Würfelseite 14 ist bei der dargestellten Ausführungsform keine Formhälfte angeordnet. Grundsätzlich wäre es jedoch bei einer Abwandlung der dargestellten Ausführungsform auch möglich, an der dritten Würfelseite 13 eine zu der zweiten Formhälfte 3 baugleiche Formhälfte und an der vierten Würfelseite 14 eine zu der vierten Formhälfte 9 baugleiche Formhälfte anzuordnen.
Die 1 zeigt die dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung in der Ausgangsposition. Eine erste Formhälfte 2 ist gegenüberliegend zu der zweiten Formhälfte 3 angeordnet, so dass ein Bewegen der ersten Formhälfte 2 in einer Wirkrichtung R1 ein Schließen eines durch die erste Formhälfte 2 und die zweite Formhälfte 3 gebildeten ersten Formwerkzeugs 4 möglich ist. Zudem ist eine dritte Formhälfte 8 gegenüberliegend zu der vierten Formhälfte 9 angeordnet, so dass ein Bewegen der dritten Formhälfte 8 in einer Wirkrichtung R2 ein Schließen eines dritten Formwerkzeugs 16 ermöglicht.
Die Würfeleinrichtung 10 ist um eine horizontale Achse X drehbar. Die Wirkrichtungen R1 und R2 sind in einem Winkel α zueinander angeordnet, der bei der dargestellten Ausführungsform 90° beträgt. Der Winkel α kann auch andere Werte einnehmen, z. B. 15°, 30°, 45°, 60°, 70°. Die vierte Formhälfte 9 weist eine zweite Kavität 20 und die dritte Formhälfte 8 weist eine erste Kavität 19 auf.
Die Formhälften 2, 3, 8 und 9 sind in der 1 im Querschnitt dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
Ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird für die Herstellung des Formteils mit beidseitiger Beschichtung (in 1 nicht dargestellt) zunächst das erste Formwerkzeug 4 geschlossen indem die erste Formhälfte 2 in der Wirkrichtung R1 bewegt wird. Dann wird eine Spritzgussmasse (in 1 nicht dargestellt) in die so entstandene Kavität des ersten Formwerkzeugs 4 eingebracht. Dies kann allgemein entweder durch die erste Formhälfte 2 oder auch durch die zweite Formhälfte 3 geschehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spritzgussmasse durch die erste Formhälfte 2 in die Kavität des ersten Formwerkzeugs 4 eingebracht wird. Anschließend wird die Spritzgussmasse zumindest teilweise ausgehärtet, was beispielsweise durch Kühlen der Formhälften des ersten Formwerkzeugs 4 geschehen kann. Wenn die Spritzgussmasse zumindest teilweise ausgehärtet ist – es ist auf diese Weise ein Formteil entstanden – wird das erste Formwerkzeug 4 durch Bewegen der ersten Formhälfte 2 entgegen der Wirkrichtung R1 geöffnet.
Im nächsten Schritt dreht sich die Würfeleinrichtung 10 in Pfeilrichtung um die Achse X um 90°, so dass die zweite Formhälfte 3 dann gegenüberliegend zu der dritten Formhälfte 8 angeordnet ist. Das Formteil verbleibt dabei in der zweiten Formhälfte 3.
Anschließend wird ein erstes Medium (in 1 nicht dargestellt) lokal auf das Formteil, welches sich in der zweiten Formhälfte 3 befindet, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch eine Zuleitung in der dritten Formhälfte 8 oder durch eine separate Einrichtung zum Aufbringen des Mediums vorgenommen werden. Anschließend wird die dritte Formhälfte 8 in der Wirkrichtung R2 des durch die zweite Formhälfte 3 und die dritte Formhälfte 8 gebildeten zweiten Formwerkzeugs 5 bewegt, wodurch das zweite Formwerkzeug 5 geschlossen wird. Die in der dritten Formhälfte 8 angeordnete erste Kavität 19 ist dabei so gestaltet, dass sie den nicht von der zweiten Formhälfte 3 umschlossenen Teil des Formteils umschließen kann, wobei ein zusätzliches Volumen vorgesehen ist, in dem sich das bereits auf das Formteil aufgetragene erste Medium durch Prägen des sich schließenden Werkzeugs verteilen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die dritte Formhälfte aus Glas und es ist ein Laser vorgesehen (nicht dargestellt), der zum Aushärten des ersten Mediums durch die transparente dritte Formhälfte hindurch benutzt wird. Wenn das erste Medium zumindest teilweise ausgehärtet ist, wird die dritte Formhälfte 8 entgegen der Wirkrichtung R2 bewegt, wodurch das zweite Formwerkzeug 5 geöffnet wird. Das einseitig beschichtete Formteil verbleibt dabei in der dritten Formhälfte 8.
Die Würfeleinrichtung 10 wird anschließend entgegen der Pfeilrichtung um die Achse X um 90° gedreht, wodurch sie sich wieder in ihrem Ausgangszustand befindet. Die dritte Formhälfte 8 mit dem beschichteten Formteil ist nun gegenüberliegend zu der vierten Formhälfte 9 angeordnet, wodurch das dritte Formwerkzeug 16 ausgebildet wird.
Das zweite Medium (in 1 nicht dargestellt) wird dann in die zweite Kavität 20 der vierten Formhälfte lokal eingebracht und das dritte Formwerkzeug 16 wird durch Bewegen der dritten Formhälfte 8 in der Wirkrichtung R2 geschlossen. Die zweite Kavität 20 der vierten Formhälfte 9 ist dabei so ausgestaltet, dass sie den nicht von der dritten Formhälfte umschlossenen Teil des Formteils und zusätzlich das Volumen des zweiten Mediums aufnehmen kann. Durch das Schließen des dritten Formwerkzeugs 16 verteilt sich das zweite Medium in dem zusätzlichen Volumen der zweiten Kavität 20. Zum Aushärten des zweiten Mediums ist auch hier ein Laser vorgesehen (nicht dargestellt), der durch die aus transparentem Material ausgebildete vierte Formhälfte hindurch auf das zweite Medium einwirken kann. Wenn das zweite Medium zumindest teilweise ausgehärtet ist wird das dritte Formwerkzeug 16 durch Bewegen der dritten Formhälfte entgegen der Wirkrichtung R2 geöffnet. Zum Abschluss des Verfahrens wird das nun zweiseitig beschichtete Formteil entformt, was beispielsweise mittels Auswerfern (nicht dargestellt) geschehen kann.
Durch die dargestellte Ausführungsform werden die Vorteile der Erfindung deutlich. So kann insbesondere die Verwendung von Glas für die dritte Formhälfte 8 und für die vierte Formhälfte 9 nur deshalb erreicht werden, weil diese aufgrund der Versetzung der Wirkrichtungen R1 und R2 nicht den Kräften ausgesetzt sind, die beim Spritzen des Formteils in dem ersten Formwerkzeug 4 entstehen. Zusätzlich kann während dem Auftragen des zweiten Mediums bereits ein weiteres Formteil gespritzt werden. Wenn auf der dritten Würfelseite 13 eine zu der zweiten Formhälfte baugleiche Formhälfte und auf der vierten Würfelseite eine zur vierten Formhälfte 9 baugleiche Formhälfte angeordnet wird, ist es zudem möglich, zwei Formteile gleichzeitig herzustellen.
Werden an einer Vorrichtung gleichzeitig zwei oder mehr Formteile hergestellt, ist es vorteilhaft, wenn das Aufbringen bzw. Vernetzen des ersten und des zweiten Mediums die gleiche Zeit benötigt wie das Spritzen des Formteils in dem ersten Formwerkzeug. So wird ein Ablauf ohne eine durch das Aufbringen des ersten und/oder des zweiten Mediums ausgelöste Verzögerung ermöglicht.
Die 2 und die 3 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die einen Drehteller 21 aufweist. Der Drehteller 21 ist um eine Drehachse Y drehbar. An einer ersten Arbeitsposition 22 ist eine zweite Formhälfte 3 und an einer zweiten Arbeitsposition 23 ist eine vierte Formhälfte 9 angeordnet. Die zweite Formhälfte 3 und die vierte Formhälfte 9 sind so auf dem Drehteller angeordnet, dass sie jeweils zu der Drehachse Y den gleichen Abstand aufweisen, jedoch in einem Winkel β um die Drehachse Y angeordnet sind. Der Winkel β beträgt bei der dargestellten Ausführungsform 180°. Besonders vorteilhaft ist auch eine nicht dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der auf dem Drehteller 21 vier Arbeitspositionen angeordnet sind, die jeweils in einem Winkel von 90° um die Drehachse Y angeordnet sind.
In der 3 sind außerdem eine erste Formhälfte 2 und eine dritte Formhälfte 8 dargestellt. In der 2 sind diese Formhälften ausgeblendet. In dem dargestellten Zustand ist die erste Formhälfte 2 gegenüberliegend zu der zweiten Formhälfte 3 angeordnet, so dass ein Bewegen der ersten Formhälfte 2 in einer Wirkrichtung R1 ein Schließen des durch die erste Formhälfte 2 und die zweite Formhälfte 3 gebildeten ersten Formwerkzeugs 4 möglich ist. Ebenso verhält es sich mit der dritten Formhälfte 8 und der vierten Formhälfte 9. Hier kann durch die Bewegung der dritten Formhälfte 8 in der Wirkrichtung R2 ein Schließen des durch die dritte Formhälfte 8 und die vierte Formhälfte 9 gebildeten dritten Formwerkzeugs 16 bewirkt werden. Die Wirkrichtungen R1 und R2 sind dabei parallel, aber versetzt zu der Drehachse Y. Die vierte Formhälfte 9 weist eine zweite Kavität 20 und die dritte Formhälfte weist eine erste Kavität 19 auf, wobei letztere nicht sichtbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit der in den 2 und 3 dargestellten Vorrichtung entsprechend der oben im Bezug auf die 1 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt werden. Anstelle der 90°-Drehung der Würfeleinrichtung 10 dreht sich der Drehteller 21 um 180° um die Drehachse Y.
Für den Fall, dass mehr als zwei Formhälften auf dem Drehteller angeordnet sind, also beispielsweise vier oder sechs, ist ein simultanes Herstellen von mehreren Formteilen möglich. Ebenso ist es auch möglich, dass das Formteil auf dem Drehteller 21 weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise einer spanenden Bearbeitung, unterläuft. Voraussetzung dafür ist eine Vertikalspritzgussmaschine.
Die 4 zeigt ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Formteil 15 im Querschnitt. Das Formteil 15 besteht aus einem Kern aus Spritzgussmasse 1, welches volloberflächlich eine Beschichtung aus einem ersten Medium 6 auf der einen Seite und einem zweiten Medium 7 auf der anderen Seite aufweist.
In den 5a bis 5o wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. Die dort beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient der Herstellung eines Formteils mit beidseitiger Beschichtung. Dargestellt ist jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu verschiedenen, nacheinander folgenden Zeitpunkten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 5a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Würfeleinrichtung 10, die vier gleiche zweite Formhälften 3 aufweist. Eine erste Formhälfte 2 ist gegenüber einer der zweiten Formhälften 3 so angeordnet, dass sich ein erstes Formwerkzeug 4 ergibt, welches in der 5a geschlossen ist. In diesem Zustand wird Spritzgussmasse 1 in das erste Formwerkzeug 4 gespritzt.
Anschließend wird das Werkzeug geöffnet, so dass sich der in der 5b dargestellte Zustand ergibt. Die zumindest teilweise ausgehärtete Spritzgussmasse 1 bildet nunmehr das Formteil 15. Nach einer Drehung um 90° in Pfeilrichtung befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem in der 5c dargestellten Zustand. Die zweite Formhälfte 3 mit dem Formteil 15 ist nun einer dritten Formhälfte 8 gegenüber angeordnet, wodurch ein zweites Formwerkzeug 5 gebildet wird. Es ist nun möglich, das erste Medium 6, welches hier ein Lack ist, in die dritte Formhälfte 8 einzubringen. Die Formhälfte 8 kann an ihrem Außenrand entsprechend der Schwindung der Spritzgussmasse 1 angepasst ausgeführt und dadurch zur Lackabdichtung verwendet werden. An dieser Stelle befindet sich jedoch dann kein Lack. Der Auftrag des ersten Mediums 6 kann dabei während der 90°-Drehung geschehen oder bereits, wenn sich das zweite Formwerkzeug 5 schließt, wie das in der 5d dargestellt ist.
In der 5e ist das zweite Formwerkzeug 5 geschlossen, wodurch der Lack verprägt wurde und nunmehr mittels UV-Strahlung oder Wärme vernetzt werden kann. Gleichzeitig kann weitere Spritzgussmasse 1 in ein weiteres erstes Formwerkzeug eingespritzt werden. Deutlich zu sehen ist in der 5e, dass die Wirkrichtungen R1 und R2 in einem 90°-Winkel zueinander angeordnet sind. Sowohl das erste Formwerkzeug 4 als auch das zweite Formwerkzeug 5 werden nun geöffnet, was in der 5f dargestellt ist.
Es befinden sich nun zwei Formteile 15 in Formhälften der Würfeleinrichtung 10, wobei eines einseitig beschichtet und eines unbeschichtet ist. Die Würfeleinrichtung 10 dreht nun erneut um 90°, wodurch sich das einseitig beschichtete Formteil 15 an einer Position befindet, in der es spanend bearbeitet werden kann. Gleichzeitig kann für das noch unbeschichtete Formteil 15 der Lackauftrag in der dritten Formhälfte 8 erfolgen (siehe 5g und 5h).
Während das bereits beschichtete Formteil 15 mechanisch nachbearbeitet wird, wird der Lack des noch unbeschichteten Formteils 15 geprägt und vernetzt. Gleichzeitig wird zudem ein weiteres Formteil gespritzt (siehe 5i).
Die Formwerkzeuge werden nun geöffnet (5j) und die Würfeleinrichtung 10 wird um 90° gedreht (5k). Das einseitig beschichtete, mechanisch nachbearbeitete Formteil 15 wird nun an eine weitere, dritte Formhälfte 8 übergeben, so dass sich das Formteil 15 nicht mehr an der Würfeleinrichtung 10 befindet. Somit kann, wie in der 5l dargestellt, ein zweites Medium 7 in die zweite Formhälfte 3, die hier gleichzeitig die vierte Formhälfte 9 darstellt, eingebracht werden. Da das Formteil 15 mittlerweile durch Abkühlen leicht geschrumpft ist, wird das dadurch gewonnene Volumen genutzt, um seitlich in diesem das zweite Medium 7 beim Schließen des dritten Formwerkzeugs 16, welches durch die dritte Formhälfte 8 und die zweite Formhälfte 2, die jetzt als vierte Formhälfte 9 verwendet wird, gebildet wird, zu verprägen. Die Lackabdichtung erfolgt hier über elastische Elemente in der Trennebene der zweiten Formhälfte 3 und der dritten Formhälfte 8.
Wird nur ein einseitig beschichtetes Formteil 15 gewünscht, dann wird das Formteil 15 bereits in 5k aus der zweiten Formhälfte 3 entnommen.
In der 5m sind wiederum alle Formwerkzeuge geschlossen und es wird nun auch das zweite Medium 7 geprägt und vernetzt. Entsprechend der Darstellung in der 5n werden die Formwerkzeuge nun geöffnet und das beidseitig beschichtete Formteil 15 kann entnommen werden, wie das in der 5o dargestellt ist.
Wie die 5a bis 5o zeigen, ist auf die dargestellte Art und Weise eine kontinuierliche Herstellung von beidseitig beschichteten Formteilen möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bringen, wie bereits erwähnt, mehrere Vorteile mit sich. So kann auf dem beschichteten Formteil der Anspritzpunkt für das Medium entfallen, indem die Beschichtung nicht wie herkömmlich durch eine Zuleitung in einer der Formhälften, sondern durch lokales Aufbringen bei geöffnetem Formwerkzeug aufgetragen wird. Zudem besteht durch die Erfindung eine deutliche größere Designfreiheit bei der Konstruktion der Bauteile, da die Kavitäten, mit denen die Beschichtungen aufgetragen werden, nahezu beliebig ausgestaltet werden können. Durch die Verwendung von Glas bei den Formhälften, die für das Auftragen der Beschichtung zuständig sind, wird außerdem eine bessere Oberflächengüte erreicht, als das bei der Verwendung beispielsweise von Stahl der Fall wäre. Durch den Laser, der bevorzugt zum Aushärten der Beschichtung eingesetzt wird, ist außerdem ein schnelles und lokal scharf begrenztes Aushärten möglich. Die bereits angesprochene, größere Designfreiheit zeigt sich auch darin, dass durch die Mehrfachbeschichtung bzw. die kombinierbaren Beschichtungen Lichteffekte möglich sind oder 3D-Informationen in die Beschichtung integriert werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere von Vorteil, dass es keinen expliziten Lackanspritzpunkt oder einen Anspritzpunkt für das aufzubringende Medium mehr geben muss. Dieser Lackanspritzpunkt/Medienanspritzpunkt ist beim Stand der Technik immer am Formteil sichtbar, so dass eine kleine Stelle entsteht, die optisch nicht gut aussieht. Diesen Nachteil vermeidet die Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich mit Vorteil auch für nicht ebene Oberflächen des Formteils, beispielsweise strukturierte oder konturierte, d. h. 3-dimensional verformte oder 3-dimensional verlaufende Oberflächen verwenden. Versuche haben ergeben, dass mit der Erfindung Schrägflächen in einem Winkel bis nahezu 99° – insbesondere bei Verwendung eines Lackes, der bei der Vernetzung schrumpft, sind sogar 90° möglich – relativ zur Werkzeugbewegungsachse noch zuverlässig mit Medium/Lack benetzt werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können seitliche 90°-Flächen, z. B. durch Vergrößern der Lackkavität (bzw. des ersten und des zweiten Teilvolumens), beschichtet werden.
Dadurch, dass es möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung Formhälften aus Glas oder anderen Nicht-Stahlmaterialien zu verwenden, ergeben sich bessere Oberflächengüten des beschichteten Formteils.
Wie beschrieben können in einfacher Art und Weise weiterhin unterschiedliche Strukturen im Bauteil und im Lack für Lichteffekte oder 3D-Informationen realisiert werden.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, die zur Aushärtung des Mediums/Lackes erforderliche Wärmeenergie durch eine exotherme Reaktion zur Verfügung zu stellen, wodurch eine erhebliche Energieeinsparung ermöglicht ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eröffnet durch Variabilität der Einsetzbarkeit geeigneter Materialien für Medien/Lacke hier einen erweiterten Spielraum, so dass z. B. auch exotherm aushärtende 2-Komponentenlacke ohne Weiteres hierfür geeignet sind.
Eine besonders schnelle Gesamtzykluszeit lässt sich realisieren, wenn erfindungsgemäß die Aushärtung parallel zum Spritzguss über einen Laser durch den transparenten Teil eines Formwerkzeugs (z. B. aus Glas oder anderweitig für Licht transparentem Material) hindurch erfolgt. Hierdurch ist es möglich, die Aushärtezeit sicher kürzer zu halten als die Zykluszeit des Spritzgusses, so dass das Beschichten im erfindungsgemäßen Verfahren keine Auswirkungen auf die Gesamtzykluszeit hat.
Ohne Weiteres ist es auch denkbar, eine Mehrtachbeschichtung ein und desselben Formteils mit gleichen oder unterschiedlichen Medien vorzunehmen.
Ohne Weiteres können auch vor dem Aufbringen der Medien-/Lackschicht durch Sputtern die Oberflächen des Formteils derart vorbereitet werden, dass auf dem gespritzten Formteil oder den ebenen Flächen des Formteils eine Reflexionsschicht aufgebracht werden kann, die dann durch das Medium/durch den Lack als Schutzschicht für die Reflexionsschicht geschützt wird.
Als besonders vielversprechend zeigt sich die Erfindung für die Erzeugung von blendfreien Oberflächen auf Kunststoffen/Kunststoffteilen für die Verwendung im Automobilbau, insbesondere für Einsatzzwecke im Bereich des Armaturenbretts, wie z. B. Tachoabdeckungen oder Instrumentenabdeckungen allgemein.
Bezugszeichenliste

1: Spritzgussmasse
2: erste Formhälfte
3: zweite Formhälfte
4: erstes Formwerkzeug
5: zweites Formwerkzeug
6: erstes Medium
7: zweites Medium
8: dritte Formhälfte
9: vierte Formhälfte
10: Würfeleinrichtung
11: erste Würfelseite
12: zweite Würfelseite
13: dritte Würfelseite
14: vierte Würfelseite
15: Formteil
16: drittes Formwerkzeug
19: erste Kavität
20: zweite Kavität
21: Drehteller
22: erste Arbeitsposition
23: zweite Arbeitsposition
α: erster Winkel
β: zweiter Winkel
R1: Wirkrichtung
R2: Wirkrichtung
X: Achse
Y: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007021679 A1 [0004]
EP 1237701 B1 [0006]
US 2008/0012176 A1 [0007]
EP 1810811 A1 [0008]
WO 2010/031710 A1 [0009]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) mit folgenden Schritten: a. Einspritzen einer Spritzgussmasse (1) in ein zumindest aus einer ersten Formhälfte (2) und einer zweiten Formhälfte (3) bestehendes erstes Formwerkzeug (4) unter Druck; b. Zumindest teilweises Aushärten der Spritzgussmasse (1) zur Bildung eines Formteils (15); c. Öffnen des ersten Formwerkzeugs (4); d. Lokales Aufbringen einer definierten Menge eines ersten Mediums (6) auf dem Formteil (15) oder in eine erste Kavität (19) einer dritten Formhälfte (8), wobei die zweite Formhälfte (3) und die dritte Formhälfte (8) ein zweites Formwerkzeug (5) bilden; e. Zuordnen der zweiten Formhälfte (3) zusammen mit dem Formteil (15) zur dritten Formhälfte (8) sowie Schließen des zweiten Formwerkzeugs (5), wobei das erste Medium (6) durch das Schließen über eine Oberfläche des Formteils (15) prägend verteilt wird; f. Zumindest teilweises Vernetzen bzw. Aushärten des ersten Mediums (6) zur Bildung eines beschichteten Formteils (15); g. Entformen des beschichteten Formteils (15); wobei eine Wirkrichtung (R2) des zweiten Formwerkzeuges um einen ersten Winkel (α) und/oder parallel zu einer Wirkrichtung (R1) des ersten Formwerkzeuges versetzt ist.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Entformen des Formteils (15) aus der zweiten Formhälfte (3) und vor dem endgültigen Entformen des Formteils (15) noch die folgenden Schritte umfasst: f1. Aufbringen einer definierten Menge eines zweiten Mediums (7) auf das Formteil (15) oder in eine zweite Kavität (20) einer vierten Formhälfte (9) eines dritten Formwerkzeugs (16), wobei das dritte Formwerkzeug (16) aus der dritten Formhälfte (8) und der vierten Formhälfte (9) gebildet wird; f2. Zuordnen der dritten Formhälfte (8) zusammen mit dem Formteil (15) zur vierten Formhälfte (9) sowie Schließen des dritten Formwerkzeugs (16), wobei das zweite Medium (7) durch das Schließen über eine Oberfläche des Formteils (15) prägend verteilt wird; f3. Zumindest teilweise Aushärten des zweiten Mediums (7) zur Bildung eines beschichteten Formteils (15) mit einer weiteren Beschichtung.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Formwerkzeug (5) in geschlossenem Zustand ein Volumen besitzt, welches dem des Formteils (15) zuzüglich eines ersten Teilvolumens entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Formwerkzeug (16) in geschlossenem Zustand ein Volumen umfasst, welches dem des Formteils (15) zuzüglich eines ersten Teilvolumens zuzüglich eines zweiten Teilvolumens entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Formhälfte (8) und/oder die vierte Formhälfte (9) zum Abdichten am Außenrand kleiner als das Formteil (15) ist.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (6) und das zweite Medium (7) auf gegenüberliegenden Seiten des Formteils (15) aufgetragen werden, so dass eine einseitige (vorderseitige) und anderseitige (rückseitige) Beschichtung erfolgt.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche des Formteils (15) am Ende des Verfahrens aus dem ersten Medium (6) und dem zweiten Medium (7) gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (7) zumindest teilweise auf das erste Medium (6) aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (6) und/oder das zweite Medium (7) ein Lack bzw. ein Reaktivsystem ist, welches unter Temperatur und/oder UV vernetzt wird und nach der Vernetzung nicht mehr wandhaftend zum Stahl ist.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Formhälfte (3, 8, 9) des zweiten Formwerkzeugs (5) und/oder des dritten Formwerkzeuges (16) aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen, insbesondere aus transparentem, für Licht bzw. UV-Strahlen durchlässigem Material, insbesondere aus Glas besteht.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise Aushärten des ersten Mediums (6) und/oder des zweiten Mediums (7) mittels Laser und/oder UV-Licht und/oder zumindest partiellem Heizen einer der Formhälften (3, 8, 9) oder aller Formhälften (3, 8, 9) erfolgt.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtenergie zum teilweise Aushärten des ersten Mediums (6) und/oder des zweiten Mediums (7) durch eine Formhälfte (3, 8, 9) des zweiten Formwerkzeugs (5) und/oder des dritten Formwerkzeugs (16) geleitet wird.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (15) nach dem Aushärten des ersten Mediums (6) und/oder des zweiten Mediums (7) wenigstens eines Bearbeitungsschritts, insbesondere einer spanenden Bearbeitung, in einer Kunststoffspritzgussmaschine unterzogen wird.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (15) durch das erste Formwerkzeug (4) und/oder das zweite Formwerkzeug (5) und/oder das dritte Formwerkzeug (16) eine, insbesondere oberflächige, Strukturierung erhält.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise gleichzeitig an zumindest einer Würfelseite (11, 12, 13, 14) das Einspritzen der Spritzgussmasse (1) und an einer anderen Würfelseite (11, 12, 13, 14) das Aufbringen des ersten Mediums (6) und/oder des zweiten Mediums (7) erfolgt.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das erste Medium (6) und/oder das zweite Medium (7) auf das Formteil (15) bzw. in eine Kavität (19, 20) aufgetragen wird, die Formhälfte (8, 9) zur thermischen Vernetzung bereits eine erhöhte Temperatur hat, z. B. eine Temperatur die für die Vernetzung notwendig ist.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Prozesse bzw. Schritte bezüglich verschiedener Formteile (15) parallel ablaufen.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Formteils (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Lackauftragen direkt auf das Formteil (15) oder in eine der Kavitäten (19, 20) kein Lackanspritzpunkt auf dem Formteil (15) entsteht.
Vorrichtung, insbesondere Kunststoffspritzgussmaschine zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Würfeleinrichtung (10) aufweist, wobei die Würfeleinrichtung (10) eine erste Würfelseite (11) mit einer zweiten Formhälfte (3) und eine zweite Würfelseite (12) mit einer vierten Formhälfte (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Würfeleinrichtung (10) eine dritte Würfelseite (13) mit einer zur zweiten Formhälfte (3) baugleichen Formhälfte und eine vierte Würfelseite (14) mit einer zur vierten Formhälfte (9) baugleichen Formhälfte aufweist.
Vorrichtung nach einem dem Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (X) der Würfeleinrichtung (10) horizontal angeordnet ist.
Vorrichtung, insbesondere Kunststoffspritzgussmaschine zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Drehteller (21) aufweist, wobei der Drehteller (21) eine erste Arbeitsposition (22) mit einer zweiten Formhälfte (3) und eine zweite Arbeitsposition (23) mit einer vierten Formhälfte (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (Y) des Drehtellers (21) vertikal angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Arbeitsposition (22) und die zweite Arbeitsposition (23) in einem zweiten Winkel (β) um die Drehachse (Y) des Drehtellers (21) angeordnet sind.