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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
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Spritzgießmaschinen zur Herstellung eines Kunststoffformteils mit einem Träger aus einem Thermoplasten und mit einer Trägerbeschichtung aus Polyurethan sind aus der Praxis bekannt. Das resultierende, aus zwei Kunststoffkomponenten hergestellte Kunststoffformteil wird nach einem Zweikomponentenspritzgießverfahren mittels zweier Kavitäten der Spritzgießmaschine gefertigt. In einer ersten Kavität, die von einer ersten Werkzeugeinheit und einer zweiten Werkzeugeinheit gebildet ist, wird der Träger aus einem thermoplastischen Kunststoffwerkstoff hergestellt. Damit ist ein den Träger bildender Vorformling gefertigt. Anschließend wird die erste Kavität geöffnet, wobei der Vorformling an der ersten Werkzeugeinheit gehalten wird. Dann wird zur Ausbildung einer zweiten Kavität eine dritte Werkzeugeinheit gegen die erste Werkzeugeinheit gefahren, woraufhin ein duroplastischer Werkstoff, beispielsweise ein Polyurethanwerkstoff zur Ausbildung einer Beschichtung des Vorformlings in die zweite Kavität eingebracht wird. Die Abdichtung der zweiten Kavität erfolgt durch Anlage der dritten Werkzeugeinheit an dem Vorformling. Insbesondere wenn der Vorformling plattenartig ausgebildet ist, liegt stets eine umlaufende Kante des Vorformlings vor, die unbeschichtet bleibt. Dies ist unter anderem aus ästhetischen Gesichtspunkten nicht wünschenswert.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffformteils nach einem Zweikomponentenspritzgießverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 048 252 B3 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist von einem ersten Werkzeug mittels zweier Werkzeugeinheiten eine erste Kavität und von einem zweiten Werkzeug mittels zweier weiterer Werkzeugeinheiten eine zweite Kavität ausbildbar. Bei der Herstellung des Kunststoffformteils wird zunächst über eine Plastifizier- und Einspritzvorrichtung ein erster Werkstoff in die von dem ersten Werkzeug gebildete Kavität eingespritzt und zu einem Vorformling ausgehärtet. Anschließend wird mittels einer Wendeplatte der resultierende Vorformling umgesetzt, so dass mittels des resultierenden zweiten Werkzeugs ein zweiter Werkstoff an den Vorformling angespritzt werden kann. Der zweite Werkstoff kann als Beschichtung des Vorformlings aufgefasst werden.
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Aus der Druckschrift
EP 1 525 081 B1 ist ein Formpress-Verfahren zur Herstellung eines Trägers mit einer Kunststoffpresshaut bekannt. Der Träger, der ein Vorformling ist, wird hierbei nach einem Pressverfahren mit einer Kunststoffpresshaut versehen. Die Formmasse für die Presshaut kann in das hierfür eingesetzte Werkzeug eingespritzt werden. Bei dem resultierenden Bauteil übergreift die Kunststoff-Presshaut einen umlaufenden Rand des Trägers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend genannten Gattung zu schaffen, mittels der die Herstellung von Kunststoffformteilen mit einem verbesserten Erscheinungsbild möglich ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird mithin eine Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffformteils vorgeschlagen, die ein Spritzgießwerkzeug umfasst, mit dem eine erste Kavität, die von einer ersten Werkzeugeinheit und einer zweiten Werkzeugeinheit gebildet ist und die die Form eines aus einem ersten Kunststoffwerkstoff gefertigten Vorformlings definiert, und eine zweite Kavität ausbildbar sind, die von der ersten Werkzeugeinheit und einer dritten Werkzeugeinheit gebildet ist und die Form einer aus einem zweiten Kunststoffwerkstoff gebildeten Beschichtung des Vorformlings definiert. Die zweite Kavität ist derart ausgebildet, dass ein zumindest weitgehend umlaufender Rand des in der ersten Kavität geformten und in der zweiten Kavität angeordneten Vorformlings freiliegt.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung umfasst die erste Werkzeugeinheit einen Prägerahmen, der gegenüber einer Basis der ersten Werkzeugeinheit verfahrbar ist und dessen Position gegenüber der ersten Werkzeugeinheit bei jeweils geschlossener erster Kavität oder geschlossener zweiter Kavität durch Anlage an der zweiten Werkzeugeinheit bzw. der dritten Werkzeugeinheit bestimmt ist, wobei in einer der zweiten Kavität zugeordneten Position des Prägerahmens der zumindest weitgehend umlaufende Rand des in der ersten Kavität geformten Vorformlings zum Umspritzen mit dem zweiten Kunststoffwerkstoff freiliegt. In der ersten Position des Prägerahmens, die der ersten Kavität zugeordnet ist, wird somit der Rand bzw. die Kante des Vorformlings von dem Prägerahmen zusammen mit der zweiten Werkzeugeinheit definiert. In der zweiten Position des Prägerahmens, welche der zweiten Kavität zugeordnet ist, ist der Prägerahmen zurückgefahren. Damit liegt der Prägerahmen nicht mehr an dem an der ersten Werkzeugeinheit fixierten Vorformling an. Vielmehr liegt der Rand und der angrenzende Randbereich des Vorformlings auf der der dritten Werkzeugeinheit abgewandten Seite frei. Damit kann eine Überflutung des Vorformlings in dessen Randbereich derart erfolgen, dass der Rand von dem zweiten Kunststoffwerkstoff übergriffen ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist es möglich, einen Vorformling derart mit einem Überzug bzw. einer Beschichtung zu versehen, dass der zumindest weitgehend umlaufende Rand des Vorformlings von der Beschichtung übergriffen ist. Es verbleibt damit an dem resultierenden Kunststoffformteil keine sichtbare unbeschichtete Kante.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann so ausgelegt sein, dass sowohl der einen Träger darstellende Vorformling als auch die Beschichtung nach einem Standardspritzgießverfahren oder einem Spritzprägeverfahren hergestellt werden können.
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Um eine optimierte Abdichtung der zweiten Kavität gegenüber der Umgebung zu erreichen, weist eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung bei der Ausbildung der zweiten Kavität ein Dichtprofil auf, das die dritte Werkzeugeinheit gegenüber dem Prägerahmen abdichtet. Das Dichtprofil ist zweckmäßigerweise an der dritten Werkzeugeinheit angeordnet bzw. fixiert und liegt an dem Prägerahmen an. Das Dichtprofil ist beispielsweise aus einem Elastomer, einem Thermoplasten, einem Silikonwerkstoff oder dergleichen gefertigt. Denkbar ist es aber auch, dass die dritte Werkzeugeinheit ohne weitere Dichtmaßnahme direkt auf dem Prägerahmen aufliegt, so dass die Dichtung der zweiten Kavität durch einen Stahl-Stahl-Kontakt von Prägerahmen und dritter Werkzeugeinheit erfolgt.
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Der Prägerahmen ist beispielsweise mittels einer Federeinrichtung, einer hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Einrichtung oder einer mechanisch arbeitenden Einrichtung in Richtung der zweiten Werkzeugeinheit bzw. der dritten Werkzeugeinheit vorgespannt. Die Position des Prägerahmens gegenüber der Basis der ersten Werkzeugeinheit wird bei der Ausbildung der ersten Kavität durch die zweite Werkzeugeinheit und bei der Ausbildung der zweiten Kavität durch die dritte Werkzeugeinheit definiert, an welchem sich der Prägerahmen abstützt.
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Des Weiteren kann der Prägerahmen zur Optimierung der Abdichtung der zweiten Kavität mindestens eine Dichtleiste aufweisen, die bei der Ausbildung der ersten Kavität in diese ragt und eine korrespondierende Nut an dem Vorformling ausbildet und bei der Ausbildung der zweiten Kavität zum Teil aus dieser Nut ausgefahren ist. Es wird damit an der der dritten Werkzeugeinheit abgewandten Seite an dem Kunststoffträger bzw. Vorformling eine Dichtanordnung bereitgestellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat die Dichtleiste einen dreieckigen, einen trapezförmigen, einen rechteckigen oder einen halbkreisförmigen Querschnitt. Des Weiteren weist der Prägerahmen vorzugsweise mindestens zwei derartige Dichtleisten auf, so dass die resultierende Dichtgeometrie nach Art einer Labyrinthdichtung wirkt und sich der in die zweite Kavität eingebrachte zweite Kunststoffwerkstoff in Richtung der Dichtgeometrie verjüngt und ausläuft.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann es sich um eine Wendeplattenmaschine handeln. In diesem Falle sind vorzugsweise die zweite und die dritte Werkzeugeinheit an einer Wendeeinheit angeordnet.
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Um die Vorrichtung nach der Erfindung mit einer kurzen Taktung fahren zu können, umfasst sie vorzugsweise beidseits der Wendeeinheit jeweils eine erste Werkzeugeinheit. Damit ist es möglich, gleichzeitig auf der einen Seite einen Vorformling und auf der anderen Seite eine Beschichtung des Vorformlings herzustellen und nach einem Wenden der Wendeeinheit auf der jeweils anderen Seite einen Vorformling bzw. eine Beschichtung des Vorformlings herzustellen.
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Ein Kunststoffformteil, das mittels der Vorrichtung hergestellt ist, umfasst einen aus einem Vorformling gebildeten Träger aus einem ersten Kunststoffwerkstoff und eine Beschichtung aus einem zweiten Kunststoffwerkstoff, die den Träger überzieht. Der zweite Kunststoffwerkstoff übergreift einen zumindest weitgehend umlaufenden Rand des Trägers.
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Vorzugsweise ist der Träger aus einem Thermoplasten hergestellt. Die Beschichtung kann hingegen aus einem Duroplasten hergestellt sein und einen Kunststofflack darstellen. Der Kunststofflack kann aus einem Polyurethan- oder einem Polyureawerkstoff gefertigt sein.
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Des Weiteren zeichnet sich das Kunststoffformteil bei einer speziellen Ausführungsform dadurch aus, dass die Beschichtung eine Sichtfläche des Kunststoffformteils bildet und an der der Sichtfläche abgewandten Seite mindestens eine umlaufende Dichtnut ausgebildet ist. Die Dichtnut resultiert aus der oben beschriebenen Dichtleiste des Prägerahmens der Vorrichtung, mittels der das Kunststoffformteil hergestellt wird.
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Bei dem Kunststoffformteil handelt es sich um ein Zweikomponentenspritzgießteil, bei dem der Rand eines Trägers bzw. Vorformlings von der Beschichtung übergriffen bzw. überdeckt ist. Insbesondere kann es sich um ein Kraftfahrzeugaußenhautelement handeln, bei dem die Beschichtung aus einem duroplastischen Werkstoff, beispielsweise einem Polyurethan-Werkstoff oder einem Polyurea-Werkstoff gebildet ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
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1 eine stark schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung; und
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Anlagebereichs eines Prägerahmens der Vorrichtung.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, die als Spritzgießmaschine ausgebildet ist, mittels der ein Außenhautelement eines Kraftfahrzeuges nach einem Zweikomponentenspritzgießverfahren herstellbar ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine erste Werkzeuganordnung 12 und eine zweite Werkzeuganordnung 14. Die erste Werkzeuganordnung 12 ist aus einer ersten Werkzeugeinheit 16, die an einer ersten Aufspannplatte 18 angeordnet ist, und einer zweiten Werkzeugeinheit 20 gebildet, die an einer Wendeeinheit 22 angeordnet ist. Die erste Werkzeugeinheit 16 bildet bei der Ausbildung einer ersten Kavität 24 einen Werkzeugkern, wohingegen die zweite Werkzeugeinheit 20 eine Werkzeugmuldenseite bildet.
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Die zweite Werkzeuganordnung 14 umfasst eine Werkzeugeinheit 16', die entsprechend der ersten Werkzeugeinheit 16 ausgebildet ist bzw. eine zweite erste Werkzeugeinheit bildet und an einer Aufspannplatte 18' angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die zweite Werkzeuganordnung 14 eine dritte Werkzeugeinheit 26, die auf der der zweiten Werkzeugeinheit 20 abgewandten Seite der Wendeeinheit 22 ausgebildet ist. Entsprechend der ersten Werkzeuganordnung 12 bildet die Werkzeugeinheit 16' einen Werkzeugkern für eine zweite Kavität 28, wohingegen die dritte Werkzeugeinheit 26 eine Werkzeugmuldenseite dieser zweiten Kavität 28 bildet.
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Die ersten Werkzeugeinheiten 16 und 16' umfassen jeweils einen umlaufenden Prägerahmen 30 bzw. 30', der über eine jeweilige Federeinrichtung 32 bzw. 32' an einem jeweiligen Werkzeugkern 34 bzw. 34' gelagert ist, der eine Basis der jeweiligen Werkzeugeinheit ist.
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Zur Abdichtung der zweiten Kavität 28 weist die Werkzeugeinheit 26 ein umlaufendes Dichtprofil 36 auf, über das sich der jeweilige Prägerahmen 30 bzw. 30' bei geschlossener Kavität 28 abstützt.
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Die Fertigung eines Kunststoffformteils mittels der Vorrichtung 10 erfolgt in nachfolgend beschriebener Weise, wobei in 2 die Wirkweise des Prägerahmens 30 bzw. 30' im Zusammenwirken mit den an der Wendeeinheit 22 angeordneten Werkzeugeinheiten 20 und 26 dargestellt ist.
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In einem ersten Fertigungsschritt wird in der durch die zweite Werkzeugeinheit 20 und die erste Werkzeugeinheit 16 bzw. 16' definierte Kavität 24 ein Vorformling 38 nach einem Spritzprägeverfahren gegebenenfalls in einer Kaskadenanspritztechnik gefertigt, der einen Träger des resultierenden Zweikomponentenkunststoffformteils darstellt. Zur Ausbildung des Vorformlings 38 liegt der Prägerahmen 30 bzw. 30' an einer Anlagefläche 40 der zweiten Werkzeugeinheit 20 an, durch welche die Trennebene der beiden Werkzeugeinheiten 16 bzw. 16' und 20 definiert ist. Der jeweilige Prägerahmen 30 bzw. 30' ist hierbei mittels der Federeinrichtung 32 bzw. 32' gegen die Anlagefläche 40 vorgespannt. In der Ebene der Anlagefläche 40 bildet sich beim Ausformen des Vorformlings 38 eine umlaufende Kante bzw. ein umlaufender Rand 42 aus, der die seitliche Begrenzung des Vorformlings 38 bildet. Gleichzeitig werden an der dem Formwerkzeug 20 abgewandten Seite durch zwei nebeneinander angeordnete, umlaufende Dichtleisten 44, die an der der Kavität 24 zugewandten Seite des Prägerahmens 30 bzw. 30' ausgebildet sind, an dem Vorformling 38 Dichtnuten 46 ausgebildet. Die Zufuhr des thermoplastischen Materials für den Vorformling erfolgt über die Seite des Werkzeugkerns 34 bzw. 34'. Damit besteht die Möglichkeit, komplexe Geometrien an dem Vorformling auszubilden.
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Nach der Ausbildung des Vorformlings 38 aus einem thermoplastischen Werkstoff wird die die Form des Vorformlings 38 definierende Kavität 24 durch Zurückfahren der Werkzeugeinheit 16 bzw. 16' geöffnet. Hierbei bleibt der gefertigte Vorformling 38 über seine Rückseite an der Werkzeugeinheit 16 bzw. 16' bzw. dem jeweiligen Werkzeugkern 34 bzw. 34' angeordnet.
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Anschließend wird die Wendeeinheit 22 um eine Drehachse 48 um 180° gedreht, woraufhin die Werkzeugeinheit 16 bzw. 16' gegen die Werkzeugeinheit 26 gefahren wird, so dass die zweite Kavität 28 zur Ausbildung einer Beschichtung 50 erzeugt wird. Hierbei liegt der Prägerahmen 30 bzw. 30' über das Dichtprofil 36 an einer Anlagefläche 52 der Werkzeugeinheit 26 an. Dadurch wird der Prägerahmen 30 bzw. 30' entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 32 bzw. 32' derart gegenüber der Basis 34 bzw. 34' der Werkzeugeinheit 16 bzw. 16' verschoben, dass der umlaufende Rand 42 des Vorformlings 38 freiliegt. Entsprechend werden die Dichtleisten 44, die jeweils einen trapezförmigen Querschnitt haben, teilweise aus den nach Art einer Mäandernut ausgebildeten Dichtnuten 46 des Vorformlings 38 ausgefahren. Durch die Geometrie der Dichtleisten 44 verjüngt sich der resultierende Spalt zwischen dem Prägerahmen 30 bzw. 30' und dem Vorformling 38 in Richtung der jeweiligen den Werkzeugkern darstellenden Basis 34 bzw. 34', so dass eine labyrinthartige Abdichtung der Kavität 28 in dieser Richtung gewährleistet ist.
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Anschließend kann in die Kavität 28 zur Ausbildung eines Polyurethan- oder Polyureaklarlacks ein entsprechender Werkstoff eingebracht werden. Dabei wird die gesamte Oberseite des Vorformlings 38, die der Werkzeugeinheit 26 zugewandt ist, mit dem Werkstoff überflutet. Des Weiteren werden der umlaufende Rand 42 und der an den umlaufenden Rand 42 angrenzende Randbereich des Vorformlings 38 in Richtung der Dichtleisten 44 mit dem Werkstoff überflutet. Damit resultiert ein Zweikomponentenkunststoffformteil, das einen aus dem Vorformling 38 gebildeten Träger aufweist, welcher mit einer Beschichtung versehen ist, die den umlaufenden Rand 42 übergreift.
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Einen gegebenenfalls störenden, unbeschichteten Rand weist das Formteil damit nicht auf. Das Spritzen der Beschichtung 50 erfolgt ebenfalls nach einem Spritzprägeprozess, wobei der Werkstoff über entsprechende Kanäle auf der Seite des Werkzeugkerns 34 bzw. 34' zu der Kavität für die Beschichtung 50 geführt wird. Sowohl die dem Werkzeugkern 34 zugeordnete Werkzeuganordnung 12 als auch die dem Werkzeugkern 34' zugeordnete Werkzeuganordnung 14 weisen also eine Spritzeinheit zum Ausformen des Vorformlings 38 aus einem Thermoplasten und einen Mischkopf für den Werkstoff der Beschichtung 50 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Werkzeuganordnung
- 14
- Werkzeuganordnung
- 16
- Werkzeugeinheit
- 18
- Aufspannplatte
- 20
- Werkzeugeinheit
- 22
- Wendeeinheit
- 24
- Kavität
- 26
- Werkzeugeinheit
- 28
- Kavität
- 30
- Prägerahmen
- 32
- Federeinrichtung
- 34
- Werkzeugkern/Basis
- 36
- Dichtprofil
- 38
- Vorformling
- 40
- Anlagefläche
- 42
- umlaufender Rand
- 44
- Dichtleiste
- 46
- Dichtnut
- 48
- Drehachse
- 50
- Beschichtung
- 52
- Anlagefläche
