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Im heutigen Fahrzeugbau werden mehrfarbige Kunststoffbauteile für die Innenverkleidung der Fahrgastzelle verwendet. Um den Anforderungen an zeitgenössischem Design Rechnung zu tragen, werden bevorzugt einteilige Kunststoffbauteile verwendet, die mehrfarbig ausgebildet sind. Zur Herstellung dieser Bauteile werden Verfahren angewendet, bei denen Dünnfilmfolien mit einem schäumbaren Kunststoff hintersprüht werden. Dabei werden in einer Werkzeugform die Folie bzw. die Folien an eine Oberfläche angesaugt und anschließend mit schäumfähigen Kunststoff, beispielsweise mit Polyurethanschaum hintersprüht.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Zweifarbigkeit bei diesen Folientechniken nur bedingt umsetzbar ist und nur mit linear verlaufenden Trennlinien zwischen, den Farben realisiert werden kann. Darüber hinaus gestaltet sich die Realisierung eines definierten Farbübergangs im Sichtbereich der Fahrzeuginsassen aufgrund der Positionierung nur sehr schwierig. Deshalb werden im Stand der Technik Blenden verwendet, welche die Farbtrennlinie überdecken, um ein ansprechendes Design für den Fahrzeuginsassen zu realisieren Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Bauteilen anzugeben, mit dem bzw. der auf besonders einfache Weise auch komplexe Verläufe der Farbtrennlinie realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen vor, mit einer ersten Werkzeughälfte, die eine erste Matrize aufweist, mit der ein erster Abschnitt einer Folie aufnehmbar ist und einer zweiten Werkzeughälfte, die eine zweite Matrize aufweist, mit der ein zweiter Abschnitt einer Folie aufnehmbar ist, wobei die Werkzeughälften Vakuumformwerkzeuge sind, mit denen die Abschnitte der Folien an eine Oberfläche der Matrize ansaugbar sind. Darüber hinaus kann zwischen den Werkzeughälften eine Halteeinrichtung anordenbar sein, mit der ein vorbestimmter, dritter Abschnitt der Folie fixierbar ist.
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Weiterhin kann an beiden Werkzeughälften ein gemeinsames Hilfswerkzeug anordenbar sein, mit dem die Folie in einer vorbestimmten Position bezüglich der Werkzeughälften ausrichtbar ist. Das Hilfswerkzeug kann dabei in Umfangsrichtung der Matrizen anordenbar sein, so dass eine durch die Matrizen gebildete Kavität vergrößert wird. Dabei bilden Abschnitte der Oberflächen der Matrizen und Abschnitte der Oberfläche des Hilfswerkzeugs die vergrößerte Kavität.
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Im Sinne der Erfindung ist Matrize als eine Vertiefung bzw. dreidimensionale Einbuchtung im Formwerkzeug bzw. in der Werkzeughälfte aufzufassen.
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Diese Ausbuchtung bildet zumindest einen Teil einer Kavität der Werkzeughälfte aus. Ein an der Werkzeughälfte angeordnetes Hilfswerkzeug vergrößert die Oberfläche der Kavität.
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Weiterhin können die Hilfswerkzeuge, die Halteeinrichtung und/oder die Werkzeughälften Unterdruckkanäle aufweisen, wobei die Folie mittels Unterdruck an die Hilfswerkzeuge, die Halteeinrichtung und/oder die Werkzeughälften fixierbar ist.
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Darüber hinaus können die Werkzeughälften relativ zueinander beweglich angeordnet sein und zumindest aus einer ersten vorbestimmten Position, in der die Oberflächen der beiden Matrizen und eine Oberfläche der Halteeinrichtung zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden, in eine zweite vorbestimmte Position, in der die Oberflächen der beiden Matrizen und eine Oberfläche der Halteeinrichtung zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden, und umgekehrt überführbar sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann demnach zwei vorbestimmte Positionen einnehmen. In einer ersten vorbestimmten Position bilden die Werkzeughälften bzw. die Matrizen dieser Werkzeughälften eine Hauptmatrize aus. In der zweiten vorbestimmten Position wird die Hauptmatrize aus den Oberflächen der Matrizen der Werkzeughälften und einer Oberfläche einer Halteinrichtung gebildet, die sich zwischen den Werkzeughälften befindet. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Hauptmatrize aus den Matrizen der Werkzeughälften, einer Oberfläche der zwischen den Werkzeughälften angeordneten Halteeinrichtung und einer Oberfläche des Hilfswerkzeugs gebildet.
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Weiterhin kann die Folie mindestens zweifarbig ausgebildet sein, wobei der erste Abschnitt eine erste Farbe aufweist und der zweite Abschnitt eine zweite Farbe aufweist.
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Weiterhin kann die Folie einen dritten, mittleren Bereich aufweisen, in dem sie zweifarbig ausgebildet ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen mit den Schritten Bereitstellung einer ersten Werkzeughälfte, die eine erste Matrize umfasst, wobei die Matrize eine Oberfläche aufweist, Bereitstellen einer zweiten Werkzeughälfte, die eine zweite Matrize aufweist, wobei die zweite Matrize eine zweite Oberfläche umfasst, Anordnung einer Halteeinrichtung zwischen den Werkzeughälften, Fixierung einer Folie mittels Unterdruck an der Halteeinrichtung, Ansaugen der Folie an die Oberflächen der Matrizen, Entfernen der Halteeinrichtung, Überführen der Werkzeughälften in eine erste vorbestimmte Position, in der die beiden Matrizen zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden und Hintersprühen der Folie mit einem schäumfähigen Kunststoff. Dabei kann nach dem Ansaugen der Folien an die Matrizen ein Trennschritt durchgeführt werden, bei dem die Folie beschnitten wird, entlang der Randbereiche der Matrizen bzw. antlang der Randbereiche der Halteeinrichtung.
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In einer Alternative des Verfahrens, kann ein gemeinsames Hilfswerkzeug an beiden Werkzeughälften angeordnet werden und die Folie mittels Unterdruck an dem Hilfswerkzeug fixiert werden, um die Folien gegenüber den Werkzeughälften auszurichten. Nach dem Ansaugen der Folien an die Matrizen kann ebenfalls ein Trennschritt durchgeführt werden, bei dem die Folie beschnitten wird, entlang der Randbereiche der Matrizen. Anschließend kann das Entfernen des Hilfswerkzeugs und der Halteeinrichtung erfolgen.
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Weiterhin kann vor und/oder bei dem Überführen der Werkzeughälften in die erste vorbestimmte Position, in der die beiden Matrizen zumindest einen Abschnitt einer Hauptmatrize bilden, Randbereiche der Folie vorab oder simultan beim Überführen in die erste vorbestimmte Position beschnitten werden.
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Darüber hinaus kann die Folie mit Hilfe eines Spannrahmens vorpositioniert werden, bevor sie mittels Unterdruck an das Hilfswerkzeug, die Halteeinrichtung und/oder die Werkzeughälften angesaugt wird.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Folie mit mindestens einer Heizeinrichtung temperiert werden, bevor sie an die Oberfläche der Matrizen, die Oberfläche der Halteeinrichtung und/oder das Hilfswerkzeug angesaugt wird.
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Im Folgenden sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung kurz zusammengefasst werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren können mehrfarbige Folien in einem Zug in ein Werkzeug eingezogen werden, so dass auf besonders einfache Weise mehrfarbige Kunststoffbauteile herstellbar sind, deren Farbtrennung linear oder komplex mit einem nicht linearen. Verlauf der Farbtrennlinie realisierbar sind. Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, dass auf Überdeckungselemente zum Kaschieren einer unsauberen Farbtrennung verzichtet werden kann. Dadurch können mehrfarbige Kunststoffbauteile in Folientechnik auch im Sichtbereich eines Fahrzeuginsassen realisiert werden. Darüber hinaus wird auch der Folienverlust gegenüber getrennten Werkzeugen reduziert, wodurch sich ein besonders nachhaltiges Verfahren ergibt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
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Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten vorbestimmten Position,
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2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten vorbestimmten Position gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer dritten vorbestimmten Position gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten vorbestimmten Position gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
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5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer dritten vorbestimmten Position gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von mehrfarbigen Kunststoffbauteilen abgebildet, die eine erste Werkzeughälfte 11 und eine zweite Werkzeughälfte 12 umfasst. Die Werkzeughälften stehen in berührendem Kontakt entlang einer Trennebene A-A. Jede Werkzeughälfte 11, 12 weist eine Matrize 11a, 12a auf. Die Matrize 11a der ersten Werkzeughälfte 11 weist an ihrer Oberfläche einen Abschnitt 11b auf. Diese Oberfläche ist dafür vorgesehen, eine Folie 14 berührend aufzunehmen. Auf dem Abschnitt. der Oberfläche 12b der zweiten Werkzeughälfte 12, kann ein zweiter Abschnitt der Folie 14 zur Anlage kommen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der die Werkzeughälften 11, 12 in eine zweite vorbestimmte Position überführt wurden. Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden beim Überführen der Werkzeughälften 11, 12 aus der vorbestimmten Position in die zweite vorbestimmte Position diese zueinander translatorisch verschoben und rotatorisch, um einen vorbestimmten Winkel, beispielsweise 30°, verdreht. Bei der Rotation kann es sich um eine reine Drehbewegung und/oder um eine Schwenkbewegung handeln, um eine Achse, die senkrecht zur Zeichenebene der 1 bis 5 ausgerichtet ist. Nachdem die Werkzeughälften 11, 12 in die zweite vorbestimmte Position überführt wurden, wird ein Hilfswerkzeug 13 daran angeordnet. Dieses Hilfswerkzeug 13 steht in berührendem Kontakt mit den äußeren Randflächen der Werkzeughälften 11, 12. Zusätzlich wird eine Halteeinrichtung 15 in dem Bereich zwischen den zwei Werkzeughälften 11, 12 angeordnet. Folglich bildet sich eine Kavität 16' aus, deren seitliche Begrenzung durch die Oberflächen 11b, 12b der Matrizen 11a und 12a, der Oberfläche 15b der Halteeinrichtung 15 sowie eines Oberflächenabschnitts des Hilfswerkzeugs 13 gebildet wird.
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Wenn sich die Vorrichtung in dieser Position befindet, wird eine Folie 14 im Bereich oberhalb der Vorrichtung positioniert. Die Oberfläche 14 weist einen ersten Abschnitt 14a und einen zweiten Abschnitt 14b auf. Diese Abschnitte unterscheiden sich in der Farbgebung der Folie voneinander. Wahlweise kann die Folie 14 auch aus zwei Einzelfolien 14a und 14b gebildet werden, die unterschiedlich gefärbt sind und vor dem Aufbringen zur Folie 14 gefügt wurden. Erfindungsgemäß kann diese Folie mit Hilfe von Unterdruck an das Hilfswerkzeug 13, die Halteeinrichtung 15 sowie die Werkzeughälften 11, 12 angesaugt werden. Bevorzugt wird wie in 2 gezeigt die Folie 14 zuerst an das Hilfswerkzeug 13 angesaugt. Anschließend kann die Folie 14 durch Erzeugung eines zweiten Unterdrucks gleichzeitig an die Oberflächen 11b, 12b und 15b angesaugt werden, wodurch sich die Folie 14 an die Kontur der Werkzeughälften 11, 12 anlegt.
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Zur Unterstützung der Folienanlage an den Werkzeughälften 11, 12 soll im Folgenden mit Bezug zur 3 eine erste Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Wie in 3 ersichtlich, wird nach dem oder zeitgleich mit dem Ansaugen der Folie an das Hilfswerkzeug 13 die Halteeinrichtung 15 durch eine translatorische Bewegung näher zur Folie hin verschoben. Anschließend wird in diesem Bereich die Folie 14 an die Oberfläche 15b der Halteeinrichtung angesaugt. Danach wird die Halteeinrichtung 15 durch eine translatorische Bewegung entlang des schwarzen Doppelfalz wieder nach unten bewegt und dadurch in die Position überführt, die sie in 2 aufweist. Im Unterschied zur Darstellung in 2, bleibt der mittlere dritte Bereich 14 der Folie 14, in dem die zwei Farbverläufe aufeinander treffen, an der Oberfläche 15b haften, wodurch die Folie sich insgesamt nach unten hin absenkt. Durch weitere Erzeugung von, Unterdruck werden die übrigen Bereiche 14a bzw. 14b der Folie 14 jeweils an die Oberfläche 11b bzw. 12b angesaugt.
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Der in 3 dargestellte Zwischenschritt ist jedoch nur alternativ durchführbar. Die Erfindung kann auch ohne den Schritt vollzogen werden.
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Nach dem vollständigen Ansaugen der Folie 14 an die Oberflächen 11b, 15b und 12b wird im Bereich der Trennlinie B-B und der Trennebene C-C, vgl. 2, die Folie aufgeschnitten. Dies kann mittels Wasserstrahlschneiden, Ultraschall oder durch mechanisches Schneiden mit scharfen Kanten erfolgen. Zur Unterstützung der Schneidwirkung kann dabei die Vorrichtung leicht geöffnet werden, beispielsweise durch geringfügiges Auseinanderverfahren der Werkzeughälften 11, 12 sowie der Halteeinrichtung 15. An den Randbereichen R, in denen das Hilfswerkzeug 13 und die Werkzeughälften 11, 12 aufeinanderstoßen, wird die Folie 14 ebenfalls beschnitten. Danach wird das Hilfswerkzeug 13 und die Halteeinrichtung 15 von den Werkzeughälften 11, 12 entfernt, so dass die Werkzeughälften 11, 12 in die erste vorbestimmte Position, wie in 1 dargestellt, überführt werden können. Entlang der Trennebene A-A aus 1 entsteht somit eine diskrete Farbtrennung in der Folie des fertigen Bauteils. Zur Fertigstellung des Bauteils wird nun auf eine zugängliche Seite der Folie, die einer Rückseite entspricht, ein schaumfähiger Kunststoff, insbesondere ein aromatischer Polyurethanschaum aufgesprüht. Dies erfolgt bevorzugt selbsttätig mit Hilfe einer robotergesteuerten Sprüheinrichtung. Abschließend wird das fertige Bauteil aus der Vorrichtung entformt, wobei zur Unterstützung der Entformung die Werkzeughälften 11 und 12 leicht auseinander bewegt werden können.
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In den 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass die Werkzeughälften 11, 12 bei der Überführung von der ersten vorbestimmten Position in eine zweite vorbestimmte Position nur translatorische, lineare Bewegungen durchführen, ohne rotatorischen Schwenk- oder Drehanteil. Analog zur ersten Ausführungsform der Erfindung gibt es eine erste Variante, in der die Halteeinrichtung 15 feststeht, wobei deren Oberfläche 15b im Wesentlichen stetig und bündig mit den Oberflächen 11b und 12b verläuft. In der zweiten Variante, die in 5 dargestellt ist, ist die Halteeinrichtung 15 entlang des schwarzen Doppelpfeils translatorisch verschiebbar gelagert und kann somit näher an die Folie 14 verfahren werden, um eine kontrolliertere Ansaugung und damit ein kontrollierteres Anlegen der Folie 14 an die Oberflächen 15b, 11b und 12b zu ermöglichen.
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Um den Unterdruck zwischen der Folie und der Vorrichtung zu erzeugen, sind in den Werkzeughälften 11, 12, in dem Hilfswerkzeug 13 sowie in der Halteeinrichtung 15 Unterdruckkanäle vorgesehen. Diese sind als Vakuumbohrungen ausgebildet und dazu geeignet, einen unterhalb, d. h. in den 1 bis 5 unterhalb der Vorrichtung aufgebauten Unterdruck in den Bereich oberhalb der Vorrichtung zwischen eine Oberseite der Vorrichtung und eine Unterseite der Folie zu leiten. Bei den Werkzeughälften 11, 12 handelt es sich um sogenannte Galvanoformen bzw. Vakuum-Galvanoformen, die vorzugsweise aus einem nickelhaltigen Material aufgebaut sind.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen, kann durch einen Versatz der Halteeinrichtung 15 bzw. des Hilfswerkzeugs 13 im Übergangsbereich von der Oberfläche 11b zur Oberfläche 15b bzw. von der Oberfläche 15b zur Oberfläche 12b eine diskrete Kante erzeugt werden Durch diese Kante kann damit eine besonders gute Schneidwirkung durch die Folie, nach deren Ansaugung an die Oberflächen realisiert werden. Beim Entfernen der Halteeinrichtung 15 wird auch der daran haftende Abschnitt der Folie 14 aus der Vorrichtung entfernt.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen stets das Hilfswerkzeug 13 beschrieben wird, ist dessen Verwendung nur optional. Es kann auf das Hilfswerkzeug 13 verzichtet werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen, da die äußeren Randbereiche der Folie 14 auch direkt über die Werkzeughälften 11, 12 bzw. deren Kavitäten 11a, 12a ausgebildet werden können. Die beschriebenen Alternativen der Vorrichtung und des Verfahrens funktionieren dann gänzlich ohne das Hilfswerkzeug 13
