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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung In-Mould-dekorierter Kunststoffformteile.
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Als In-Mould-Dekoration (IMD) wird ein Verfahren zum Dekorieren von Kunststoffspritzteilen bezeichnet, bei dem eine Dekorfolie in eine Spritzform eingelegt wird und sodann mit Kunststoff hinterspritzt wird. Herkömmlicherweise wird die Dekorfolie vor dem Einlegen in die Spritzform ausgestanzt und gegebenenfalls vorgeformt, wenn nicht ebene Flächen des Kunststoffspritzteils oder Teile mit komplizierten Geometrien dekoriert werden sollen.
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Neben Dekorelementen können auch Funktionselemente vorgesehen sein, insbesondere elektrische Funktionselemente, wie Antennen, Abschirmelemente, elektrische Schwingkreise, Widerstandselemente, Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI); Bedienelemente, insbesondere berührungssensitive Sensoren; Kombinationen aus unterschiedlichsten Funktionselementen, die dann eine funktionelle Gesamteinheit bilden, etc. In dem Zusammenhang ist zudem herauszustellen, dass auch andere Arten von Funktionselementen Einsatz finden können, zum Beispiel Funktionselemente, deren Eigenschaften sich beispielsweise durch nachgeschaltete chemische Reaktionen oder andere äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Druck, Temperatur, elektromagnetische Strahlung und/oder Felder ändern. Elektrische Funktionselemente werden vorzugsweise auf die Dekorfolie aufgedruckt und insbesondere anschließend mit einem galvanischen Überzug verstärkt. Bei sehr kleinflächigen Funktionselementen können Hilfskontaktstrukturen zur Flächenvergrößerung vorgesehen sein, um das Galvanisieren zu ermöglichen. Die Hilfskontaktstrukturen müssen vor dem Hinterspritzen entfernt werden.
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In der
WO 93/04 837 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Dekor einer Prägefolie dekorierten Kunststoffgegenstandes beschrieben. Ein zum Einspritzen von Kunststoff in die Form benötigter Kunststoffanguss wird vom Kunststoffgegenstand abgetrennt, bevor das Kunststoffmaterial aushärtet.
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Die
DE 102 56 827 A1 betrifft ein Verbundmaterial mit einem Dekor und einer Funktionsschicht sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Hierbei geht es um das In-Mold-Dekorieren eines Kunststoffformteils mit einem Dekor, in dem eine Trägerfolie mit einer Funktionsschicht hinterspritzt wird. In einem ersten Verfahrensschritt A wird von einer tiefgezogenen dekorierten Trägerfolie ausgegangen. Durch Ausstanzen wird das überstehende Material der Trägerfolie entfernt, sodass nur der benötigte dekorierte Teil der Trägerfolie verbleibt, Schritt B. Die so vorbereitete dekorierte Trägerfolie wird sodann in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und dort mit Kunststoff hinterspritzt, Schritt C. Man erhält das dekorierte Kunststoffformteil, und anschließend wird das dekorierte Kunststoffformteil noch mit einer Funktionsschicht versehen, Schritt D.
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Die
EP 2 133 188 A1 betrifft ein Spritzgussgerät und -verfahren. Das Spritzgießen erfolgt zweistufig. Ein erstes Spritzgussprodukt wird mit einem zweiten Spritzgussprodukt überzogen. Auf die Oberfläche des Spritzgussproduktes wird ein Dekor aufgebracht. Das Dekorieren des ersten Spritzgussprodukts erfolgt, indem ein mit Farbe überzogener Film abgerollt wird und gegen das erste Spritzgussprodukt gedrückt wird. Dann haftet ein Farbbereich an dem Spritzgussprodukt an. Der aufgerollte Film wird kontinuierlich zugeführt.
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Die
DE 197 29 486 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei dem gewünschten Kunststoffteil befinden sich in einem Kunststoffbett sogenannte Einlageeinzelteile. Diese sind im fertigen Zustand nicht miteinander verbunden. Um diese Einlageeinzelteile bereit zu stellen, wird zunächst ein Aufbau verwendet, in dem die Einlageeinzelteile durch Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Die Verbindungsstege werden in einem Formteil abgetrennt. Dieses Formteil ist so gebaut, dass die Einlageeinzelteile auch nach dem Ausstanzen der Verbindungsstege an dem ersten Formteil fixiert bleiben. Bei der in der
DE 197 29 486 A1 gezeigten Vorrichtung lässt sich hierbei über eine Welle eine Drehung um 180 Grad vollziehen, sodass die an dem Formteil haftenden Einlageeinzelteile in den Bereich eines Spritzgießwerkzeuges gelangen können, sodass anschließend ein Spritzgießen erfolgen kann und man das fertige Kombinationsteil erhält.
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Die
US 5 800 759 A veranschaulicht einen Formstanzvorgang, bei dem eine bandförmige Folie zugeführt wird.
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Die
DE 10 2004 036 171 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Dekor-Zierteils mit freigestelltem Symbol. Die Freistellung wird im Verfahren des Spritzgießens mithilfe eines Stanzstempels ermöglicht. Das Dekor-Zierteil wird in Form einer Platine eingelegt. Von der Platine wird ein Rand beschnitten. Hierbei wird ein Abfallstück erzeugt.
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Die
DE 10 2008 031 260 A1 betrifft ein Formverfahren, welches ein Multifunktionswerkzeug verwendet. In diesem Multifunktionswerkzeug sind voneinander getrennt ein Pressabschnitt zur mechanischen Umformung und ein Spritzgussabschnitt vorgesehen.
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Die
DE 69908740 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Flaschenkastens. Das Verfahren verwendet ein Spritzgusswerkzeug mit mehreren Baugruppen, in welches bei der Herstellung des Flaschenkastens ein bedrucktes Etikett eingelegt werden kann, welches beim Spritzgussvorgang auf dem entstehenden Flaschenkasten aufgebracht wird.
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Die
US 6 827 571 B2 offenbart eine Vorrichtung zum Spritzgießen. Die Vorrichtung umfasst mehrere Spritzstationen, in welchen unterschiedliche, aufeinander aufbauende Fertigungsschritte zur Herstellung eines Kunststoffteils durchgeführt werden können. Offenbart wird auch ein Verfahren, bei dem verschiedene Fertigungsschritte zeitlich parallel durchgeführt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur In-Mould-Dekoration anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung In-Mould-dekorierter Kunststoffformteile auf einer Fertigungseinrichtung, umfassend eine Dekorfolientransporteinrichtung, welche eine Abwickeltrommel und eine Aufwickeltrommel aufweist, zwischen denen eine Dekorfolie geführt ist und welche Mittel zur Steuerung der Drehbewegung der Abwickeltrommel und der Aufwickeltrommel aufweist, so dass die Dekorfolie sowohl während des Transports und als auch in den Transportpausen gespannt ist und mit einer Justiereinrichtung, welche eine Messeinrichtung zur Lagebestimmung von auf der Dekorfolie angeordneten Passermarken, eine Regelungseinrichtung und eine Stelleinrichtung umfasst und eine Formstanz- und Spritzgießeinrichtung, vorgeschlagen, , welche eine Formstanzeinrichtung und eine Spritzgießeinrichtung umfasst, die bewegungsverbunden ausgebildet sind wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a) Zuführen eines Dekorfolienabschnitts einer bandförmigen Dekorfolie, ,
- b) passergenaues Ausrichten des Dekorfolienabschnitts in der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung, , wobei der Dekorfolienabschnitt Passermarken aufweist, die von der Justiereinrichtung optisch als Lage-Istwerte erfasst werden und die Justiereinrichtung anhand dieser Informationen die räumliche Lage und/oder den Drehwinkel der Abwickeltrommel und/oder der Aufwickeltrommel so lange verstellt, bis die Differenz zwischen dem Lage-Istwert und einem Lage-Sollwert hinreichend klein ist,
- c) Schließen der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung,
- d) Anstanzen oder Ausstanzen eines Dekorfolienabschnitts aus der Dekorfolie,
- e) Umformen des Dekorfolienabschnitts zu einem Dekorfolienhohlkörper, wobei die Verfahrensschritte d) und e) in einem als Formstanzeinrichtung ausgebildeten Abschnitt der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung durchgeführt werden, wobei die Formstanzeinrichtung ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, zwischen denen die Dekorfolie anordenbar ist, und dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil senkrecht zu seiner Stirnfläche bewegbar sind/ist,
- f) Hinterspritzen des Dekorfolienhohlkörpers mit einem auf Spritzgießtemperatur erwärmten Kunststoffmaterial zur Ausbildung des Kunststoffformteils, wobei der Verfahrensschritt f) in einem als Spritzgießeinrichtung ausgebildeten Abschnitt der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung durchgeführt wird, wobei die Spritzgießeinrichtung ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei das erste Werkzeugteil eine Formausnehmung aufweist, die zur Aufnahme des Dekorfolienhohlkörpers ausgebildet ist, und das zweite Werkzeugteil einen Anspritzkanal für auf Spritzgießtemperatur erwärmtes Kunststoffmaterial aufweist oder umgekehrt, wobei die beiden ersten Werkzeugteile und sowie die zweiten Werkzeugteile und der kombinierten Formstanz- und Spritzgießeinrichtung bewegungsverbunden oder einstückig ausgebildet sind,
- g) Öffnen der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung,
- h) Entnahme des Kunststoffformteils,
wobei die Verfahrensschritte a), b) und h) parallel ausgeführt werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vier Verfahrensschritte in einer Fertigungseinrichtung durchführbar sind, nämlich passergenaues Ausrichten, Stanzen, Umformen und Hinterspritzen eines zum Dekorieren eines Kunststoffformteils vorgesehenen Dekorfolienabschnitts.
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Ein weiterer Vorteil kann sein, dass sehr dünne Dekorfolien mit einer Foliendicke im Bereich von 20 bis 150 µm, insbesondere von 20 bis 30 µm verarbeitet werden können.
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Es ist vorgesehen, dass die Justiereinrichtung eine Messeinrichtung zur Lagebestimmung von auf der Dekorfolie angeordneten Passermarken, eine Regelungseinrichtung und eine Stelleinrichtung umfasst. Die Messeinrichtung kann beispielsweise als optische Messeinrichtung ausgebildet sein.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Dekorfolientransporteinrichtung als Transporteinrichtung für eine bandförmige Dekorfolie ausgebildet ist. Die Dekorfolientransporteinrichtung kann in eine Fertigungsanlage zur Herstellung der Dekorfolie in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess integriert sein, so dass die Dekorfolie ohne Zwischenlagerung der oben beschriebenen Fertigungseinrichtung zugeführt wird. Die Dekorfolientransporteinrichtung kann weiter so ausgebildet sein, dass sie Dekorfolienreste von der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung abführt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Dekorfolientransporteinrichtung als Transporteinrichtung für eine blattförmige Dekorfolie ausgebildet ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Fertigungseinrichtung eine Heizeinrichtung umfasst, die bei geöffneter Formstanz- und Spritzgießeinrichtung zwischen der Dekorfolie und einem Werkzeugteil der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung anordenbar ist. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein und eine Temperatur-Mess- und Regelungseinrichtung zur Einstellung der für das Umformen der Dekorfolie optimalen Dekorfolientemperatur umfassen.
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Die Fertigungseinrichtung kann weiter eine Greifereinrichtung umfassen, die so ausgebildet ist, dass sie einen Dekorfolienhohlkörper und/oder das Kunststoffformteil ergreift und transportiert. Die Greifereinrichtung kann beispielsweise Roboterarme aufweisen, an denen Vakuumgreifer angeordnet sind.
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Es ist vorgesehen, dass die Formstanz- und Spritzgießeinrichtung eine Formstanzeinrichtung und eine Spritzgießeinrichtung umfasst, die bewegungsverbunden ausgebildet sind.
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Es ist vorgesehen, dass die Formstanzeinrichtung ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, zwischen denen die Dekorfolie anordenbar ist, und dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil senkrecht zu seiner Stirnfläche bewegbar sind/ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das erste Werkzeugteil als ein Stempel und das zweite Werkzeugteil als eine Matrize ausgebildet ist oder umgekehrt oder auch in beiden Werkzeugteilen Stempel als auch Matrizen angeordnet sind.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das erste Werkzeugteil ein Stanzmesser und das zweite Werkzeugteil eine Stanzunterlage aufweist oder umgekehrt oder auch Stanzmesser und Stanzunterlage in beiden Werkzeugteilen vorgesehen sind.
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Es ist vorgesehen, dass die Spritzgießeinrichtung ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei das erste Werkzeugteil eine Formausnehmung aufweist, die zur Aufnahme des Dekorfolienhohlkörpers ausgebildet ist, und das zweite Werkzeugteil einen Anspritzkanal für auf Spritzgießtemperatur erwärmtes Kunststoffmaterial aufweist oder umgekehrt. Die Werkzeugteile können mehrteilig aufgebaut sein, um beispielsweise Kunststoffformteile mit Hinterschneidungen herstellen zu können.
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Es ist vorgesehen, dass die Formstanz- und Spritzgießeinrichtung ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweisen, zwischen denen die Dekorfolie anordenbar ist, wobei das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil senkrecht zu ihrer/seiner Stirnfläche bewegbar sind/ist.
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Das erste Werkzeugteil kann eine Formausnehmung aufweisen, die zur Aufnahme eines ausgestanzten Dekorfolienteils ausgebildet ist, und das zweite Werkzeugteil kann einen Anspritzkanal für auf Spritzgießtemperatur erwärmtes Kunststoffmaterial aufweisen oder umgekehrt.
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Weitere Unteransprüche sind auf das Verfahren zur Herstellung In-Mould-dekorierter Kunststoffformteile gerichtet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte e) und f) gleichzeitig ausgeführt werden, wobei das auf Spritzgießtemperatur erwärmte Kunststoffmaterial einen Formstempel bildet. Das unter Spritzdruck stehende erwärmte flüssige Kunststoffmaterial erwärmt die Dekorfolie und presst sie in die Formausnehmung der Spritzgießeinrichtung. Es kann vorgesehen sein, das Anpressen durch Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Formausnehmung und der Dekorfolie zu verbessern, wobei ein weiterer Vorteil ist, dass Lufteinschlüsse vermieden werden, die zur Ausbildung von narbenförmigen Fehlstellen auf der Dekorseite führen können.
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Es ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte d) und e) in einem als Formstanzeinrichtung ausgebildeten Abschnitt der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung und der Verfahrensschritt f) in einem als Spritzgießeinrichtung ausgebildeten Abschnitt der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung durchgeführt werden. Von Vorteil ist, dass zwei Verfahrensschritte parallel ausführbar sind, wodurch der zeitliche Durchsatz der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung erhöht wird.
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Es ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte a), b) und h) parallel ausgeführt werden.
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Weiter können folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- ba) Erwärmen des der Formstanzeinrichtung zugeführten und passergenau ausgerichteten Dekorfolienabschnitts auf eine Umformtemperatur,
- ea) Öffnen der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung,
- eb) Entnehmen des Dekorfolienhohlkörpers aus der Formstanzeinrichtung und Einlegen des Dekorfolienhohlkörpers in die Spritzgießeinrichtung,
- ec) Schließen der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;
- 2a die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines ersten Verfahrensschritts;
- 2b die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines zweiten Verfahrensschritts;
- 2c die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines dritten Verfahrensschritts;
- 2d die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines vierten Verfahrensschritts;
- 2e die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines fünften Verfahrensschritts;
- 2f die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines sechsten Verfahrensschritts;
- 2g die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines siebenten Verfahrensschritts;
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;
- 4a die in 3 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines ersten Verfahrensschritts;
- 4b die in 3 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines zweiten Verfahrensschritts;
- 4c die in 3 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines dritten Verfahrensschritts;
- 4d die in 1 dargestellte Fertigungseinrichtung bei Ausführung eines vierten Verfahrensschritts;
- 5a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stanzmessers;
- 5b einen Ausschnitt der Dekorfolie mit Funktionsschicht in 2a;
- 5c die Dekorfolie in 5b mit einem Stanzloch;
- 5d einen Ausschnitt einer Dekorfolie mit Hilfskontaktstrukturen, die mit der Funktionsschicht verbunden sind;
- 5e die Dekorfolie in 5d mit einem Stanzloch;
- 5f das in 5c und 5e ausgestanzte Dekorfolienteil;
- 5g ein aus dem ausgestanzten Dekorfolienteil in 5f hergestelltes Kunststoffformteil;
- 6a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stanzmessers;
- 6b ein mit dem Stanzmesser in 6a ausgestanztes Dekorfolienteil;
- 6c ein aus dem ausgestanzten Dekorfolienteil in 6b hergestelltes Kunststoffformteil;
- 7a ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stanzmessers;
- 7b die Dekorfolie in 5d mit einem Stanzloch gemäß 7a;
- 7c ein mit dem Stanzmesser in 7a ausgestanztes Dekorfolienteil;
- 7d ein aus dem ausgestanzten Dekorfolienteil in 7c hergestelltes Kunststoffformteil.
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1 zeigt eine Fertigungseinrichtung 1 zur Herstellung dekorfolienbeschichteter Kunststoffformteile in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Die Fertigungseinrichtung 1 umfasst eine kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11, eine Dekorfolientransporteinrichtung 12 mit einer Justiereinrichtung 12j und eine Greifereinrichtung 13 zum Manipulieren von in der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 aus einer Dekorfolie 14 hergestellten Dekorfolienhohlkörpern 14k und/oder Kunststoffformteilen 15 sowie eine Heizeinrichtung 17. Ein die vorgenannten Komponenten aufnehmendes und verbindendes Gestell ist in 1 nicht dargestellt.
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Die Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 umfasst eine Formstanzeinrichtung 111 und eine Spritzgießeinrichtung 112, die bewegungsverbunden ausgebildet sind.
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Die Formstanzeinrichtung 111 weist ein erstes Werkzeugteil 111a und ein zweites Werkzeugteil 111b auf, die relativ zueinander bewegbar sind. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Werkzeugteil 111a als ein Formstempel ausgebildet, dessen Fußkontur als ein Stanzmesser 111s ausgebildet ist. Das Stanzmesser 111s stanzt beim Schließen der Formstanzeinrichtung 111 aus der in die Formstanzeinrichtung 111 eingelegten bandförmigen Dekorfolie 14 einen Dekorfolienabschnitt aus und fixiert ihn randseitig bei geschlossener Formstanzeinrichtung 111. Das zweite Werkzeugteil 111b ist als eine Matrize ausgebildet, wobei der Dekorfolienabschnitt bei geschlossener Formstanzeinrichtung 111 den Abstandsraum zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil 111a, 111b ausfüllt und dabei durch plastische Verformung zu dem Dekorfolienhohlkörper 14k umgeformt wird, wie weiter unten näher beschrieben. Das zweite Werkzeugteil 111b weist einen ebenen Auflageabschnitt für die Schneide des Stanzmessers 111s auf. Beim Schließen der Formstanzeinrichtung 111 kann ein Restspalt zwischen der Schneide des Stanzmessers 111s und dem an dem zweiten Werkzeugteil 111b ausgebildeten Auflageabschnitt für die Schneide verbleiben, um den Dekorfolienabschnitt wie vorstehend beschrieben randseitig zu fixieren.
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Zur Erwärmung der Dekorfolie 14 vor dem Umformen ist die Heizvorrichtung 17 vorgesehen, die so angeordnet ist und in senkrechter Richtung so bewegbar ist, dass sie bei geöffneter Formstanzeinrichtung 111 zwischen der Dekorfolie 14 und dem zweiten Werkzeugteil 111b anordenbar ist. Es ist aber auch möglich, dass die Heizvorrichtung 17 so angeordnet ist und in senkrechter Richtung so bewegbar ist, dass sie bei geöffneter Formstanzeinrichtung 111 zwischen dem ersten Werkzeugteil 111a und der Dekorfolie 14 anordenbar ist. Die Heizvorrichtung 17 ist als eine Flächenheizvorrichtung ausgebildet, die so dimensioniert ist, dass ein zur Verformung vorgesehener Abschnitt der Dekorfolie 14 auf eine Temperatur erwärmbar ist, die das plastische Umformen der Dekorfolie 14 verbessert. In diesem Zusammenhang kann eine Vortemperierung der Werkzeugteile 111a und/oder auch 111b, insbesondere auf ca. 40°C bis ca. 80°C, vorgenommen werden, um insbesondere Temperaturspannungen im Material der Werkzeugteile 111a, 111b zu verringern, die beim Einspritzen des heißen thermoplastischen Kunststoffmaterials in die Werkzeugteile 111a, 111b auftreten.
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Die Spritzgießeinrichtung 112 ist für das sogenannte In-Mould-Dekorieren ausgebildet. Dabei werden in einem Arbeitsgang Kunststoffspritzteile beim Spritzgießen mit einer Dekorschicht einer sogenannten In-Mould-Dekorfolie dekoriert. Die Dekorfolie wird in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und die Dekorschicht der Dekorfolie wird auf die Oberfläche des Kunststoffspritzteils vollflächig übertragen. Es ist auch möglich, sogenannte In-Mould-Labeling-Formteile (IML = In-Mould-Labeling) in Spritzgießformen einzulegen. Das In-Mould-Labeling-Formteil ist ein dekoriertes Einlegeteil, bei dem eine Dekorschicht auf eine sogenannte Backingfolie thermokaschiert ist. Das In-Mould-Labeling-Formteil kann im Tiefziehverfahren vorgeformt sein und sodann ausgestanzt oder ausgeschnitten sein.
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Die Spritzgießeinrichtung 112 weist ein erstes Werkzeugteil 112a und ein zweites Werkzeugteil 112b auf, die relativ zueinander bewegbar sind. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Werkzeugteil 112a als eine Matrize und das zweite Werkzeugteil 112b als ein Stempel ausgebildet. Das zweite Werkzeugteil 112b weist einen Anspritzkanal 16a zur Zuführung von erwärmtem thermoplastischen Kunststoffmaterial 16 auf, der in das zweite Werkzeugteil 112b mündet, so dass das Kunststoffmaterial 16 beim Spritzen den Abstandsraum zwischen den beiden Werkzeugteilen 112a, 112b ausfüllt.
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Die beiden ersten Werkzeugteile 111a und 112a sowie die zweiten Werkzeugteile 111b und 112b der kombinierten Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 sind bewegungsverbunden. Sie können auch einstückig ausgebildet sein.
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Die Dekorfolientransporteinrichtung 12 weist eine Abwickeltrommel 121 und eine Aufwickeltrommel 122 auf, zwischen denen die Dekorfolie 14 geführt ist. Die Dekorfolientransporteinrichtung 12 weist Mittel zur Steuerung der Drehbewegung der beiden Trommeln 121 und 122 auf, so dass die Dekorfolie 14 sowohl während des Transports und als auch in den Transportpausen gespannt ist. Beispielsweise kann die Abwickeltrommel 121 eine Ablaufbremse und die Aufwickeltrommel 122 einen Antrieb aufweisen.
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Die Dekorfolientransporteinrichtung 12 ist mit einer Justiereinrichtung 12j bewegungsverbunden, die die Abwickeltrommel 121 und die Aufwickeltrommel 122 in der Transportpause axial und/oder radial so verstellt, dass der in der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 angeordnete Dekorfolienabschnitt passergenau zu der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 ausgerichtet ist. Die Dekorfolie 14 weist Passermarken (Registrierungsmarken) 14p auf (siehe 2a), die von der Justiereinrichtung 12j beispielsweise optisch als Lage-Istwerte erfasst werden. Die Justiereinrichtung 12j verstellt anhand dieser Informationen die räumliche Lage und/oder den Drehwinkel der Abwickeltrommel 121 und/oder der Aufwickeltrommel 122 so lange, bis die Differenz zwischen dem Lage-Istwert und einem Lage-Sollwert hinreichend klein bzw. im Idealfall Null ist.
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Die Greifereinrichtung 13 kann einen oder mehrere Greifer umfassen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Greifer 131 und 132 vorgesehen, die in mehreren Freiheitsgraden bewegbar sind, wie in 1 durch Pfeile angedeutet. Die Greifer 131 und 132 weisen an ihren Endabschnitten Saugköpfe auf, die im Durchmesser an die Abmessungen des Dekorfolienhohlkörpers 14k bzw. des Kunststoffformteils 15 angepasst sind.
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Die 2a bis 2g zeigen beispielhaft Verfahrensschritte eines mit der Fertigungseinrichtung 1 durchführbaren Verfahrens zur Herstellung von dekorfolienbeschichteten Kunststoffformteilen 15.
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Die Dekorfolie 14 weist eine Funktionsschicht 14f oder mehrere Funktionsschichten auf, die vorzugsweise als elektrische Funktionsschichten ausgebildet sein kann bzw. können, beispielsweise als Antennen, Kontaktflächen oder dergleichen. Die Funktionsschicht 14f kann aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein und beispielsweise durch Drucken, Drucken und Aufgalvanisieren, Bedampfen, Bedampfen und Aufgalvanisieren hergestellt sein. Die Funktionsschicht 14f kann nach der vorgenannten Aufbringung mit bekannten Methoden flächenmäßig strukturiert werden, insbesondere mittels bekannter Ätzverfahren und/oder Waschverfahren und/oder Maskenbelichtungsverfahren und/oder Laserablationsverfahren, bei denen Flächenbereiche der Funktionsschicht 14f ganz oder teilweise entfernt werden. Die Funktionsschicht 14f ist auf einer Trägerschicht angeordnet, die aus einem thermoplastischen Kunststoff mit beispielsweise einer Dicke von 20 bis 30 µm ausgebildet ist. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Funktionsschicht 14f als eine Antenne in Form einer Ziffer („4“) ausgebildet. Die Dekorfolie 14 kann in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt sein.
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Der stromaufwärts vor der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 angeordnete Dekorfolienabschnitt der Dekorfolie 14 weist die in einem gleichmäßigen Teilungsabstand angeordneten Funktionsschichten 14 auf.
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Der stromabwärts nach der Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 angeordnete Dekorfolienabschnitt der Dekorfolie 14 weist infolge der vorangehenden Verfahrensschritte Stanzlöcher 14I auf, und zwar erste Stanzlöcher, die der Schneidkontur des Stanzmessers 111s des ersten Werkzeugteils 111a entsprechen und zweite Stanzlöcher, die von Positionierstiften der Formstanzeinrichtung 111 herrühren.
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In dem in 2a dargestellten Verfahrensschritt ist die Dekorfolie 14 im Bereich der geöffneten Formstanzeinrichtung 111 so angeordnet, dass sie auf der Oberseite des ersten Werkzeugteils 111a aufliegt. Ein Bereich des auf dem ersten Werkzeugteil 111a aufliegenden Dekorfolienabschnitts ist zu einem Dekorfolienhohlkörper 14k ausgeformt, der in der Formausnehmung des ersten Werkzeugteils 111a angeordnet ist. In dem ersten Werkzeugteil 112a der Spritzgießeinrichtung ist ein Kunststoffformteil 15 angeordnet.
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In dem in 2b dargestellten Verfahrensschritt ist das Kunststoffformteil 15 durch den Greifer 131 aus dem ersten Werkzeugteil 112a der Spritzgießeinrichtung entnommen und durch den Saugkopf am Greifer 131 fixiert. Es kann vorgesehen sein, dass der Greifer 131 das Kunststoffformteil 15 in einem Sammelbehälter oder auf einem Transportband ablegt oder an eine Transporteinrichtung oder an eine weitere Formstanz- und Spritzgießeinrichtung oder eine andere nachgeordnete Prozesseinheit übergibt.
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In dem in 2c dargestellten Verfahrensschritt hat der Greifer 132 den Dekorfolienhohlkörper 14k an seiner Vorderseite ergriffen, aus der Dekorfolie 14 gelöst und an den Greifer 131 übergeben. Der Greifer 131 hat bei der Übergabe den Dekorfolienhohlkörper 14k an seiner Rückseite ergriffen. Sodann hat der Greifer 132 den Dekorfolienhohlkörper 14k freigegeben und ist in seine Ruheposition zurückgefahren. Der Greifer 131 hat den Dekorfolienhohlkörper 14k um 180° gedreht und in der Formausnehmung des ersten Werkzeugteils 112a der Spritzgießeinrichtung 112 abgelegt. In der Dekorfolie 14 sind Stanzlöcher 14I verblieben, wobei das mittlere Stanzloch 14I von dem Stempelabschnitt des ersten Werkzeugteils 111a der Formstanzeinrichtung 111 durchgriffen ist.
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In dem in 2d dargestellten Verfahrensschritt sind die ersten Werkzeugteile 111a und 112a noch weiter zurückgefahren, so dass die kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 noch weiter geöffnet ist. Dadurch ist der Stempelabschnitt des ersten Werkzeugteils 111a der Formstanzeinrichtung 111 aus dem mittleren Stanzloch 14I der Dekorfolie 14 herausgefahren und die Dekorfolie 14 zur Ausführung eines Transportschritts freigegeben.
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In dem in 2e dargestellten Verfahrensschritt hat die Dekorfolientransporteinrichtung 12 die Dekorfolie 14 um einen Transportschritt weiter bewegt, und die Justiereinrichtung 12j hat die Dekorfolie 14 passergenau ausgerichtet, so dass nun im Bereich der Formstanzeinrichtung 111 ein neuer Dekorfolienabschnitt mit einer Funktionsschicht 14f bereitgestellt ist.
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In dem in 2f dargestellten Verfahrensschritt ist nun die Heizvorrichtung 17 in senkrechter Richtung nach unten gefahren, so dass sie zwischen der Dekorfolie 14 und dem zweiten Werkzeugteil 111b der Formstanzeinrichtung 111 angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 17 hat den zur Verformung vorgesehenen Abschnitt der Dekorfolie 14 auf eine Temperatur erwärmt, bei der im nächsten Verfahrensschritt das plastische Verformen der Dekorfolie 14 möglich ist.
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In dem in 2g dargestellten Verfahrensschritt ist die kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 11 geschlossen. In der Formstanzeinrichtung 111 wird der im vorhergehenden Verfahrensschritt erwärmte Dekorfolienabschnitt ausgestanzt und zu einem Dekorfolienhohlkörper 14k umgeformt. In der Spritzgießeinrichtung 112 wird der in einem vorhergehenden Verfahrensschritt (siehe 2c) in das erste Werkzeugteil 112a eingelegte Dekorfolienhohlkörper 14k mit auf Spritzgießtemperatur erwärmtem Kunststoffmaterial 16 hinterspritzt, das durch den Anspritzkanal 16a dem zweiten Werkzeugteil 112b der Spritzgießeinrichtung 112 zugeführt ist.
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Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Fertigungseinrichtung.
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Eine Fertigungseinrichtung 2 ist wie die weiter oben in 1 beschriebene Fertigungseinrichtung 1 aufgebaut, mit dem Unterschied, das eine kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 21 vorgesehen ist, die nur ein erstes Werkzeugteil 21a und ein zweites Werkzeugteil 21b aufweist. Das erste Werkzeugteil 21a ist als eine Matrize ausgebildet mit einer Formausnehmung 21af, deren in der Werkzeugoberseite umlaufende Randkontur als ein Stanzmesser 21s ausgebildet ist. Das zweite Werkzeugteil 21b ist als ein Stempel ausgebildet und weist einen ebenen Auflageabschnitt für das Stanzmesser 21s auf. Das zweite Werkzeugteil 21b weist einen Anspritzkanal 16a zur Zuführung von erwärmtem thermoplastischen Kunststoffmaterial 16 auf, der in das zweite Werkzeugteil 21b mündet, so dass beim Spritzen das Kunststoffmaterial 16 den Abstandsraum zwischen den beiden Werkzeugteilen 21a und 21b ausfüllt.
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Die 4a bis 4d zeigen beispielhaft Verfahrensschritte eines mit der Fertigungseinrichtung 2 durchführbaren Verfahrens zur Herstellung von dekorfolienbeschichteten Kunststoffformteilen 15.
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Die Dekorfolie 14 ist wie die weiter oben in den 2 beschriebene Dekorfolie ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Funktionsschichten 14f auf der zu der Vorderseite des ersten Werkzeugteils 21a weisenden Rückseite der Dekorfolie 14 angeordnet sind.
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In dem in 4a dargestellten Verfahrensschritt ist die kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 21 geöffnet und ein Dekorfolienabschnitt mit einer Funktionsschicht 14f bereitgestellt, wobei die Justiereinrichtung 12j den Dekorfolienabschnitt passergenau ausgerichtet hat.
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In dem in 4b dargestellten Verfahrensschritt ist die Heizvorrichtung 17 in senkrechter Richtung nach unten gefahren, so dass sie zwischen der Dekorfolie 14 und dem zweiten Werkzeugteil 21b angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 17 hat den zur Verformung vorgesehenen Abschnitt der Dekorfolie 14 auf eine Temperatur erwärmt, bei der im nächsten Verfahrensschritt das plastische Verformen der Dekorfolie 14 möglich ist.
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In dem in 4c dargestellten Verfahrensschritt ist die kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 21 geschlossen. Der im vorhergehenden Verfahrensschritt erwärmte Dekorfolienabschnitt wird mit dem Stanzmesser 21s abgetrennt und sodann mit auf Spritzgießtemperatur erwärmtem Kunststoffmaterial 16 hinterspritzt, das durch den Anspritzkanal 16a des zweiten Werkzeugteils 21b zugeführt ist. Dabei wird der Dekorfolienabschnitt durch das eingespritzte Kunststoffmaterial 16 gegen die Innenwand des ersten Werkzeugteils 21a gepresst und so zu einem Dekorfolienhohlkörper umgeformt, der mit dem Kunststoffmaterial 16 hinterspritzt ist.
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In dem in 4d dargestellten Verfahrensschritt ist die kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 21 wieder geöffnet, das Kunststoffformteil 15 durch den Greifer 131 aus dem ersten Werkzeugteil 21a entnommen und durch den am Greifer 131 angeordneten Saugkopf fixiert. Es kann vorgesehen sein, dass der Greifer 131 das Kunststoffformteil 15 in einem Sammelbehälter oder auf einem Transportband ablegt oder an eine Transporteinrichtung oder einer weiteren Formstanz- und Spritzgießeinrichtung oder einer anderen nachgeordneten Prozesseinheit übergibt.
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Die 5a bis 5g zeigen ein erstes Beispiel für die Zusammenhänge zwischen der Ausbildung der an den ersten Werkzeugteilen 111a bzw. 112a angeordneten Stanzmesser 111s bzw. 21s, der Dekorfolie 14, einem mit den Stanzmessern ausgestanzten Dekorfolienteil 14a und dem Kunststoffformteil 15.
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5a zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des Stanzmessers mit Blick auf die Schneidkante.
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Das Stanzmesser 111s (1 und 2) weist eine äußere Stanzkontur 111 sa auf, die einen annähernd rechteckförmigen Bereich mit abgerundeten Ecken einschließt. In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stanzmesser 111s an dem ersten Werkzeugteil 111a der Formstanzeinrichtung 111 ausgebildet. Das Stanzmesser 111s weist eine zum zweiten Werkzeugteil 111b gerichtete Schneidkante auf und wirkt mit einer an dem zweiten Werkzeugteil 111b ausgebildeten ebenen Schneidauflage zusammen. Es können aber auch andere Ausbildungen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann das erste Werkzeugteil 111a die ebene Schneidauflage aufweisen und das zweite Werkzeugteil 111b kann die Schneidkante aufweisen. Weiter kann vorgesehen sein, dass das Stanzmesser 111s die Dekorfolie 14 nicht vollständig durchtrennt, sondern nur soweit schwächt, dass die Dekorfolie 14 erst bei der Entnahme des Dekorfolienhohlkörpers 14k nach dem Umformen (siehe 2c) an der Schnittlinie getrennt wird.
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Das Stanzmesser 21s (3 und 4) weist eine äußere Stanzkontur 21sa auf, die einen annähernd rechteckförmigen Bereich mit abgerundeten Ecken einschließt. In dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stanzmesser 21s an dem ersten Werkzeugteil 21a der kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung 21 ausgebildet. Das Stanzmesser 21s weist eine zum zweiten Werkzeugteil 21b gerichtete Schneidkante auf und wirkt mit einer an dem zweiten Werkzeugteil 21b ausgebildeten ebenen Schneidauflage zusammen. Es können aber auch andere Ausbildungen vorgesehen sein, wie vorstehend zum Stanzmesser 111s beschrieben. So kann auch vorgesehen sein, dass das Stanzmesser 21s die Dekorfolie 14 nicht vollständig durchtrennt, sondern nur soweit schwächt, dass die Dekorfolie 14 erst bei der Entnahme des Kunststoffformteils 15 (siehe 4d) an der Schnittlinie getrennt wird.
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5b zeigt einen Ausschnitt der in den 1 bis 4 beschriebenen Dekorfolie 14, die entweder auf der Vorderseite (1 und 2) oder auf der Rückseite ( 3 und 4) eine Funktionsschicht 14f aufweist, die wie weiter oben beschrieben, beispielsweise als elektrische Funktionsschicht ausgebildet sein kann. In dem in 5b dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Funktionsschicht 14f als eine Ziffer ausgebildet. Es kann sich beispielsweise auch um eine optische Funktionsschicht handeln, im einfachsten Fall um eine Farbschicht. Die optische Funktionsschicht kann vorzugsweise einen besonderen optischen Effekt ausbilden, zum Beispiel einen blickwinkelabhängigen Farbeffekt, oder als selbstleuchtendes Element ausgebildet sein.
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5c zeigt die Dekorfolie 14 mit einem durch das Stanzmesser in 5a ausgebildeten Stanzloch 14I.
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Die 5d dargestellte Ausführung der Dekorfolie 14 entspricht der in 5b dargestellten Dekorfolie, mit dem Unterschied, dass Hilfskontaktstrukturen 14fh vorgesehen sind, die zum Aufbau der Funktionsschicht 14f benötigt werden. Bei der Funktionsschicht 14f handelt es sich um eine galvanisch verstärkte elektrische Funktionsschicht, deren Abmessungen so klein sind, dass ein Galvanisieren nicht ohne Weiteres möglich ist. Die Hilfskontaktstrukturen 14fh sind deshalb vorgesehen, um die zu galvanisierende Fläche zu vergrößern. Die Hilfskontaktstrukturen 14fh müssen jedoch vor dem Hinterspritzen des Dekorfolienabschnitts 14a passergenau abgetrennt werden.
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Wie 5e zeigt, sind die Hilfskontaktstrukturen 14fh so angeordnet werden, dass sie durch das Ausstanzen des Dekorfolienteils 14a von der Funktionsschicht 14f abgetrennt sind. Wegen der weiter oben beschriebenen Justiereinrichtung 12j, welche die Dekorfolie 14 passergenau ausrichtet, wird kein weiterer Verfahrensschritt zum Entfernen der Hilfskontaktstrukturen 14fh benötigt. 5f zeigt das ausgestanzte Dekorfolienteil 14a, das in dem Bereich des Stanzlochs 14I angeordnet war (5c und 5e).
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5g zeigt das Kunststoffformteil 15, das mit dem ausgestanzten Dekorfolienteil 14a beschichtet ist.
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Die 6a bis 6c zeigen ein zweites Beispiel, das sich von dem in 5a bis 5g dargestellten Beispiel dadurch unterscheidet, dass das Stanzmesser 111s, 21s eine äußere Stanzkontur 111sa, 21sa und eine innere Stanzkontur 111si, 21si aufweist. Dadurch wird in dem ausgestanzten Dekorfolienteil 14a ein Stanzloch 14I ausgebildet, das in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet ist. In dem Kunststoffformteil ( 6c) ist folglich in dem Bereich des Stanzlochs 14I der Kunststoff sichtbar, mit dem das Dekorfolienteil 14a hinterspritzt wurde.
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Die 7a bis 7d zeigen ein drittes Beispiel, das sich von dem in 6 dargestellten Beispiel dadurch unterscheidet, dass die äußere Stanzkontur 111sa, 21sa in einem streifenförmigen Bereich nach innen vorspringt (7a), so dass das ausgestanzte Dekorfolienteil 14a (7c) eine streifenförmige Randausnehmung aufweist, die auch an dem Kunststoffformteil 15 (7d) sichtbar ist. Der streifenförmige Bereich ist so angeordnet, dass beim Stanzen die Hilfskontaktstrukturen 14fh entfernt werden (7b), wie weiter oben beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungseinrichtung
- 11
- kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung
- 111
- Formstanzeinrichtung
- 111a
- erstes Werkzeugteil
- 111b
- zweites Werkzeugteil
- 111s
- Stanzmesser
- 111sa
- äußere Stanzkontur
- 111si
- innere Stanzkontur
- 112
- Spritzgießeinrichtung
- 112a
- erstes Werkzeugteil
- 112b
- zweites Werkzeugteil
- 12
- Dekorfolientransporteinrichtung
- 12j
- Justiereinrichtung
- 121
- Abwickeltrommel
- 122
- Aufwickeltrommel
- 13
- Greifereinrichtung
- 131
- Greifer
- 132
- Greifer
- 14
- Dekorfolie
- 14a
- ausgestanztes Dekorfolienteil
- 14f
- Funktionsschicht
- 14fh
- Hilfskontaktstruktur der Funktionsschicht
- 14k
- Dekorfolienhohlkörper
- 14l
- Stanzloch
- 14p
- Passmarke
- 15
- Kunststoffformteil
- 16
- auf Spritzgießtemperatur erwärmtes Kunststoffmaterial
- 16a
- Anspritzkanal
- 17
- Heizvorrichtung
- 2
- Fertigungseinrichtung
- 21
- kombinierte Formstanz- und Spritzgießeinrichtung
- 21a
- erstes Werkzeugteil
- 21af
- Formausnehmung
- 21b
- zweites Werkzeugteil
- 21s
- Stanzmesser
- 21sa
- äußere Stanzkontur
- 21si
- innere Stanzkontur
