DE102011121258A1

DE102011121258A1 - Verfahren zur Herstellung eines Designteils und ein zugehöriges Würfelwerkzeug

Info

Publication number: DE102011121258A1
Application number: DE201110121258
Authority: DE
Inventors: Dirk Bücker; Hergen Görse
Original assignee: Faurecia Exteriors GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Automotive Exteriors GmbH
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-06-28
Also published as: WO2012084833A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Designteils (1) aus Kunststoff mit einer optisch relevanten Schicht und mit einer Versiegelungsschicht auf dieser Schicht, wobei der Grundkörper (2) des Designteils (1) in einem Spritzgussprozess erzeugt wird und anschließend der Grundkörper (2) an den erforderlichen Flächen mit der Schicht versehen und anschließend die Versiegelungsschicht aufgebracht wird. Damit die Herstellung in einem einzigen Prozessschritt zu realisieren ist wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zur Herstellung des Designteils (1) ein um seine Längsachse (3) jeweils um 90° drehbares Werkzeug, im folgenden Würfelwerkzeug (4) genannt, verwendet wird und der Grundkörper (2) über den gesamten Herstellungsprozess in einem direkten Kontakt mit einer Werkzeugwand (5) des Würfelwerkzeugs (4) bleibt und durch eine Drehung des Würfelwerkzeugs (4) um 90° die genannte Werkzeugwand (5) sich ebenfalls um 90° dreht und jeder Stellung (0°, 90°, 180°, 270°) des Würfelwerkzeugs (4) eine Bearbeitungsstation (6a, 6b, 6c, 6d) zugeordnet ist und soweit erforderlich in jeder Bearbeitungsstation (6a, 6b, 6c, 6d) zusätzliche zum Herstellungsprozess erforderliche Aggregate (7) an das Würfelwerkzeug (4) gefahren werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Designteils aus Kunststoff mit einer optisch relevanten Schicht und mit einer Versiegelungsschicht auf dieser Schicht, wobei der Grundkörper des Designteils in einem Spritzgussprozess erzeugt wird und anschließend der Grundkörper an den erforderlichen Flächen mit der Schicht versehen und anschließend die Versiegelungsschicht aufgebracht wird.
Stand der Technik:
Zur Erzeugung von Zierleisten, zum Beispiel verchromter Leisten an Stoßfängersystemen bei Automobilen, werden mehrstufige Prozesse angewandt.
Im Falle von verchromten Bauteilen zum Beispiel die Abfolge des Spritzgießens zur Erzeugung des Grundkörpers und im Folgenden eine Galvanisierung des Bauteils in mehreren chemischen Bädern.
Ein weiterer etablierter Prozess bildet das Folienhinterspritzen. Hier wird eine beschichteten Folie zum Beispiel Beschnitten, Tiefgezogen und im Folgenden hinterspritzt.
Kritik am Stand der Technik:
Mehrstufige Prozesse sind mit hohen Durchlaufzeiten und damit hoher Kapitalbindung, vielfältigen manuellen Arbeitsschritten und damit hohen Ausschuss verbunden. Die bisherige Vorgehensweise führt zu einem vergleichsweise hohen Preis des Endproduktes bei gleichzeitig großem Risiko der Produktion von Fehlteilen.
Die Verchromung von Bauteilen schränkt die Materialwahl des Grundkörpers ein.
Die für die Verchromung zur Verfügung stehenden Kunststoffe sind vergleichsweise teuer und schwierig zu verarbeiten.
Beim Folienhinterspritzen bedingt eine ausreichende Tiefziehfähigkeit der Folie eine weiche Oberfläche die den geltenden Bestimmungen der Resistenz gegen Verkratzungen zuwiderläuft. Im Weiteren führen die Ausdünnungen der Fallen infolge des Tiefziehprozesses zu einem unakzeptablen Farbumschlag der Oberfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass die Herstellung in einem Prozessschritt zu realisieren ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Designteils ein um seine Längsachse jeweils um 90° drehbares Werkzeug, im folgenden Würfelwerkzeug genannt, verwendet wird und der Grundkörper über den gesamten Herstellungsprozess in einem direkten Kontakt mit einer Werkzeugwand des Würfelwerkzeugs bleibt und durch eine Drehung des Würfelwerkzeugs um 90° die genannte Werkzeugwand sich ebenfalls um 90° dreht und jeder Stellung (0°, 90°, 180°, 270°) des Würfelwerkzeugs eine Bearbeitungsstation zugeordnet ist und soweit erforderlich in jeder Bearbeitungsstation zusätzliche zum Herstellungsprozess erforderliche Aggregate an das Würfelwerkzeug gefahren werden.
Hierdurch ist nur ein Prozessschritt erforderlich. Am Würfelwerkzeug wird der Grundkörper gespritzt, bleibt während des gesamten Herstellungsprozesses in seiner Spritzposition bzw. mit der Werkzeugwand verbunden. Zur Einleitung des nächsten Bearbeitungsschrittes wird das Würfelwerkzeug jeweils um 90° weitergedreht und in dieser neuen Stellung bearbeitet. Dies erfolgt so lange bis das Designteil fertig ist. Das Würfelwerkzeug kann vier Stellungen (0°, 90°, 180°, 270°) einnehmen. In der letzten Stellung wir das Designteil aus dem Würfelwerkzeug genommen. Bevorzugt ist das Würfelwerkzeug quaderförmig ausgebildet.
Bevorzugt werden vier Bearbeitungsstationen verwendet, wobei

– in der ersten Bearbeitungsstation der Grundkörper gespritzt wird,
– in der zweiten Bearbeitungsstation der Grundkörper mit der Schicht versehen wird,
– in der dritten Bearbeitungsstation die Versiegelungsschicht aufgebracht wird und
– in der vierten Bearbeitungsstation das entstandene Designteil aus dem Würfelwerkzeug genommen wird.

Das Designteil wird in einem 2 k-Spritzgussprozess (zwei Komponenten Spritzgussprozess) erzeugt. Hierbei wird der Grundkörper in einem ersten Schritt im Würfelwerkzeug gespritzt. Dies ist die erste Bearbeitungsstation. Das Würfelwerkzeug wird um 90° in die zweite Bearbeitungsstation weitergedreht. Dort wird der Grundkörper freigefahren, d. h. in eine Prozesskammer eingefahren, von einer Prozesskammer umfasst und mit einem geeigneten Verfahren beschichtet. Danach wird der Grundkörper freigegeben und wieder in das Würfelwerkzeug zurückgefahren. Nach einer weiteren Drehung des Würfelwerkzeugs um 90° wird in der dritten Bearbeitungsstation der Grundkörper mit einer Versiegelungsschicht versehen bzw. versiegelt. Danach erfolgt eine nächste Drehung des Würfelwerkzeugs um 90° in die vierte Bearbeitungsstation, in der eine Entnahme des fertigen Designteils stattfindet. Daraufhin beginnt der Prozess von vorne.
Bevorzugt wird in der ersten Bearbeitungsstation ein erstes Aggregat an die Werkzeugwand gefahren, welches mit der Werkzeugwand eine Kavität einschließt, die dem Grundkörper entspricht. Anschließend wird Kunststoff in die Kavität gespritzt und so der Grundkörper hergestellt. Die Zufuhr des Kunststoffs kann über das Würfelwerkzeug oder über das erste Aggregat erfolgen. Anschließend wird das erste Aggregat vom Würfelwerkzeug abgehoben und anschließend das Würfelwerkzeug und damit der gerade gespritzte Grundkörper um 90° zur zweiten Bearbeitungsstation gedreht.
Bevorzugt wird in der zweiten Bearbeitungsstation eine Prozesskammer als zweites Aggregat an das Würfelwerkzeug gefahren und die Werkzeugwand, an der der Grundkörper hängt, von der Würfelstellung in die Prozesskammer hinein in die Bearbeitungsstellung gefahren und dort der Grundkörper an der erforderlichen Fläche mit der optisch relevanten Schicht versehen und anschließend die Werkzeugwand mit dem Grundkörper zurück in die Würfelstellung gefahren und anschließend das Würfelwerkzeug und damit der Grundkörper um 90° in die dritte Bearbeitungsstation gedreht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vor dem Versehen des Grundkörpers mit der Schicht, die Prozesskammer verschlossen.
Bevorzugt wird in der dritten Bearbeitungsstation ein drittes Aggregat an das Würfelwerkzeug gefahren und die Schicht mit der Versiegelungsschicht versehen. Anschließend werden, nach Abziehen des dritten Aggregats, das Würfelwerkzeug und damit der Grundkörper um 90° in die vierte Bearbeitungsstation gedreht.
In der vierten Bearbeitungsstation wird das entstandene Designteil aus dem Würfelwerkzeug entfernt. Danach kann der Prozess von neuem beginnen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren auch kontinuierlich betrieben werden, d. h. mit jeder Drehung des Würfelwerkzeugs um 90° verrichten alle vier Bearbeitungsstationen ihre Arbeit und werden gleichzeitig vier Grundkörper/Designteile bearbeitet.
Für die Schicht wird bevorzugt eine metallisierende Schicht verwendet. Dadurch erfolgt eine Art Verchromung.
Die metallisierende Schicht kann mittels Sputtern oder PVD-Beschichtung aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Designteile aus dem Automotivbereich und dort bevorzugt im Bereich des Exterieur. Bevorzugt im Bereich lackierter Außenflächen.
Ein erfindungsgemäßes Würfelwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Würfelwerkzeug um seine Längsachse jeweils um 90° drehbar ausgebildet ist und zumindest eine der Seiten des Würfelwerkzeugs eine Matrize für einen Spritzgussprozess enthält und eine Werkzeugwand der Matrize von einer Würfelstellung, in der der Grundkörper gespritzt wird, in eine Bearbeitungsstellung ausfahrbar ist. Bevorzugt ist das Würfelwerkzeug quaderförmig ausgebildet.
Bevorzugt sind drei Aggregate an das Würfelwerkzeug fahrbar, nämlich ein erstes Aggregat zur Vervollständigung der Kavität für den Spritzprozess, eine Prozesskammer als zweites Aggregat mit einer Beschichtungseinheit und ein drittes Aggregat mit einer Aufbringungseinheit für die Versiegelungsschicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Würfelwerkzeug 4 in seiner ersten Bearbeitungsstation 6a. Das Würfelwerkzeug 4 ist um seine Längsachse 3 jeweils um 90° drehbar, wobei jeder Stellung 0°, 90°, 180°, 270° des Würfelwerkzeugs 4 eine Bearbeitungsstation 6a, 6b, 6c, 6d zugeordnet ist (siehe auch andere Figuren).
Das Werkzeug wird als Würfelwerkzeug 4 bezeichnet, weil es wie ein Würfel beim Glückspiel aus sechs Seiten besteht, von denen vier Seiten beim Herstellungsprozess benutzt werden. Die Ober- und Unterseite des Würfelwerkzeugs 4 werden nicht benutzt. In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Würfelwerkzeugs 4 quaderförmig ausgebildet.
In der ersten Bearbeitungsstation 6a wird ein erstes Aggregat 7a an das Würfelwerkzeug 4 gefahren oder angekoppelt in der Weise, dass zwischen dem Würfelwerkzeug 4 und dem ersten Aggregat 7a eine Kavität 11 eingeschlossen wird. Diese Kavität 11 entspricht der Form des zu spritzenden Grundkörpers 7. Anschließend wird in die Kavität 11 ein Kunststoff bzw. 2 K-Kunststoff gespritzt und so der Grundkörper 2 hergestellt. Neben dem ersten Aggregat 6a ist noch ein drittes Aggregat 6c am Würfelwerkzeug 4 angeordnet, welches später beschrieben wird.
Nach dem Spritzen und Aushärten des Grundkörpers 2 in der Kavität werden das erste Aggregat 7a und das drittes Aggregat 6c vom Würfelwerkzeug 4 weggefahren oder abgehoben. Der Grundkörper 2 befindet sich dabei immer in seiner Würfelstellung 9, in der er gespritzt wurde. Diesen Vorgang zeigt 2. Der gespritzte Grundkörper 2 liegt an einer der Werkzeugwände 5 des Würfelwerkzeugs 4 an und bleibt dies auch während des gesamten Herstellungsprozesses.
Nach dem Wegfahren der Aggregate 7a, 7c wird das Würfelwerkzeug 4 um 90° um seine Längsachse 3 in die zweite Bearbeitungsstation 6b gedreht. Dieser Vorgang ist in 3 schematisch gezeigt. Anschließend wird der Grundkörper 4 aus seiner Würfelstellung 9 (siehe 3) in seine Bearbeitungsstellung 10 gefahren. Dies zeigt 4. Der Grundkörper 2 ist hierbei an einem Stempel 12 befestigt. Die mit dem Grundkörper 2 in Verbindung stehende Fläche des Stempels 12 ist mit der Werkzeugwand 5 identisch. Während des gesamten Herstellungsprozesses bleibt der Grundkörper mit dieser Werkzeugwand 5 verbunden.
In der zweiten Bearbeitungsstation 6b wird der Grundkörper 2 mit einer Schicht (Farbschicht) versehen. Hierzu wird, wie in 5 gezeigt, eine Prozesskammer 8 an das Würfelwerkzeug 4 gefahren. Der Grundkörper 2 ragt in diese Prozesskammer 8.
Anschließend wird die Prozesskammer 8 an ihrem zum Würfelwerkzeug 4 gewandten Ende mit einem Deckel 13 verschlossen. Diesen Vorgang zeigt 7.
Der Grundkörper 2 befindet sich nun, am Stempel 12 hängend, in der Prozesskammer 8 und kann dort mit der optisch relevanten Beschichtung bzw. Schicht versehen werden. Diesen Vorgang zeigt 7.
Anschließend wird der Deckel 13 geöffnet (siehe 8) und die Prozesskammer 8 vom Würfelwerkzeug 4 entfernt (siehe 9). Der Grundkörper wird dabei von seiner Bearbeitungsstellung 10 in die Würfelstellung 9 gebracht und aus der zweiten Bearbeitungsstation 6b in die dritte Bearbeitungsstation 6c überführt. Dies zeigt 10.
In der dritten Bearbeitungsstation 6c wird ein drittes Aggregat 7c an das Würfelwerkzeug 4 gefahren (siehe 11) und der mit der Schicht versehene Grundkörper 2 mit einer Versiegelungsschicht versehen. Diesen Vorgang zeigt 12.
Nachdem der Grundkörper 2 bzw. die Schicht mit der Versiegelungsschicht versehen wurde wir das dritte Aggregat 7c vom Würfelwerkzeug 4 entfernt und das Würfelwerkzeug 4 in die vierte Bearbeitungsstation 6d gedreht (siehe 13).
In dieser vierten Bearbeitungsstation 6d wird das jetzt fertige Designteil 1 aus dem Würfelwerkzeug 4 genommen. Dies zeigt 14.
In bevorzugter Ausführungsform sind alle vier verwendeten Seiten des Würfelwerkzeugs 4 identisch ausgebildet und die Bearbeitung erfolgt kontinuierlich, d. h. alle vier Bearbeitungsstation verrichten gleichzeitig ihre Arbeit. Der Durchsatz ist dadurch maximiert.
Die 1 und 2 zeigen das Würfelwerkzeug 4 in seiner 0°-Stellung, die 3 bis 9 in seiner 90°-Stellung, die 10 bis 12 in seiner 180°-Stellung und die 13 und 14 in seiner 270°-Stellung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Designteils (1) aus Kunststoff mit einer optisch relevanten Schicht und mit einer Versiegelungsschicht auf dieser Schicht, wobei der Grundkörper (2) des Designteils (1) in einem Spritzgussprozess erzeugt wird und anschließend der Grundkörper (2) an den erforderlichen Flächen mit der Schicht versehen und anschließend die Versiegelungsschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Designteils (1) ein um seine Längsachse (3) jeweils um 90° drehbares Werkzeug, im folgenden Würfelwerkzeug (4) genannt, verwendet wird und der Grundkörper (2) über den gesamten Herstellungsprozess in einem direkten Kontakt mit einer Werkzeugwand (5) des Würfelwerkzeugs (4) bleibt und durch eine Drehung des Würfelwerkzeugs (4) um 90° die genannte Werkzeugwand (5) sich ebenfalls um 90° dreht und jeder Stellung (0°, 90°, 180°, 270°) des Würfelwerkzeugs (4) eine Bearbeitungsstation (6a, 6b, 6c, 6d) zugeordnet ist und soweit erforderlich in jeder Bearbeitungsstation (6a, 6b, 6c, 6d) zusätzliche zum Herstellungsprozess erforderliche Aggregate (7) an das Würfelwerkzeug (4) gefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Bearbeitungsstationen (6a, 6b, 6c, 6d) verwendet werden, wobei – in der ersten Bearbeitungsstation (6a) der Grundkörper (2) gespritzt wird, – in der zweiten Bearbeitungsstation (6b) der Grundkörper (2) mit der Schicht versehen wird, – in der dritten Bearbeitungsstation (6c) die Versiegelungsschicht aufgebracht wird und – in der vierten Bearbeitungsstation (6d) das entstandene Designteil (1) aus dem Würfelwerkzeug (4) genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Bearbeitungsstation (6a) ein erstes Aggregat (7a) an die Werkzeugwand (5) gefahren wird und mit der Werkzeugwand (5) eine Kavität einschließt, die dem Grundkörper (2) entspricht und anschließend Kunststoff in die Kavität gespritzt wird und so der Grundkörper (2) hergestellt wird und anschließend das erste Aggregat (7a) vom Würfelwerkzeug (4) abgehoben wird und anschließend das Würfelwerkzeug (4) und damit der Grundkörper (2) um 90° zur zweiten Bearbeitungsstation (6b) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Bearbeitungsstation (6b) eine Prozesskammer (8) als zweites Aggregat (7b) an das Würfelwerkzeug (4) gefahren wird und die Werkzeugwand (5), an der der Grundkörper (2) hängt, von der Würfelstellung (9) in die Prozesskammer (8) hinein in die Bearbeitungsstellung (10) gefahren wird und dort der Grundkörper (2) an der erforderlichen Fläche mit der optisch relevanten Schicht versehen wird und anschließend die Werkzeugwand (5) mit dem Grundkörper (2) zurück in die Würfelstellung (9) gefahren wird und anschließend das Würfelwerkzeug (4) und damit der Grundkörper (2) um 90° in die dritte Bearbeitungsstation (6c) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Versehen des Grundkörpers (2) mit der Schicht, die Prozesskammer (8) verschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Bearbeitungsstation (6c) ein drittes Aggregat (7c) an das Würfelwerkzeug (4) gefahren wird und die Schicht mit der Versiegelungsschicht versehen wird und anschließend nach Abziehen des dritten Aggregats (7c) das Würfelwerkzeug (4) und damit der Grundkörper (2) um 90° in die vierte Bearbeitungsstation (6d) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der vierten Bearbeitungsstation (6d) das entstandene Designteil (1) aus dem Würfelwerkzeug (4) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich betrieben wird, d. h. mit jeder Drehung des Würfelwerkzeugs (4) um 90° alle vier Bearbeitungsstationen (6a, 6b, 6c, 6d) ihre Arbeit verrichten und so gleichzeitig vier Grundkörper/Designteile (2, 1) bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schicht eine metallisierende Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierende Schicht mittels Sputtern oder PVD-Beschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für Designteile (1) aus dem Automotivbereich.
Verfahren nach Anspruch 11 für Designteile im Bereich des Exterieur.
Verfahren nach Anspruch 12 für Anbauteile im Bereich lackierter Außenflächen.
Würfelwerkzeug (4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Würfelwerkzeug (4) um seine Längsachse jeweils um 90° drehbar ausgebildet ist und zumindest eine der Seiten des Würfelwerkzeugs (4) eine Matrize für einen Spritzgussprozess enthält und eine Werkzeugwand (5) der Matrize von einer Würfelstellung (9), in der der Grundkörper (2) gespritzt wird, in eine Bearbeitungsstellung (10) ausfahrbar ist.
Würfelwerkzeug (4) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass drei Aggregate (7a, 7b, 7d) an das Würfelwerkzeug (4) fahrbar sind, nämlich ein erstes Aggregat (7a) zur Vervollständigung der Kavität für den Spritzprozess, eine Prozesskammer (8) als zweites Aggregat (7b) mit einer Beschichtungseinheit und ein drittes Aggregat (7c) mit einer Aufbringungseinheit für die Versiegelungsschicht.