DE102012010493A1

DE102012010493A1 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugteiles in einem Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102012010493A1
Application number: DE201210010493
Authority: DE
Inventors: Vanessa Hüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-05-26
Filing date: 2012-05-26
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugteiles in einem Formwerkzeug, insbesondere eines Fahrzeug-Interieurbauteiles, dessen sichtseitige Deckschicht (25) durch einen Polyurethan-Lack gebildet wird und dessen Trägerwerkstoff durch Polypropylen (31) gebildet wird. Erfindungsgemäß erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt (I) eine Lackapplikation, bei der der Polyurethan-Lack (25) auf eine Formoberfläche (9) eines Spritzgusswerkzeugs (1) aufgetragen wird, und in einem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt (II) ein Spritzgießvorgang erfolgt, bei dem der auf die Formoberfläche (9) aufgetragene Polyurethan-Lack (25) mit Polypropylen (31) zur Bildung des Kunststoff-Formteils überspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugteiles in einem Formwerkzeug, insbesondere eines Fahrzeug-Interieurbauteiles, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder ein Fahrzeugteil nach dem Patentanspruch 9, das mit einem solchen Verfahren hergestellt ist.
Im Fahrzeugbau werden insbesondere bei der Innenausstattung Kunststoff-Formteile eingesetzt, die Polypropylen als Trägerwerkstoff aufweisen. Beispielhaft kann zur Herstellung eines hochwertigen Kunststoff-Formteils, etwa eine Instrumententafel, ein Polypropylen-Spritzgussteil sowie ein, die Slush-Haut bildender Polyurethan(PU)-Lack mit zwischengeordnetem freiem Spalt in ein Formwerkzeug eingelegt werden. In einem anschließenden Schäumungsvorgang wird dann eine flüssige Ausgangskomponente eines PU-Schaumes in den freien Spalt eingeleitet und die Ausgangskomponente aufgeschäumt, wodurch die Slush-Haut und der Polypropylen-Trägerwerkstoff hinterspritzt werden. Alternativ dazu kann ein Polypropylen-Spritzgussteil mit einem PU-Lack direkt lackiert werden.
In einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugteiles wird eine sichtseitige Deckschicht des Fahrzeugteiles durch einen Polyurethan-Lack gebildet und dessen Trägerwerkstoff durch Polypropylen gebildet.
Aus der DE 28 03 144 C2 ist ein Verfahren zum Beschichten eines im Spritzgießverfahren hergestellten Kunststoff-Formteiles bekannt. Demzufolge wird auf die Bereiche des Spritzgießwerzeuges, in denen das gespritzte Formteil beschichtet werden soll, ein zum guten Verbund mit dem Werkstoff des Spritzgießformteils befähigter Lackfilm aufgetragen. Anschließend wird der Lackfilm durch den Kunststoff überspritzt. Aus der DE 100 53 050 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles bekannt, bei dem eine fließfähige Kunststoffmasse in einen durch zwei Werkzeughälften gebildeten Formraum eingebracht wird. Nach dem Erstarren der Kunststoffmasse wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil entformt. Noch vor dem Einbringen der fließfähigen Kunststoffmasse wird in den Formraum auf eine Werkzeugoberfläche eine Diffusionssperrschicht aufgebracht, die sich mit der eingebrachten Kunststoffmasse verbindet.
Die oben angedeuteten Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles sind fertigungstechnisch nachteilig mit einer Anzahl von Verfahrensschritten verbunden. Hierbei muss insbesondere eine dauerhafte, innige sowie stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Polypropylen-Trägerwerkstoff und dem Polyurethan-Lack gewährleistet werden, und zwar trotz unpolarer Oberfläche des Polypropylens.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugteiles bereitzustellen, bei dem der Polypropylen-Trägerwerkstoff fertigungstechnisch einfach sowie mit hoher stoffschlüssiger Verbindung mit einem als sichtseitige Deckschicht dienenden Polyurethan-Lack verbindbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass speziell bei einem Lackieren eines aus Polypropylen hergestellten Spritzgussteiles mit einem PU-Lack Zusatzmaßnahmen getroffen werden müssen, um eine dauerhafte innige sowie stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Polypropylen-Trägerwerkstoff (unpolar) und dem Polyurethan-Lack (polar) zu gewährleisten. Vor diesem Hintergrund setzt sich das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aus einer Kombination aus einer Lackapplikation mit einem darauffolgenden Spritzgießvorgang zusammen. Bei der Lackapplikation wird zunächst der Polyurethan-Lack auf eine Formoberfläche eines Spritzgusswerkzeuges aufgetragen. Anschließend wird in einem Spritzgussvorgang der auf die Formoberfläche aufgetragene Polyurethan-Lack mit dem Polypropylen überspritzt. Auf diese Weise verbindet sich die beim Spritzgussvorgang in die Formkammer einströmende Polypropylen-Schmelze stoffschlüssig mit dem Polyurethan-Lack und bildet nach Erkaltung ein Kunststoff-Formteil, bei dem der PU-Lack fertigungstechnisch einfach sowie mit großer, Verbindungsfestigkeit mit dem Polypropylen-Trägerwerkstoff verbunden ist.
Um eine einwandfreie Entformung des gebildeten Kunststoff-Formteiles zu gewährleisten, kann es von Vorteil sein, wenn der PU-Lack nicht direkt auf der Formoberfläche des Spritzgusswerkzeuges aufgetragen wird, sondern unter Zwischenlage einer Trennmittelschicht. Die Trennmittelschicht kann bevorzugt vor der eigentlichen Lackapplikation auf die Formoberfläche aufgesprüht werden. Alternativ dazu kann das Trennmitteln, insbesondere ein Wachsmaterial, dauerhaft für mehrere Herstellungszyklen als Beschichtung auf der Formoberfläche aufgetragen sein.
Die oben erwähnte Trennmittel-Beschichtung verbleibt auch nach Entformung des Kunststoff-Formteils nach wie vor zumindest teilweise auf der Formoberfläche.
Im Hinblick auf eine qualitativ hochwertige Oberfläche ist es von Bedeutung, wenn beim fertigen Kunststoff-Formteil ein scharfkantiger und exakt definierter Übergang zwischen der Deckschicht aus PU-Lack und angrenzenden, gegebenenfalls sichtseitigen PP-Oberflächen vorhanden ist. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn bei der Lackapplikation und/oder beim Aufbringen des Trennmittels die Formoberfläche des Spritzgusswerkzeuges randseitig durch eine bei offenem Spritzgusswerkzeug eingebrachte Maske begrenzt wird. Mit Hilfe der Maske bzw. Schablone können die, unmittelbar an die Formoberfläche angrenzenden Formwerkzeug-Bereiche überdeckt werden, wodurch die PU-Deckschicht randseitig maßgenau und mit scharfen Kanten abschließen kann.
Zur weiteren Steigerung der Scharfkantigkeit und Maßhaltigkeit speziell an den Seitenrändern der Polyurethan-Deckschicht ist es von Vorteil, wenn die, die Formoberfläche begrenzende Maske eine möglichst geringe Materialstärke aufweist. Bevorzugt kann die Formoberfläche des Spritzgusswerkzeuges eine Narbstruktur mit einer vorgegebenen Narbtiefe aufweisen. Wie bereits oben erwähnt, ist eine dauerhafte innige sowie stoffschlüssige Verbindung zwischen dem PU-Lack und dem Polypropylen-Trägerwerkstoff von hoher Bedeutung für die Qualität des Kunststoff-Formteiles, und zwar trotz des einerseits unpolaren Polypropylens und des andererseits polaren Polyurethan-Lackes. Um dennoch eine innige, stoffschlüssige Verbindung dauerhaft zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Polyurethan-Lack nicht unmittelbar in den Polypropylen-Trägerwerkstoff übergeht, sondern vielmehr unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht. Die Haftvermittlerschicht kann unmittelbar nach dem Auftragen/Aufsprühen des PU-Lackes in einem folgenden Sprühvorgang oder gleichzeitig zusammen mit dem PU-Lack auf die Formoberfläche gesprüht werden. Am Ende der Lackapplikation wird dann der PU-Lack gegebenenfalls zusammen mit der Haftvermittlerschicht bei hoher Temperatur ausgehärtet und wird auch die Maske entnommen, zur Vorbereitung für den nachfolgenden Spritzgießvorgang. Für die Durchführung des Spritzgießvorgangs wird darauffolgend die Formkammer des Spritzgusswerkzeuges geschlossen und der Polypropylen-Trägerwerkstoff in fließfähiger Form über einen Einspritzkanal in die Formkammer eingespritzt.
Bevorzugt kann am Ende der Lackapplikation ein Abluftvorgang gestartet werden, der das Aushärten des PU-Lackes unterstützt. Die für das Ablüften des PU-Lackes erforderliche Temperatur beträgt in etwa 80°C. Die für den Spritzguss von Polypropylen erforderliche Werkzeugtemperatur liegt bei ca. 30°C. Die Temperaturen im Standard-Spritzgießprozess reichen daher nicht aus, um den PU-Lack vollständig abzulüften. Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, wenn der Abluftvorgang mit einer zusätzlichen variothermen Werkzeugbeheizung realisiert wird, bei der ein kurzzeitiges Aufheizen des Werkzeugs von 30°C auf 80°C für wenige Sekunden ermöglicht ist. Auf diese Weise können Zyklusverlängerungen verhindert werden. Dieses kurzzeitige Aufheizen erfolgt bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug im Anschluss an den Lackauftrag und vor dem Einspritzen des Kunststoffes.
Beim nachfolgenden Spritzgießen kann über einen seitlichen Filmanguss erfolgen, sodass der PU-Lack nicht ausgespült wird. Die in die Spritzgusskammer gespritzte PP-Kunststoffmasse kann vorzugsweise nicht direkt auf die PU-Lackschicht treffen, da diese sonst ausgespült werden könnte. Das Anspritzen kann daher bevorzugt zum Beispiel über Rippen erfolgen.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 bis 7 jeweils Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles veranschaulichen.
Wie aus den 1 bis 7 hervorgeht, ist das Herstellungsverfahren grob in einen ersten Verfahrensschritt, dessen Teilschritte anhand der 1 bis 4 veranschaulicht sind, und in einen zweiten Verfahrensschritt, dessen Teilschritte in den 5 bis 7 veranschaulicht sind, aufgeteilt. Im ersten Verfahrensschritt (1 bis 4) erfolgt eine Lackapplikation. Die Lackapplikation erfolgt im IMC-Verfahren (In Mould Coating) innerhalb eines zweiteiligen Spritzgusswerkzeuges 1 (5 und 6), das aus zwei Werkzeughälften 3, 5 aufgebaut ist, die im geschlossenen Zustand eine Formkammer 7 (5 und 6) definieren, die wiederum die Negativform des herzustellenden Kunststoff-Formteiles 33 (7) ist.
In der 1 ist lediglich die der einspritzseitigen, zweiten Werkzeughälfte 5 gegenüberliegende erste Werkzeughälfte 3 gezeigt, die innenseitig eine Narbstruktur 9 aufweist. Die Narbstruktur 9 ist in der 1 von Oberflächenbereichen 11 glatter Oberfläche begrenzt und weist eine vordefinierte Narbtiefe Δx auf, die in den 1 bis 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstabsgerecht, sondern vergrößert dargestellt ist. Zur Vorbereitung der Lackapplikation wird gemäß der 1 eine Maske 13 in die erste Werkzeughälfte 3 eingesetzt. Die Maske 13 weist eine Aussparung 15 auf. Deren Öffnungsrand 17 grenzt im eingesetzten Zustand (2) unmittelbar an die Narbstruktur 9 an, so dass die verbleibenden glatten Oberflächenbereiche 11 von der Maske 13 überdeckt sind, um diese vor Lacknebel zu schützen. Die Materialstärke Δs der Maske 13 ist dabei vorteilhaft möglichst dünn gewählt. In der 2 deckt die Maske 13 auch Bereiche des mit Kunststoff hinterspritzten Bereiches ab, um gegebenenfalls ein mehrfarbiges Bauteil herstellen zu können.
Anschließend wird gemäß der 2 auf die von der Maske 13 freigelegte Narbenstruktur 9 ein Trennmittel 19 mit Hilfe eines Sprühkopfes 21 einer Sprüheinrichtung aufgesprüht, um ein einfaches Entformen des herzustellenden Kunststoff-Formteiles 33 zu gewährleisten sowie um eine Haftverbindung zwischen dem Kunststoff-Formteil 33 und der Narbenstruktur 9 zu reduzieren. Nach erfolgter Auftragung des Trennmittels 19 wird in der 3 mit Hilfe eines weiteren Sprühkopfes 23 ein PU-Lack 25 auf die freigelegte Narbenstruktur 9 aufgesprüht. Gleichzeitig mit dem PU-Lack 25 oder darauffolgend kann bevorzugt auch ein Haftvermittler 27 aufgesprüht werden, wie es in der 3 angedeutet ist. Der Haftvermittler 27 ist notwendig, da die Kunststoffoberfläche (PP ist unpolar) ansonsten keine Haftung zum PU-Lack 25 eingehen würde. Bei Standardlackierungen im Stand der Technik werden diese Oberflächen beflammt. Eine solche Behandlung ist im IMC nicht möglich.
Die Lackapplikation des ersten Verfahrensschrittes (1 bis 4) endet mit einem in der 4 gezeigten Aushärtevorgang, bei dem der PU-Lack 19 gegebenenfalls mit der Haftvermittlerschicht 27 unter Beaufschlagung von Wärme ausgehärtet wird. Gleichzeitig wird zum Ende der Lackapplikation auch die Maske 13 aus der ersten Werkzeughälfte 3 entfernt und ein Abluftvorgang gestartet, der das Aushärten des PU-Lackes 25 unterstützt. Die Abluftzeit darf nicht zu kurz sein, da sich der Lackfilm 25 sonst nicht ausbildet und kein Lackübertrag zum Kunststoff stattfindet (Verwischen). Die Abluftzeit darf nicht zu lang sein, da der Lackfilm 25 sonst zu stark vernetzt/ausgehärtet ist und kein Lackübertrag zum Kunststoff stattfindet (Lack bleibt im Werkzeug).
Anschließend erfolgt im zweiten Verfahrensschritt (5 bis 7) ein Spritzgießvorgang. Hierzu werden zunächst die beiden Werkzeughälften 3, 5 des Spritzgußwerkzeuges 1 zusammengefahren, um die Formkammer 7 zu schließen. Anschließend wird der Polypropylen-Trägerwerkstoff 28 in flüssiger Form durch einen Einspritzkanal 29 in die Formkammer 7 eingespritzt, wie es in der 6 gezeigt ist. Nach Erkaltung der einströmenden Polypropylen-Schmelze bildet der PU-Lack 25 und der Polypropylen-Werkstoff 28 einen Kunststoffverbund 33, bei dem der PU-Lack 19 innig sowie stoffschlüssig mit dem Polypropylen 28 verbunden ist.
Die in der 2 gezeigte Aufbringung des Trennmittels 19 auf die Werkzeughälfte 3 kann gegebenenfalls entfallen, wenn die Werkzeughälfte 3 bereits eine entsprechende Trennmittel-Beschichtung aufweist. Gegebenenfalls kann der in der 3 angedeutete Prozessschritt zum Aufbringen des Haftvermittlers 27 entfallen, sofern der PU-Lack 25 und der Haftvermittler 27 in Kombination in einer gemeinsamen Mischung bereitgestellt werden. Die Aushärtung des PU-Lackes 25, gegebenenfalls mit dem Haftvermittler 27, kann durch einen Heizvorgang unterstützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Spritzgießwerkzeug
3, 5: erste und zweite Werkzeughälften
7: Formkammer
9: Narbstruktur
11: glatte Oberflächenbereiche
13: Maske
15: Aussparung
17: Öffnungsrand
19: Trennmittel
21, 23: Sprühkopf
25: PU-Lack
27: Haftvermittler
29: Einspritzkanal
31: Einspritzeinrichtung
33: Kunststoff-Formkörper
I, II: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2803144 C2 [0004]
DE 10053050 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugteiles in einem Formwerkzeug, insbesondere eines Fahrzeug-Interieurbauteiles, dessen sichtseitige Deckschicht (25) durch einen Polyurethan-Lack gebildet wird und dessen Trägerwerkstoff durch Polypropylen (31) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt (I) eine Lackapplikation erfolgt, bei der der Polyurethan-Lack (25) auf eine Formoberfläche (9) eines Spritzgusswerkzeugs (1) aufgetragen wird, und in einem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt (II) ein Spritzgießvorgang erfolgt, bei dem der auf die Formoberfläche (9) aufgetragene Polyurethan-Lack (25) mit Polypropylen (31) zur Bildung des Kunststoff-Formteils überspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethan-Lack (25) unter Zwischenlage einer Trennmittelschicht (27) auf die Formoberfläche (9) aufgetragen wird, und dass insbesondere das Trennmittel (19) vor der Lackapplikation auf die Formoberfläche (9) aufgesprüht wird, wobei das Trennmittel (19) insbesondere aus einem Wachsmaterial hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Lackapplikation und/oder beim Aufbringen des Trennmittels (19) die Formoberfläche (9) randseitig durch eine Maske (13) begrenzt ist, mit der die an die Formoberfläche (9) angrenzenden Formwerkzeug-Bereiche überdeckbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethan-Lack (25) unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht (27) vom Trägerwerkstoff (31) aus Polypropylen überspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Lackapplikation der Polyurethan-Lack (25) ausgehärtet wird und/oder die Maske (13) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (9) des Spritzgußwerkzeugs (1) eine Narbstruktur mit einer geeigneten Narbtiefe (Δx) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Formoberfläche (9) begrenzende Maske (13) eine möglichst geringe Materialstärke (Δs) aufweist, etwa eine Materialstärke im Bereich von 5 bis 10 mm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Lackapplikation die Formkammer (7) des Spritzgusswerkzeugs (1) geschlossen wird und der aus Polypropylen (31) hergestellte Trägerwerkstoff in fließfähiger Form eingespritzt wird.