DE102013018578B4

DE102013018578B4 - Verfahren zur Herstellung eines polyurethanüberfluteten Kunststoffbauteils

Info

Publication number: DE102013018578B4
Application number: DE102013018578.5A
Authority: DE
Inventors: Berthold Esders
Original assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: DE102013018578A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines polyurethanüberfluteten Kunststoffbauteils,wobei das Kunststoffbauteil durch Hinterspritzen einer Kunststofffolie gefertigt wird, undwobei das Kunststoffbauteil in die Formkavität eines Überflutungswerkzeugs eingebracht wird,und die Kunststofffolie in der Formkavität mit Polyurethan überflutet wird,dadurch gekennzeichnet,dass die Kunststofffolie (1) mehrere zu überflutende Folienabschnitte (2) aufweist, die über Verbindungsabschnitte (3, 5, 6) miteinander verbunden sind,dass die Formkavität mehrere Kammern (11) ausbildet, die über Verbindungskanäle (7) miteinander verbunden sind und die jeweils einen zu überflutenden Folienabschnitt (2) der Kunststofffolie (1) überdecken, wobei die Folienabschnitte (2) die Kammern polyurethandicht abschließen,dass das Polyurethan (18) mit einem Schuss zugleich in sämtliche Kammern (11) der Formkavität eingebracht wird,und dass die Kunststofffolie (1) in ein Hinterspritzungswerkzeug (15) eingelegt wird und auf der nicht überfluteten Seite mit einem Kunststoff (16) hinterspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polyurethanüberfluteten Kunststoffbauteils, wobei das Kunststoffbauteil durch Hinterspritzen einer Kunststofffolie gefertigt wird, und wobei das Kunststoffbauteil in die Formkavität eines Überflutungswerkzeugs eingebracht wird, und die Kunststofffolie in der Formkavität mit Polyurethan überflutet wird.
Es ist bekannt, Kunststoffbauteile, wie beispielsweise eine mit einem Kunststoff hinterspritzte Kunststofffolie, mit Polyurethan zu beschichten. Bisher wird aus Komplexitätsgründen, insbesondere bei der Folienüberflutung, immer ein möglichst großes Bauteil hergestellt. Der Grund dafür liegt unter anderem daran, dass gebräuchliche Überflutungsanlagen ein sogenanntes Mindestschussvolumen aufweisen, welches die Mindestmenge des Beschichtungsmaterials bezeichnet, die bei einem Einspritzvorgang („Schuss“) in eine Formkavität des Werkzeugs gedrückt wird.
Hierdurch ist die wirtschaftliche Fertigung kleiner überfluteter Kunststoffbauteile, wie beispielsweise von aus Kunststoff bestehenden einzelnen Tastenkappen, kaum möglich, da das Mindestschussvolumen im Allgemeinen ein Vielfaches der Menge darstellt, welches man zum Überfluten solcher kleinen Kunststoffbauteile benötigt.
Nach dem Stand der Kunststofftechnik ist ein Abdichten über Metallflächen innerhalb von Spritzwerkzeugen nicht möglich, da das Überflutungsmaterial sehr niedrigviskos ist und somit auch in feinste Spalte fließt. Mit einer höheren Anzahl von Kavitäten und der Zunahme von Dichtflächen vervielfacht sich die Dichtungsproblematik.
Die Druckschrift WO 2005/ 070 647 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dekorativen Kunststoffverbundwerkstoffen mit einer dekorativen Schicht, einer Trägerschicht und einer klaren Außenschicht, die eine hohe „Bildtiefe“ bietet. Dekorative oder schützende Applikationen mit dekorativen Mustern können durch Spritzgießen einer dahinter liegenden Trägerschicht und einer klaren Außenschicht auf der Oberseite einer dünnen Folie, eines Films, eines Gewebes oder eines Furniers gebildet werden.
Die Druckschrift CH 705 064 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer multifunktionalen Funktionseinheit mit einer starren Trägerstruktur, bei der Bedienelemente und/oder Anzeigeelemente hinter einer transparenten Oberflächenschicht angeordnet sind, die im Wesentlichen über die gesamte Funktionseinheit durchgehend ist. Das Verfahren umfasst das Stanzen eines Positionierlochs in eine transparente Kunststofffolie mit einer Dicke im Bereich von 0,1-0,4 mm; das Positionieren der Folie in einer Spritzgussform unter Verwendung des Positionierlochs, mit einem entsprechenden Positioniermittel zum Eingriff in das Positionierloch; das Hinterspritzen der Folie zur Bildung eines Kunststoffträgers auf der ersten Seite, wobei die Spritzgussform so ausgebildet ist, dass die Kunststofffolie, wenn sie nicht an den Bedien- und/oder Anzeigeelementen hinterspritzt wird, auf der zweiten Seite mit einer transparenten aushärtenden Vergussmasse zur Bildung einer durchgehenden transparenten Oberflächenschicht überflutet wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 08 276 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Verschmelzung eines Überzugs aus unähnlichem Material mit der Innen- oder Außenseite eines zylindrischen Teils mit geschlossenem Ende oder eines Teils hiervon, beispielsweise einer standardmäßigen Schraubkappe eines Behälters, bekannt. Das System verwendet einen Standardmatrizensatz in einer Spritzgießmaschine und das Beschichtungsgerät schiebt einen Film unähnlichen Materials zwischen dem Kern und dem Hohlraumteil des Matrizensatzes in deren offenen Stellung vor.
Der Teil des verwendeten Films in der Beschichtung wird vom Film ausgeschnitten, bevor der Film zum Beginn des nächsten Gießzyklus vorgeschoben wird.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das sowohl die Möglichkeit bietet mehrere kleine Kunststoffbauteile zu überfluten und zugleich das vorgenannte Abdichtungsproblem löst.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch durch ein Verfahren zur Herstellung eines polyurethanüberfluteten Kunststoffbauteils gemäß der Merkmalskombination des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, Kunststoffbauteile als überflutete und hinterspritzte Folienabschnitte herzustellen, wobei bei der Fertigung mehrere Folienabschnitte als Abschnitte einer Kunststofffolie einstückig über Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind und in jeweils einem Verfahrensschritt gemeinsam mit Polyurethan überflutet und in einem weiteren Verfahrensschritt gemeinsam mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt werden.
Für den erstgenannten Verfahrensschritt weist das Überflutungswerkzeug eine Formkavität auf, die durch Zwischenwände in mehrere separate Kammern unterteilt ist, wobei jede Kammer jeweils eines der miteinander verbundenen Folienabschnitte überdeckt. Zwischen den Kammern weist die Formkavität entlang der Verbindungsabschnitte der Kunststofffolie Verbindungskanäle auf, so dass in die Formkavität eingeschossenes Polyurethan sich über die Verbindungskanäle in sämtliche Kammern der Formkavität verteilt und so alle Folienabschnitte überflutet.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird die so überflutete Kunststofffolie als Zwischenprodukt in ein Hinterspritzungswerkzeug eingelegt und sämtliche Folienabschnitte mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt. In einem abschließenden Verfahrensschritt werden die überfluteten und hinterspritzten Folienabschnitte durch einen Schneidprozess, beispielsweise mittels eines Lasers oder durch Freistanzen, voneinander getrennt.
Hierdurch wird es auf wirtschaftliche Weise möglich, auch sehr kleine Kunststoffbauteile mit einer polyurethanüberfluteten Oberfläche herzustellen.
Nachfolgend werden Details dieses Verfahrens anhand der Zeichnung skizzenhaft dargestellt und näher erläutert. In der 1 ist eine Kunststofffolie 1 dargestellt, die aus vier gleichartig geformten Folienabschnitten 2 besteht, welche über stegartige Verbindungsabschnitte 3, 5, 6 miteinander verbunden sind. Die dargestellte Kunststofffolie 1 ist einstückig ausgeführt und vorzugsweise aus einer hier nicht dargestellten Folienbahn ausgestanzt worden.
Die Folienabschnitte 2 sind dazu vorgesehen, später jeweils die Oberfläche eines relativ kleinen Kunststoffbauteils auszubilden, vorzugsweise eines Bedienelements, welches nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielhaft als Tastenkappe bezeichnet ist. Die Folienabschnitte 2 sind vorab jeweils mit einer Bedruckung 20 versehen worden, welche die Funktion des herzustellenden Bedienelements erkennbar macht. Zum Schutz dieser Bedruckung 20 und zur Ausbildung einer hochwertigen Optik und Haptik werden diese Oberflächen jeweils mit einer Polyurethanüberflutung versehen.
Die 1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausformung der Kunststofffolie 1, wobei Randabschnitte 4 und Verbindungsabschnitte 3, 5, 6 der Kunststofffolie 1 als schwarz gefärbte Bereiche dargestellt sind. Diese Farbgebung soll nur zur Verdeutlichung der genannten Bereiche der Kunststofffolie 1 dienen; tatsächlich besteht die gesamte Kunststofffolie 1, abgesehen von der erwähnten Bedruckung 20, aus einem einheitlichen Folienmaterial.
Die 2 bis 6 zeigen jeweils skizzenhaft ein Querschnittsbild eines möglichen Überflutungswerkzeugs 24 zur Überflutung einer Kunststofffolie 1 mit Polyurethan. Erkennbar sind ein Werkzeugunterteil 9, ein Werkzeugoberteil 8, Dichtungsbereiche 10, in dem sich ein besonders druckfest ausgeführtes Dichtelement aus Metall, Kunststoff oder Silikon befindet, sowie ein Querschnitt eines Verbindungskanals 7 in einer Zwischenwand 21 zwischen zwei Kammern 11 des Überflutungswerkzeugs 24.
Die Kunststofffolie 1 wird entweder, wie in der 2 dargestellt, in das Werkzeugoberteil 8 eingelegt oder im Werkzeugunterteil 9 aufgelegt, wobei die in der 1 dargestellten Folienabschnitte 2 jeweils die Öffnung einer Kammer 11 abschließen und die Verbindungsabschnitte 3 der Kunststofffolie 1 die offene Längsseite des Verbindungskanals 7 abdecken.
Durch ein Zusammenführen von Werkzeugoberteil 8 und Werkzeugunterteil 9 (3) schließt das Überflutungswerkzeug 24, wodurch außerdem die Dichtungsbereiche 10 auf den Randabschnitten 4 der Kunststofffolie 1 zur Anlage kommen. Das Werkzeugoberteil 8 kann, hier nicht dargestellte, angeformte feine Keilstrukturen aufweisen, die sich in die Kunststofffolie 1 einprägen und so zur Kunststofffolie 1 einen Formschluss herstellen. Hierdurch ist die jeweilige Kammer 11 soweit abgedichtet, dass selbst dünnflüssige Fluide nicht mehr nach Außen dringen können. Einzig in den Figuren nicht dargestellte Materialeinspritz- und Überlauföffnungen bleiben geöffnet.
Die 4 zeigt einen Längsschnitt B-B (siehe 1) durch das Überflutungswerkzeug entlang der Verbindungskanäle 7. Das als Überflutungsmaterial vorgesehene Polyurethan 18 wird mit einem Schuss zugleich in alle über die Verbindungskanäle 7 miteinander verbundene Kammern 11 eingespritzt und härtet dort nach einer vorgebbaren Verweilzeit aus (5).
Nach dem Öffnen des Überflutungswerkzeugs 24, dargestellt in der 6, kann die überflutete Kunststofffolie 1 als Zwischenprodukt 12 entnommen werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, den die 7 verdeutlichen soll, wird die überflutete Kunststofffolie 12 in ein Hinterspritzungswerkzeug 15, bestehend aus einer Kavitätsform 13 und einer Hohlform 25 eingelegt. Die Hohlform 25 kann insbesondere Ausnehmungen 14 zur Ausformung insbesondere von Führungselementen, Halterungen, Anbindungen oder ähnlichem aufweisen. Diese dienen der späteren Befestigung der herzustellenden Tastenkappe, beispielsweise an einen elektrischen Schalter.
Sobald das Hinterspritzungswerkzeug 15, wie in der 8 gezeigt, geschlossen ist, wird über ein nicht dargestelltes Angusssystem ein Kunststoff 16 in die Hohlraum 19 eingespritzt (9). Wenn dieser Prozessschritt abgeschlossen ist, kann das überflutete und hinterspritzte Kunststoffbauteil, ausgeführt als Folienverbundteil 17, entnommen werden (10).
In einem letzten Prozessschritt, dargestellt in der 11, wird das Folienverbundteil 17 durch ein Schneidwerkzeug 22 durch Stanzen, Fräsen oder Lasern in einzelne Kunststoffbauteile 23 separiert.
Es kann auch zweckmäßig sein, alternativ die Verfahrenschritte Überfluten und Hinterspritzen in umgekehrter Reihenfolge vorzusehen. In diesem Fall wird zunächst eine Kunststofffolie 1 zuerst in ein Hinterspritzungswerkzeug 15 eingelegt, wo ein Anspritzen von Führungselementen erfolgt. Anschließend wird in einem Überflutungswerkzeug 24 die hinterspritzten Kunststofffolie 1 mit Polyurethan 18 überflutet. Nach dem Beenden dieser Prozessreihe erfolgt dann ein Freischneiden in einzelne Kunststoffbauteile wie in der 11 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Kunststofffolie
2: Folienabschnitte
3: Verbindungsabschnitt
4: Randabschnitte
5: Verbindungsabschnitt
6: Verbindungsabschnitt
7: Verbindungskanäle
8: Werkzeugoberteil
9: Werkzeugunterteil
10: Dichtungsbereiche
11: Kammer(n)
12: überflutete Kunststofffolie (Zwischenprodukt)
13: Kavitätsform
14: Ausnehmungen
15: Hinterspritzungswerkzeug
16: Kunststoff
17: Folienverbundteil
18: Polyurethan
19: Hohlraum
20: Bedruckung
21: Zwischenwand
22: Schneidwerkzeug
23: Kunststoffbauteil
24: Überflutungswerkzeug
25: Hohlform

Claims

Verfahren zur Herstellung eines polyurethanüberfluteten Kunststoffbauteils, wobei das Kunststoffbauteil durch Hinterspritzen einer Kunststofffolie gefertigt wird, und wobei das Kunststoffbauteil in die Formkavität eines Überflutungswerkzeugs eingebracht wird, und die Kunststofffolie in der Formkavität mit Polyurethan überflutet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (1) mehrere zu überflutende Folienabschnitte (2) aufweist, die über Verbindungsabschnitte (3, 5, 6) miteinander verbunden sind, dass die Formkavität mehrere Kammern (11) ausbildet, die über Verbindungskanäle (7) miteinander verbunden sind und die jeweils einen zu überflutenden Folienabschnitt (2) der Kunststofffolie (1) überdecken, wobei die Folienabschnitte (2) die Kammern polyurethandicht abschließen, dass das Polyurethan (18) mit einem Schuss zugleich in sämtliche Kammern (11) der Formkavität eingebracht wird, und dass die Kunststofffolie (1) in ein Hinterspritzungswerkzeug (15) eingelegt wird und auf der nicht überfluteten Seite mit einem Kunststoff (16) hinterspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (1) zuerst mit einem Kunststoff (16) hinterspritzt und danach mit Polyurethan (18) überflutet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienabschnitte (2) noch vor dem Überfluten mit einer Bedruckung (20) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überfluteten und hinterspritzten Folienabschnitte (2) der Kunststofffolie (1) abschließend durch Auftrennen der Verbindungsabschnitte (3, 5, 6) voneinander getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienabschnitte (2) der Kunststofffolie (1) und die Verbindungsabschnitte (3, 5, 6) einstückig aus dem gleichen Material bestehen.