DE102015114369B4 - Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils und Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils und Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils (1), wobei eine erste Kunststoffkomponente (10) mittels eines ersten Spritzgussschrittes hergestellt wird und wobei eine zweite Kunststoffkomponente (11) mittels eines zweiten Spritzgussschrittes an die erste Kunststoffkomponente (10) zumindest teilweise angespritzt oder überspritzt wird, sodass mit den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) ein Materialverbund gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil eines Randbereiches (12) entlang der Teilungslinie (13) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) mit einer Wärmequelle (14) in Form einer Acetylen-Gasflamme, einer Wasserstoff-Gasflamme oder einer Butan-Gasflamme aufgeheizt wird, um die beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) im Randbereich (12) miteinander zu versiegeln, wobei die Aufheizung der Kunststoffkomponenten (10, 11) über die Schmelztemperatur der Kunststoffkomponenten (10, 11) hinaus vorgenommen wird, sodass eine weiche Übergangskehle (16) im Randbereich (12) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) gebildet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils, wobei eine erste Kunststoffkomponente mittels eines ersten Spritzgussschrittes hergestellt wird und wobei eine zweite Kunststoffkomponente mittels eines zweiten Spritzgussschrittes an die erste Kunststoffkomponente zumindest teilweise angespritzt oder überspritzt wird, sodass mit den beiden Kunststoffkomponenten ein Materialverbund gebildet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit diesem Verfahren hergestelltes Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil, das als Abschlussscheibe einer Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die DE 10 2005 038 932 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils, und es wird eine erste Kunststoffkomponente mittels eines ersten Spritzgussschrittes hergestellt, und anschließend wird eine zweite Kunststoffkomponente mittels eines zweiten Spritzgussschrittes an die erste Kunststoffkomponente zumindest teilweise angespritzt oder überspritzt. Somit wird mit den beiden Kunststoffkomponenten ein Materialverbund gebildet.
  • Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils kommt auch zur Herstellung von Außenscheiben oder Deckscheiben für Rückleuchten für Kraftfahrzeuge zum Einsatz. Beispielsweise zeigt die DE 199 41 524 A1 eine Rückleuchte für ein Fahrzeug mit einer Abschlussscheibe, und zur Herstellung verschiedener Lichtfarben, beispielsweise einem roten Bremslicht und einem gelben Blinklicht, werden farbige Kunststoffkomponenten eingesetzt.
  • Die DE 10 2005 040 225 A1 offenbart ein mehrteiliges Bauelement, insbesondere eine Lichtscheibe einer Leuchteneinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einer Verbindungsnaht zwischen einem transparenten ersten und einem zweiten Teil, wobei das transparente erste Teil mit seiner Außenfläche eine bestimmungsgemäße Sichtseite bildet, wobei zwischen Verbindungsnaht und Außenfläche eine optisch abdeckende Fläche angeordnet ist, die wenigstens bereichsweise die Verbindungsnaht von der Sichtseite her abdeckt. Die technische Lehre betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mehrteiligen Bauelements.
  • Die DE 10 2013 211 518 A1 offenbart ein Verfahren zum Fertigen eines Leiterbahnstanzgitters sowie ein entsprechend fertigbares Leiterbahnstanzgitter. Ein mit Leiterbahnen versehenes Kernelement wird bereitgestellt und an ersten Teilbereichen mit einer ersten Kunststoffschicht umspritzt. Anschließend wird das Kernelement an zweiten Teilbereichen mit einer zweiten Kunststoffschicht umspritzt. Die erste und die zweite Kunststoffschicht überlappen einander seitlich in Überlappungsbereichen und hüllen das Kernelement gemeinsam vollständig ein. Die erste Kunststoffschicht weist andere optische Eigenschaften auf als die zweite Kunststoffschicht. Nach dem zweiten Umspritzen wird die erste Kunststoffschicht mit der zweiten Kunststoffschicht stoffschlüssig laserverschweißt. Dabei kann genutzt werden, dass zum Schweißen verwendetes Laserlicht in der tiefer liegenden ersten Kunststoffschicht aufgrund von beispielsweise integrierten Farbpigmenten stärker absorbiert wird als in der darüber liegenden beispielsweise transparenten zweiten Kunststoffschicht. Durch das Verschweißen können etwaige Spalte, die sich zwischen der ersten und der zweiten Kunststoffschicht ausbilden könnten und schädigendes Fluid von außen bis zu dem Kernelement gelangen lassen könnten, lokal geschlossen, so dass eine Schädigung des Kernelements durch eindringendes Fluid vermieden werden kann.
  • Wird, wie heute üblich, ein Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren zur Herstellung einer Abschlussscheibe einer Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs eingesetzt, insbesondere zur Herstellung der Deckscheibe einer Rückleuchte, wird zunächst eine erste Kunststoffkomponente durchgehend hergestellt, die die gesamte Deckfläche der Rückleuchte überspannt, und anschließend wird lokal begrenzt eine oder mehrere zweite Kunststoffkomponenten angespritzt, wobei das Verfahren vorzugsweise auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt wird, und es werden die lokal ausgebildeten Kuststoffkörper gespritzt, und anschließend wird die die gesamte Deckfläche der Rückleuchte und die einzelnen Kunststoffkörper überspannende Kunststoffkomponente angespritzt. Über dem Randbereich entlang der Teilungslinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten bilden sich unter bestimmten Voraussetzungen Schädigungen aus.
  • 4 zeigt beispielhaft einen Riss 18, der sich im Randbereich 12 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 bildet, wie bei bestehenden Kunststoffverbünden zu beobachten ist. Zusätzlich bildet sich im Randbereich ein Spalt 17, sodass Verunreinigungen, Verfärbungen und dergleichen die Folge sein können, die im Spritzgussbauteil stets zu vermeiden sind und ein derartiger Spalt 17 bildet häufig einen Ausgangspunkt zur Entstehung des Risses 18.
  • 5 zeigt eine gebildete Kerbe 19 im Randbereich 12 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11, die ebenfalls zu vermeiden ist.
  • Bei der Herstellung der Mehrkomponenten-Spritzgussbauteile bilden die beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 eine die Komponenten teilende Teilungslinie 13. Ursächlich für die Bildung von Spalten 17, Rissen 18 oder Kerben 19 in dem Randbereich 12 entlang der Teilungslinie 13 sind klimatische Einflüsse, vor allem wechselnde Feuchtigkeit und wechselnde Temperaturen sowie bzw. in Kombination mit dem Einfluss von Medien wie Alkoholen u.ä.. Aufgrund der dekorativen Wirkung, die auch Fahrzeug-Rückleuchten erfüllen, sind derartige Schadensbilder inakzeptabel.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils, bei dem die vorstehend beschriebenen Schädigungen nicht mehr auftreten. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils derart weiterzubilden, dass Spalte, Risse oder Kerben im Randbereich auf der Teilungslinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten nicht in Erscheinung treten.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass wenigstens ein Teil eines Randbereiches entlang der Teilungslinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten mit einer Wärmequelle in Form einer Acetylen-Gasflamme, einer Wasserstoff-Gasflamme oder einer Butan-Gasflamme aufgeheizt wird, um die beiden Kunststoffkomponenten im Randbereich miteinander zu versiegeln, wobei die Aufheizung der Kunststoffkomponenten über die Schmelztemperatur der Kunststoffkomponenten hinaus vorgenommen wird, sodass eine weiche Übergangskehle im Randbereich zwischen den beiden Kunststoffkomponenten gebildet wird.
  • Kerngedanke der Erfindung ist eine nach dem Spritzguss folgende Wärmebehandlung des Randbereiches entlang der Teilungslinie, um ein Versiegeln der beiden Kunststoffkomponenten zu erreichen. Unter einem Versiegeln der beiden Kunststoffkomponenten wird vorliegend ein Schließen eines Spaltes zwischen den beiden Kunststoffkomponenten verstanden, welcher Spalt nur wenige µm betragen kann und sich im Laufe des Betriebes des Materialverbundes vergrößert und erst dadurch sichtbar wird.
  • Das Ergebnis der Versiegelung besteht darin, dass ein kerbenfreier, spaltfreier Übergang von der Oberfläche der ersten Kunststoffkomponente in die Oberfläche der zweiten Kunststoffkomponente erzeugt wird, und der Stoffschluss zwischen den beiden Kunststoffkomponenten reicht bis an die Außenfläche der beiden Kunststoffkomponenten.
  • Beispielsweise umfassen die Kunststoffkomponenten jeweils ein PMMA-Kunststoff, und die Aufheizung des Randbereiches der Kunststoffkomponenten erfolgt vorteilhafterweise auf eine Temperatur von oberhalb 300 °C, beispielsweise bis 450 °C, bevorzugt auf eine Temperatur von 330 °C bis 370 °C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur von 350 °C. Damit liegt die Aufheiztemperatur über der Schmelztemperatur der Kunststoffkomponenten, sodass sich eine weiche Übergangskehle zwischen den beiden Kunststoffkomponenten im Randbereich bilden kann.
  • Die Durchführung der Aufheizung durch die Beflammung kann derart erfolgen, dass die Wärmequelle entlang der Teilungslinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten geführt wird. Die Führung der Wärmequelle entlang der Teilungslinie kann beispielsweise erfolgen mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 30 mm pro Sekunde bis 60 mm pro Sekunde, vorzugsweise 45 mm pro Sekunde.
  • Wird eine Wärmequelle mit einer Wasserstoff-Gasflamme verwendet, kann eine Düse mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,6 mm bis 1,2 mm und bevorzugt 0,8 mm verwendet werden, und es kann ein Düsenabstand zur Oberfläche des Randbereiches vorgesehen werden von beispielsweise 2 mm bis 5 mm und bevorzugt von 4 mm.
  • Besonders vorteilhafte Ergebnisse haben sich gezeigt, wenn der Gasdruck des Wasserstoffes beziehungsweise des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches 65 mbar beträgt. Die Beflammung kann zyklusneutral parallel zum Spritzgussprozess erfolgen, beispielsweise in einer separaten Roboterzelle. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass keine zusätzliche Zykluszeitverlängerung bewirkt wird, beispielsweise wenn der Spritzguss und die Beflammung taktgleich bei Herstellung einer Vielzahl von Spritzgussbauteilen erfolgen.
  • Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist und die Abschlussscheibe einer Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs bildet. Dabei weist wenigstens ein Teil eines Randbereiches entlang der Teilungslinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten eine Wärmeeinflusszone und eine weiche Übergangskehle zwischen den beiden Kunststoffkomponenten auf.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • 1 Eine schematische Ansicht von zwei Kunststoffkomponenten, die im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren aneinander angespritzt sind, wobei ein Randbereich zwischen den beiden Kunststoffkomponenten das Detail Z bildet,
    • 2 eine schematische Ansicht des Details Z gemäß 1,
    • 3 eine Ansicht des Randbereichs der beiden Kunststoffkomponenten mit einer im Randbereich geschlossenen Übergangskehle durch die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 4 einen Stand der Technik eines Randbereiches zwischen zwei Kunststoffkomponenten mit einem Schädigungsbild in Form eines Risses und
    • 5 einen Stand der Technik eines Randbereiches zwischen zwei Kunststoffkomponenten mit einer Kerbe, die als Schwachstelle und Ausgangsschädigung eines Risses zu vermeiden ist.
  • 1 zeigt eine teilweise, schematische Ansicht eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils 1 mit einer ersten Kunststoffkomponente 10 und mit einer zweiten Kunststoffkomponente 11. Die beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 sind im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt, indem die erste Kunststoffkomponente 10 mittels eines ersten Spritzgussschrittes hergestellt wird und wobei die zweite Kunststoffkomponente 11 an die erste Kunststoffkomponente 10 angespritzt wird. Somit wird der gezeigte Materialverbund gebildet, der beispielsweise die Abschlussscheibe einer Rückleuchte eines Fahrzeugs bilden kann. Beispielsweise ist die erste Kunststoffkomponente 10 durchgehend ausgebildet und überspannt die gesamte Rückleuchte. Die Komponente 11 kann beispielsweise eine lokal begrenzte eingefärbte Komponente sein, etwa zur Bildung eines roten Bremslichtes oder eines gelben Blinklichtes.
  • Zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 bildet sich eine Teilungslinie 13 im Randbereich 12 aus, die insbesondere umlaufend ausgebildet ist, und die Kunststoffkomponenten 10 und 11 vollumfänglich umschließt. Dabei müssen nicht beide Kunststoffkomponenten 10 und 11 im Randbereich 12 abschließen, und es ist ebenso möglich, dass eine Kunststoffkomponente 10 oder 11 die jeweils andere Kunststoffkomponente 10, 11 überragt. Das Detail Z im Randbereich 12 ist in 2 vergrößert dargestellt.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details Z im Randbereich 12 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11. Weiterhin ist schematisch eine Wärmequelle 14 gezeigt, die sehr kurzzeitig auf den Randbereich 12 einwirkt und diesen aufheizt. Beispielsweise wird die Wärmequelle 14 zur Ausführung des Verfahrens entlang der Teilungslinie 13 bewegt, sodass sich über der Länge der Teilungslinie 13 eine Wärmeeinflusszone 15 bildet.
  • 3 zeigt einen behandelten Wärmebereich 12 nach einer Wärmebeeinflussung, und durch die kurzzeitige Aufheizung des Randbereiches 12 entlang der Teilungslinie 13 bildet sich im Randbereich 12 eine Kehle 16 aus. Die Kehle 16 bildet sich aufgrund einer Versiegelung aus, indem die Kunststoffkomponenten 10 und 11 kurzzeitig über Schmelztemperatur aufgeheizt wurden, beispielsweise auf 350 °C. Durch die kurzzeitige Aufschmelzung der Kunststoffkomponenten, die lediglich im Randbereich 12 erfolgt, kann sich eine gemeinsame Schmelze der beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 bilden, die jedoch nicht zwingend eine Durchmischung aufweisen muss.
  • Die 4 und 5 zeigen einen Stand der Technik mit Schädigungen im Randbereich 12 entlang der Teilungslinie 13 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11. 4 zeigt einen Riss 18, der auf einen gebildeten Spalt 17 hin zwischen die beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11 hineinwandert. 5 zeigt eine Kerbe 19 im Randbereich 12 entlang der Teilungslinie 13 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10 und 11, die prozessbedingt auftreten kann und eine Ausgangsschädigung zur Bildung des Spaltes 17 in Erscheinung tritt. Die Schädigung kann sich bilden aufgrund von klimatischen Einflüssen, vor allem durch wechselnde Feuchtigkeit und wechselnde Temperaturen sowie Medieneinflüsse.
  • Beide Schadensbilder gemäß 4 und gemäß 5 können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden, indem, wie in 3 gezeigt, durch die Aufheizung mit der Wärmequelle 14 eine weiche Übergangskehle 16 als rissfreier, spaltfreier Übergang zwischen der Oberfläche der ersten Kunststoffkomponente 10 und der Oberfläche der zweiten Kunststoffkomponente 11 gebildet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil
    10
    erste Kunststoffkomponente
    11
    zweite Kunststoffkomponente
    12
    Randbereich
    13
    Teilungslinie
    14
    Wärmequelle
    15
    Wärmeeinflusszone
    16
    Kehle
    17
    Spalt
    18
    Riss
    19
    Kerbe

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils (1), wobei eine erste Kunststoffkomponente (10) mittels eines ersten Spritzgussschrittes hergestellt wird und wobei eine zweite Kunststoffkomponente (11) mittels eines zweiten Spritzgussschrittes an die erste Kunststoffkomponente (10) zumindest teilweise angespritzt oder überspritzt wird, sodass mit den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) ein Materialverbund gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil eines Randbereiches (12) entlang der Teilungslinie (13) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) mit einer Wärmequelle (14) in Form einer Acetylen-Gasflamme, einer Wasserstoff-Gasflamme oder einer Butan-Gasflamme aufgeheizt wird, um die beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) im Randbereich (12) miteinander zu versiegeln, wobei die Aufheizung der Kunststoffkomponenten (10, 11) über die Schmelztemperatur der Kunststoffkomponenten (10, 11) hinaus vorgenommen wird, sodass eine weiche Übergangskehle (16) im Randbereich (12) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffkomponenten (10, 11)jeweils ein PMMA Kunststoff umfassen und auf eine Temperatur von oberhalb 300°C, bevorzugt auf 330°C bis 370°C und besonders bevorzugt auf 350°C aufgeheizt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (14) entlang der Teilungslinie (13) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) geführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle (14) entlang der Teilungslinie (13) 30mm/s bis 60mm/s, vorzugsweise 45mm/s beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer Gasdüse der Wärmequelle (14) zum aufzuheizenden Randbereich (12) 3mm bis 5 mm und bevorzugt 4mm beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Randbereiches (12) zykluszeitneutral während eines Spritzgussprozesses oder zwischen zwei Spritzgussprozessen ausgeführt wird.
  7. Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6 und ausgebildet als Abschlussscheibe einer Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil eines Randbereiches (12) entlang der Teilungslinie (13) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) eine Wärmeeinflusszone und eine weiche Übergangskehle (16) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (10, 11) aufweist.
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