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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
WO 2019/081315 A1 beschrieben, ein Fahrzeuganbauteil mit integriertem Kameramodul bekannt. Das Fahrzeuganbauteil umfasst eine Abdeckung, die zumindest teilweise aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff besteht, ein Trägerteil für ein Kameramodul und ein Kameramodul mit mindestens einer Kameralinse. Der transparente thermoplastische Kunststoff der Abdeckung weist an der Innenseite eine lokale Verdickung und/oder eine lokale Ausdünnung auf. Das Kameramodul ist derartig in dem Trägerteil aufgenommen, dass die mindestens eine Kameralinse des Kameramoduls der Verdickung und/oder der Ausdünnung unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist.
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In der
WO 2010/063413 A1 werden ein verklebtes Kunststoff-Verbundbauteil, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein daraus hergestelltes Bauteil beschrieben. Das Kunststoff-Verbundbauteil besteht aus einem Kunststoffbauteil, enthaltend eine Rippenstruktur und mit den Rippen verklebte Stützprofile, die mit ihrer Längskante senkrecht oder annähernd senkrecht auf dem Kunststoffgrundkörper stehen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2008 053 663 A1 beschreibt einen Datenträger sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen des Datenträgers. In spritzgegossenen, kartenförmigen tragbaren Datenträgern wie Kreditkarten und Ausweiskarten werden Nachahmungen von Oberflächentiefprägungen und -hochprägungen beim Spritzgießen erzeugt. Dazu werden in die Spritzgußform austauschbare Spritzgußformelemente derart eingesetzt, dass sie einen Teil der formgebenden Spritzgußformoberfläche mit durch Materialaussparungen und/oder Materialerhebungen in die Oberfläche des Datenträgers einzubringenden Individualisierungsdaten in Form eines Reliefnegativs bilden. Der Einspritzdruck drängt dann das Spritzgießmaterial in das Reliefnegativ oder drängt eine in die Spritzgussform eingelegte Kartendeckfolie in das Reliefnegativ, so dass der fertige Datenträger auf seiner äußeren Oberfläche das entsprechende Reliefpositiv abbildet.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 1 780 662 A1 beschreibt ein verstärktes Chipkartenmodul und ein Herstellungsverfahren dafür. Das Chipkartenmodul verfügt über einen integrierten Schaltkreis, der auf einer Seite eines Metallgitters angeordnet ist und Kontaktklemmen umfasst, die über Überbrückungsdrähte mit den Kontaktzonen des Gitters verbunden sind. Ein seitlich geformtes Beschichtungsmaterial bedeckt den integrierten Schaltkreis und die Drähte. Eine Verstärkungsfläche, die aus einer Metallschicht und/oder einer Isolierschicht besteht, wird auf das Beschichtungsmaterial gelegt, und ein isolierendes Substrat wird auf das Gitter gelegt, wobei die Fläche eine Dicke von etwa 50 bis 110 Mikrometern aufweist. Zudem wird ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung des Chipkartenmoduls beschrieben, bei dem der integrierte Schaltkreis auf das Metallgitter gelegt und dann eine elektrische Verbindung zwischen diesen Teilen hergestellt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils wird auf einer Dekorfolie eine Kunststoffschicht aus einem transparenten Kunststoff ausgebildet, indem die Dekorfolie in einem Spritzgusswerkzeug mit dem transparenten Kunststoff hinterspritzt wird. Dadurch wird zunächst ein Dekorhalbzeug ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird danach in das Spritzgusswerkzeug und beabstandet zur Kunststoffschicht auf der Dekorfolie eine Funktionsfolie eingelegt und in einen Hohlraum zwischen der Funktionsfolie und der Kunststoffschicht wird ein Kunststoff eingespritzt. Dadurch wird eine Verbindungsschicht aus Kunststoff zwischen dem Dekorhalbzeug und der Funktionsfolie zum Verbinden, insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, des Dekorhalbzeugs mit der Funktionsfolie ausgebildet. Die Funktionsfolie weist zweckmäßigerweise mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil auf, welches durch das Einspritzen des Kunststoffs in den Hohlraum in diesen Kunststoff und somit in die Verbindungsschicht eingegossen wird, vorteilhafterweise eine Mehrzahl solcher elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteile.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden problematische Oberflächenerscheinungen, beispielsweise Einfallstellen und Abzeichnungen der elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteile, vermieden, wie dies im Stand der Technik bei Oberflächen von Spritzgussbauteilen der Fall sein kann. Dies wird dadurch erreicht, dass zuerst die Oberfläche des Bauteils hergestellt wird, welche durch die Dekorfolie mit der Kunststoffschicht, d. h. durch das Dekorhalbzeug, gebildet wird. Da bei dieser Ausbildung der Oberfläche des Bauteils noch keine elektrischen oder elektronischen Bauteile vorhanden sind, können die beschriebenen nachteiligen Effekte, insbesondere Einfallstellen durch Materialdickenunterschiede, nicht auftreten. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise eine nahezu perfekte so genannte „Class A“-Fläche hergestellt werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit zuerst die sichtbare Oberfläche des Bauteils hergestellt, indem die Dekorfolie in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem transparenten Kunststoff, vorzugsweise Polycarbonat (PC), hinterspritzt wird, um das Dekorhalbzeug auszubilden. Dann wird die Funktionsfolie in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer Wendeplatte einer Wendeplattenspritzgussmaschine, mittels welcher das Verfahren durchgeführt wird. Die Funktionsfolie wird dabei derart im Spritzgusswerkzeug angeordnet, dass sie vorteilhafterweise mit der Seite, auf welcher das mindestens eine elektrische, insbesondere elektronische, Bauteil angeordnet ist, in Richtung der Kunststoffschicht auf der Dekorfolie weist und von dieser beabstandet ist, so dass ein Hohlraum zwischen der Funktionsfolie und dieser Kunststoffschicht auf der Dekorfolie vorhanden ist, in welche dann der Kunstsoff zur Ausbildung der Verbindungsschicht eingespritzt wird, um mittels dieses Kunststoffs das durch die Dekorfolie und ihre Kunststoffschicht gebildete Dekorhalbzeug mit der Funktionsfolie zu verbinden und vorteilhafterweise gleichzeitig das mindestens eine elektrische, insbesondere elektronische, Bauteil auf der Funktionsfolie in diesen Kunststoff einzugießen.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das auf die oben beschriebene Weise ausgebildete Dekorhalbzeug während des Einlegens der Funktionsfolie in das Spritzgusswerkzeug nicht aus dem Spritzgusswerkzeug entnommen wird, sondern darin verbleibt. Dadurch kann sich kein kunststoffspezifischer Schrumpf bilden und in Verbindung mit der Dekorfolie wird eine Maßhaltigkeit sichergestellt und ein Verzug wird minimiert. Das Verfahren ermöglicht dabei beispielsweise auch die Verarbeitung von dreidimensional verformten Dekorfolien und Funktionsfolien auf die beschriebene Weise. D. h. die Dekorfolie und die Funktionsfolie können vor dem Spritzgießen entsprechend dreidimensional verformt werden oder es können bereits verformte Dekorfolien und Funktionsfolien verwendet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich vorteilhafterweise um einen Zwei-Komponenten-Spritzguss, auch als 2K-Spritzguss bezeichnet, wobei vorteilhafterweise der gleiche transparente Kunststoff, insbesondere Polycarbonat, zum Hinterspritzen der Dekorfolie und somit zum Ausbilden der Kunststoffschicht auf der Dekorfolie und ebenfalls zum Einspritzen in den Hohlraum und somit zum Ausbilden der Verbindungsschicht zum Verbinden des ausgebildeten Dekorhalbzeugs mit der Funktionsfolie verwendet wird. Es handelt sich dann somit um einen Sonderfall des Zwei-Komponenten-Spritzgusses, da beide gespritzten Kunststoffkomponenten, d. h. die Kunststoffschicht auf der Dekorfolie und die Verbindungsschicht, aus dem gleichen Kunststoff sind.
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Durch diese Verwendung des gleichen Kunststoffs, insbesondere Polycarbonat, zum Hinterspritzen der Dekorfolie und somit zum Ausbilden der Kunststoffschicht auf der Dekorfolie und ebenfalls zum Einspritzen in den Hohlraum und somit zum Ausbilden der Verbindungsschicht zum Verbinden des ausgebildeten Dekorhalbzeugs mit der Funktionsfolie verbindet sich der Kunststoff der Kunststoffschicht auf der Dekorfolie vollständig mit dem in den Hohlraum eingespritzten Kunststoff der Verbindungsschicht und somit verbinden sich die Dekorfolie und die Funktionsfolie über diesen Kunststoff vollständig miteinander, so dass ein so genannter monolithischer Aufbau ausgebildet wird. Des Weiteren wird durch das beschriebene Verfahren eine hohe Maßhaltigkeit erreicht, da Verzüge, die durch die Dekorfolie und die Funktionsfolie entstehen, ausgeglichen werden.
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Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bauteil ist insbesondere ein Fahrzeugbauteil, d. h. ein Bauteil für ein Fahrzeug.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Funktionsfolie in einer Draufsicht von oben,
- 2 schematisch ein Abschnitt einer Funktionsfolie und einer Dekorfolie in einer Seitenansicht,
- 3 schematisch ein erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines Bauteils,
- 4 schematisch ein zweiter Verfahrensschritt zur Herstellung eines Bauteils,
- 5 schematisch ein dritter Verfahrensschritt zur Herstellung eines Bauteils,
- 6 schematisch ein vierter Verfahrensschritt zur Herstellung eines Bauteils, und
- 7 schematisch ein Abschnitt eines hergestellten Bauteils in einer Seitenansicht.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Funktionsfolie 1 in einer Draufsicht von oben. Auf dieser Funktionsfolie 1 sind im dargestellten Beispiel eine Mehrzahl elektronischer Bauteile 2 angeordnet. Im hier dargestellten Beispiel sind dies zwölf LED und zwei Controller. Des Weiteren sind beispielsweise weitere elektronische Bauteile 2 und gedruckte Leiterbahnen vorhanden, die in dieser vereinfachten schematischen Darstellung nicht gezeigt sind.
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Zum Schutz der elektronischen Bauteile 2 und um eine optisch vorteilhafte Oberfläche zu erzielen, könnte eine solche Funktionsfolie 1 beispielsweise mit einem Kunststoff umspritzt werden, insbesondere in einem Ein-Komponenten-Spritzguss, auch als 1K-Spritzguss bezeichnet. Problematisch hierbei ist jedoch, dass durch die elektronischen Bauteile 2 Einfallstellen im Spritzguss, d. h. in dem gespritzten Kunststoff, entstehen können. Zudem kann die Verwendung der Funktionsfolie 1 die Herstellung eines maßhaltigen Bauteils 3 erschweren.
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Im Folgenden wird daher ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 3, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, beschrieben, welches diese Nachteile vermeidet, d. h. welches Einfallstellen im Spritzguss durch die elektronischen Bauteile 2 vermeidet und eine Erzeugung eines maßhaltigen Bauteils 3 trotz der Verwendung der Funktionsfolie 1 und einer Dekorfolie 4 ermöglicht, wie in 2 gezeigt. Die Dekorfolie 4 soll hierbei eine sichtbare Oberfläche des hergestellten Bauteils 3 bilden und einen hochwertigen optischen Eindruck erzeugen. Insbesondere wird mittels des Verfahrens die Herstellung eines Bauteils 3 mit einer so genannten „Class A“-Oberfläche ermöglicht.
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Um dies zu ermöglichen, wird, wie in 3 gezeigt, in einem ersten Verfahrensschritt die Dekorfolie 4 in ein Spritzgusswerkzeug 5 einer Spritzgussmaschine eingelegt. Anschließend wird in einem in 4 gezeigten zweiten Verfahrensschritt diese Dekorfolie 4 mit einem transparenten Kunststoff, vorzugsweise Polycarbonat (PC), hinterspritzt, so dass auf der Dekorfolie 4, insbesondere auf einer Rückseite der Dekorfolie 4, eine Kunststoffschicht 6 aus dem transparenten Kunststoff ausgebildet wird, wodurch ein Dekorhalbzeug 7, umfassend die Dekorfolie 4 und die Kunststoffschicht 6, ausgebildet wird. Durch diese Kunststoffschicht 6 ist die Dekorfolie 4 vorteilhafterweise mit einer, insbesondere gleichmäßig dicken, Schicht aus dem Kunststoff hinterlegt und dadurch abgestützt und gegen rückseitige mechanische Einwirkungen, welche die Dekorfolie 4 verformen könnten, geschützt. Es werden somit Einfallstellen vermieden und eine homogene Oberfläche für das Bauteil 3 wird erzeugt.
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Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt die Funktionsfolie 1 in das Spritzgusswerkzeug 5 eingelegt, wie in 5 gezeigt. Dies kann beispielsweise mittels einer Wendeplatte der vorteilhafterweise als Wendeplattenspritzgussmaschine ausgebildeten Spritzgussmaschine erfolgen. Dabei verbleibt das Dekorhalbzeug 7 im Spritzgusswerkzeug 5. Die Funktionsfolie 1 wird derart im Spritzgusswerkzeug 5 angeordnet, dass die elektronischen Bauteile 2 dem Dekorhalbzeug 7, insbesondere dessen Kunststoffschicht 6, zugewandt sind, jedoch von diesem Dekorhalbzeug 7, insbesondere von dessen Kunststoffschicht 6, beabstandet sind, so dass zwischen dem Dekorhalbzeug 7, insbesondere dessen Kunststoffschicht 6, und der Funktionsfolie 1 ein Hohlraum H vorhanden ist, wie in 5 gezeigt.
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In einem vierten Verfahrensschritt wird in diesen Hohlraum H ein Kunststoff eingespritzt, um den Hohlraum H zwischen der Funktionsfolie 1 und dem Dekorhalbzeug 7, insbesondere dessen Kunststoffschicht 6, vorteilhafterweise vollständig auszufüllen und dabei gleichzeitig die elektronischen Bauteile 2 einzugießen, wie in 6 gezeigt. Dadurch wird eine Verbindungsschicht 8 aus dem Kunststoff ausgebildet, mittels welcher das Dekorhalbzeug 7 und die Funktionsfolie 1, insbesondere stoffschlüssig, miteinander verbunden werden. Des Weiteren können dadurch beispielsweise Anbindeelemente 9 erzeugt werden. Alternativ können diese in 7 gezeigten Anbindeelemente 9 beispielsweise bereits an der Funktionsfolie 1 vorhanden sein.
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Als Kunststoff zum Einspritzen in den Hohlraum H wird vorteilhafterweise der gleiche transparente Kunststoff, insbesondere Polycarbonat (PC), verwendet, welcher auch zur Herstellung der Kunststoffschicht 6 auf der Dekorfolie 4 verwendet wurde. Durch dieses Verwenden des gleichen Kunststoffs, insbesondere Polycarbonat, verbindet sich der in den Hohlraum H eingespritzte Kunststoff der Verbindungsschicht 8 vollständig mit dem Kunststoff der Kunststoffschicht 6 des Dekorhalbzeugs 7, so dass ein so genannter monolithischer Aufbau entsteht.
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Das Verfahren ist somit vorteilhafterweise ein Zwei-Komponenten-Spritzguss, auch als 2K-Spritzguss bezeichnet, da zunächst das Dekorhalbzeug 7 durch Hinterspritzen der Dekorfolie 4 ausgebildet wird und dann das Bauteil 3 durch Einspritzen von Kunststoff zwischen das Dekorhalbzeug 7 und die Funktionsfolie 1 und das dadurch erreichte Verbinden des Dekorhalbzeugs 7 mit der Funktionsfolie 1 ausgebildet wird. Wird hierbei für die erste Kunststoffkomponente, d. h. für die Kunststoffschicht 6 auf der Dekorfolie 4, und für die zweite Kunststoffkomponente, d. h. für die durch das Einspritzen des Kunststoffs in den Hohlraum H ausgebildete Verbindungsschicht 8, der gleiche Kunststoff verwendet, handelt es sich somit um eine Sonderform dieses Zwei-Komponenten-Spritzgusses.
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7 zeigt das mittels dieses Verfahrens hergestellte Bauteil 3. Es umfasst die Dekorfolie 4, welche ein Dekor und eine sichtbare Oberfläche des Bauteils 3 bildet, den, insbesondere transparenten, Kunststoff der Kunststoffschicht 6 und der Verbindungsschicht 8, welche miteinander verbunden sind, die Funktionsfolie 1 mit den Leiterbahnen und den elektronischen Bauteilen 2 wie LED, Controller, Kondensatoren und/oder anderen elektronischen Bauteilen 2 und die Anbindeelemente 9, zum Beispiel Schweißdome, Klammeraufnahmen und/oder andere Anbindeelemente 9.
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Besonders vorteilhaft an dem beschriebenen Verfahren ist, dass das Dekorhalbzeug 7 nach dessen Herstellung nicht aus dem Spritzgusswerkzeug 5 entnommen wird. Dadurch entsteht kein kunststoffspezifischer Schrumpf. Zudem kann dadurch in Verbindung mit der Dekorfolie 4 die Maßhaltigkeit sichergestellt werden und der Verzug wird minimiert. Dies kann auch bei dreidimensional verformten Funktionsfolien 1 und Dekorfolien 4 umgesetzt werden.
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Wie bereits oben erwähnt, ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Bauteilen 3 mit hochwertigen Oberflächen, insbesondere mit so genannten „Class A“-Oberflächen, da zunächst das die Oberfläche des Bauteils 3 bildende Dekorhalbzeug 7 hergestellt wird, wobei noch keine elektronischen Bauteile 2 vorhanden sind und somit keine Einfallstellen durch Materialdickenunterschiede auftreten können. Durch das beschriebene Verfahren, insbesondere das zweistufige Kunststoffspritzen, werden zudem Verzüge, die durch die Funktionsfolie 1 und Dekorfolie 4 entstehen, ausgeglichen und dadurch wird die Maßhaltigkeit des Bauteils 3 sichergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Funktionsfolie
- 2
- Elektronisches Bauteile
- 3
- Maßhaltiges Bauteils
- 4
- Dekorfolie
- 5
- Spritzgusswerkzeug
- 6
- Kunststoffschicht
- 7
- Dekorhalbzeug
- 8
- Verbindungsschicht
- 9
- Anbindeelement
- H
- Hohlraum
