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Die Erfindung betrifft ein Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil sowie ein Spritzgusswerkzeug.
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Das Mehrkomponenten-Spritzgießen dient der Herstellung von Bauteilen, die aus zwei oder mehr verschiedenen Kunststoffen bestehen. Es können Kunststoffe unterschiedlicher Farbe oder auch verschiedene Kunststoffe miteinander kombiniert werden. Bei der Herstellung eines Bauteils mit scharf getrennten Komponentenbereichen wird zunächst ein erster Kunststoffkörper als Vorspritzling erzeugt, an diesen wird in einem weiteren Spritzgussvorgang zumindest ein zweiter Kunststoffkörper angespritzt. Es entsteht eine klare Trennung der beiden Komponenten.
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Bei einem Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil mit einem transparenten bzw. glasklaren Anteil ist die Stelle, an der die Kunststoffkomponenten aufeinander treffen besonders anfällig für chemische Reiniger. Die Reiniger können an der Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffkomponenten von außen in das Bauteil eintreten und dort sichtbare Schädigungen verursachen. Beispielsweise kann es zu Spinnweben-artigen Verfärbungen der transparenten Kunststoffkomponente kommen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie die Beständigkeit für chemische Reiniger bei einem Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil verbessert werden kann. In einem weiteren Aspekt soll die Lösung insbesondere für Bauteile geeignet sein, die im verbauten Zustand möglichst geringe Fugenmaße zu benachbarten Bauteilen aufweisen sollen.
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Gelöst wird die Aufgabe ein Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil nach Patentanspruch 1 und ein Spritzgusswerkzeug nach Patentanspruch 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil angegeben mit einem Schichtkörper mit mindestens einem ersten Kunststoffkörper aus einem transparenten Kunststoff und mindestens einem zweiten Kunststoffkörper aus einem zweiten Kunststoff. Der Schichtkörper weist an seiner Oberfläche mindestens eine Grenzlinie auf, entlang der der erste Kunststoffkörper an eine Schicht des Schichtkörpers angrenzt. Hierbei kann der erste Kunststoffkörper an dem zweiten Kunststoffkörper angeordnet sein, oder es kann eine weitere Schicht vorgesehen sein, die zwischen den beiden Kunststoffköpern angeordnet ist. Es existiert jedoch eine klare Trennung zwischen erstem Kunststoffkörper und der angrenzenden Schicht. Diese Trennung bildet eine Grenzschicht, deren äußerer Rand als Grenzlinie an der Oberfläche des Schichtkörpers sichtbar ist.
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Erfindungsgemäß verläuft die Grenzlinie in einer vertieften geometrischen Struktur, die scharfkantig ausgebildet ist. Vorzugsweise verläuft die Grenzlinie entlang der Länge der vertieften geometrischen Struktur. Im Bereich der vertieften geometrischen Struktur ist die Oberfläche des Schichtkörpers zurückversetzt. Die Grenzlinie verläuft insbesondere vollständig innerhalb der vertieften geometrischen Struktur. Eine Lackschicht ist auf der Oberfläche des Schichtkörpers und auf der Oberfläche der vertieften geometrischen Struktur angeordnet. Bei der Lackschicht handelt es sich um eine Schutzlackschicht, welche dazu geeignet ist, das darunterliegende Bauteil vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die Schutzlackschicht kann beispielsweise vor Abrieb und/oder vor UV-Strahlung schützen und ist insbesondere ein Schutzlack gegenüber chemischen Mitteln. Der Schutzlack kann vorzugsweise als Klarlack ausgeführt sein.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass sich bei dem Lackiervorgang eine deutlich erkennbare Lackansammlung im Bereich der vertieften Struktur ansammelt. Diese dient als Schutz der Grenzlinie, verhindert ein Eindringen von chemischen Substanzen und verhindert somit eine Schädigung des Bauteils an der Grenzfläche zwischen den Einzelkomponenten des Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils. Hierbei nutzt die Erfindung den sogenannten Fettkanten-Effekt, der beim Lackieren einer Fläche üblicherweise als Defekt bezeichnet wird und unerwünscht ist. Entlang von Flächenkanten ist beim Lackieren zu beobachten, dass ein parallel zur Substratkante ausgerichteter Flüssigkeitswulst des Lacks entsteht. Im Querschnitt betrachtet bildet dieser einen Wellenberg, der den optisch sichtbaren Beschichtungsdefekt Fettkante darstellt.
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Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, dass sich dieser Effekt ausnutzen lässt, um gezielte Lackanhäufungen im Bereich der gefährdeten Grenzlinie zu erzeugen. Dementsprechend ist im Bereich der Grenzlinie die vertiefte geometrische Struktur ausgebildet. Die geometrische Struktur ist gegenüber der ihr benachbarten Bauteiloberfläche ins Innere des Bauteils zurückversetzt und ist scharfkantig ausgebildet, weist also zumindest eine scharfe Kante auf. Die Begriffe „scharfe Kante“ oder „scharfkantig“ beschreibt im Rahmen dieser Anmeldung eine Kante zwischen zwei aufeinandertreffenden Flächen, wobei die Kante vorzugsweise nicht verrundet ist oder höchstens mit einem Radius r< 0,1 mm verrundet ist. Die zwei aufeinandertreffenden Flächen schließen dabei einen Winkel von kleiner 160° ein. Vorzugsweise kann der Winkel in einem Bereich von 85° bis 95° liegen und besonders bevorzugt 90° betragen.
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Der aufgetragene Lack strömt senkrecht von der Kante weg und bildet im Bereich der vertieften Struktur eine Lackanhäufung, sodass die Lackschichtdicke im Bereich der vertieften Struktur gegenüber der restlichen Lackschichtdicke erhöht ist. Es wird davon ausgegangen, dass es sich hierbei um einen Effekt aus der kapillardruckgetriebenen Strömung handelt. Das Vorhandensein der scharfen Kante(n) spielt bei diesem Effekt eine zentrale Rolle. Der Radius der Kante(n) beeinflusst die Menge der Lackansammlung, kleinere Radien erzielen eine größere Lackansammlung. Zusätzlich zu der erfindungsgemäß vorgesehenen vertieften geometrischen Struktur lässt sich das Maß der Lackansammlung noch durch die Viskosität des Lacks (je kleiner die Viskosität, umso größer die Lackansammlung), die Oberflächenspannung des Lacks (je größer die Oberflächenspannung, umso größer die Lackansammlung) und das Druckpotenzial in der Strömung des Lacks (je höher das Druckpotential, umso größer die Lackansammlung) beeinflussen.
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Zur Erzielung der gewünschten Lackansammlung im Bereich der vertieften geometrischen Struktur ist es in einer Ausgestaltung besonders vorteilhaft, wenn die geometrische Struktur eine Tiefe im Bereich von 0,02 bis 1 mm aufweist und eine Breite im Bereich von 0,02 bis 1 mm. Als Tiefe wird dabei die Strecke bezeichnet, um die die geometrische Struktur gegenüber der angrenzenden Oberfläche des Schichtkörpers vertieft ist. Als Breite wird dabei der Abstand der Seitenwände der geometrischen Struktur bezeichnet, welche diese quer zum Verlauf der Grenzlinie haben.
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In einer Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die vertiefte geometrische Struktur eine konkave Bodenfläche aufweist. Als Bodenfläche der Struktur wird hierbei derjenige Oberflächenabschnitt bezeichnet, welcher der Öffnung der geometrischen Struktur gegenüberliegt. Die konkave Bodenfläche ist im Spritzgussverfahren einfach und kostengünstig durch einen entsprechenden Schieber darzustellen. In dieser Ausgestaltung weist die vertiefte geometrische Struktur dann scharfe Außenkanten auf, welche die Öffnung der geometrischen Struktur begrenzen.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die vertiefte geometrische Struktur scharfe Kanten aufweist, die angrenzend an die Bodenfläche ausgebildet sind. An den scharfen Kanten geht die Struktur dann beispielsweise in Seitenwände über. Durch Ausbildung der scharfen Kanten im Bodenbereich der geometrischen Struktur wird insbesondere eine Lackansammlung im Bodenbereich begünstigt.
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In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Grenzlinie in einem tiefsten Punkt der geometrischen Struktur verläuft. Der tiefste Punkt soll hierbei mit Bezug auf die Ausrichtung des Schichtkörpers während der Lackierung definiert sein. Die Gewichtskraft unterstützt dann die Ansammlung von Lack an der Grenzlinie.
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Der erste Kunststoffkörper ist aus einem transparenten Kunststoff, wie beispielsweise Polycarbonat ausgebildet. Der erste Kunststoffkörper bildet vorzugsweise eine Sichtseite des Schichtkörpers, die im verbauten Zustand des Bauteils sichtbar ist. Der Schichtkörper weist mindestens einen zweiten Kunststoffkörper auf und kann darüber hinaus weitere Schichten aufweisen, zum Beispiel in Form von weiteren (spritzgegossenen) Kunststoffkörpern oder im Spritzgussprozess eingelegten Materialschichten.
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Der zweite Kunststoffkörper kann aus demselben Kunststoffmaterial wie der erste Kunststoffkörper oder einem anderen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung ist der zweite Kunststoffkörper aus einem transluzenten oder opaken Kunststoffmaterial gebildet. Dieser kann in unterschiedlichen Farben eingefärbt sein, wodurch sich unterschiedliche optische Wirkungen des Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils ergeben.
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In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der zweite Kunststoffkörper an den ersten Kunststoffkörper angrenzt. Die Grenzlinie verläuft dann am Übergang von erstem zu zweitem Kunststoffkörper. Ist der zweite Kunststoffkörper zudem aus einem transluzenten oder opaken Kunststoffmaterial gebildet, so wäre eine optische Schädigung an der Grenzlinie besonders deutlich sichtbar. Daher erzielt die Erfindung bei einem derartigen Schichtkörper besondere Vorteile, da die Schädigung sicher vermieden werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist in dem Schichtkörper zwischen dem ersten und zweiten Kunststoffkörper mindestens ein Einlegeteil angeordnet. Das Einlegeteil wird während des Spritzgussprozesses in die Qualität des Werkzeugs eingelegt und die Kunststoffkörper werden an das Einlegeteil angespritzt. Bei dem Einlegeteil kann es sich beispielsweise um einen folienartigen Körper handeln, wie z.B. eine Metallfolie oder ein Textil. Die Dicke des folienartigen Einlegeteils kann beispielsweise weniger als 0,5 mm und vorzugsweise weniger als 0,2 mm betragen. Ein folienartiges Einlegeteil wird beispielsweise verwendet, um ein grafisches Symbol in einer Tastenkappe darzustellen. Die durch die Lackansammlung zu schützende Grenzlinie verläuft in dieser Ausgestaltung zwischen dem ersten Kunststoffkörper und dem Einlegeteil. Zwischen dem Einlegeteil und der zweiten Kunststoffschicht verläuft vorzugsweise eine zweite Grenzlinie. Es kann vorteilhaft sein, wenn diese Grenzlinie ebenfalls in der vertieften geometrischen Struktur verläuft. So wird auf diese Grenzlinie durch die Lackansammlung vor einer Schädigung geschützt.
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Dass Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil kann insbesondere ein Fahrzeugbauteil sein. Vorzugsweise handelt es sich um ein Teil einer Bedieninsel in einem Fahrzeugcockpit und/oder um eine Tastenkappe, die zur Abdeckung und Bedienung eines Bedienelements verwendet wird.
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In einem weiteren Aspekt wird ein Spritzgusswerkzeug zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Spritzgussbauteils angegeben. Das Spritzgusswerkzeug weist eine Kavität in der Form des herzustellenden Schichtkörpers auf und mindestens einen Schieber, der zur Erzeugung der vertieften geometrischen Struktur in der Oberfläche des Schichtkörpers eingerichtet ist. Der Schieber wird verwendet, um die vertiefte geometrische Struktur im ersten Kunststoffkörper nun und/oder im zweiten Kunststoffkörper auszubilden. Der Schieber ist zurückziehbar ausgeführt. Vor der Entformung des Schichtkörpers wird er zurückgezogen und ermöglicht die Entfernung des Bauteils aus dem Spritzgusswerkzeug.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 bis 3 Schnittansichten von beispielhaften Mehrkomponenten-Spritzgussbauteilen,
- 4 ein Bauteil mit Fettkanten und
- 5 eine Detailschnittansicht eines beispielhaften Spritzgusswerkzeugs.
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1 zeigt ein beispielhaftes Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil 10 in Form einer Tastenkappe. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist nur der obere, für diese Erfindung relevante Teil des Bauteils dargestellt. Gezeigt ist eine Schnittansicht, das Bauteil 10 ist spiegelsymmetrisch zur dargestellten Längsachse L. Das Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil weist einen Schichtkörper 20 auf, mit einem oberen ersten Kunststoffkörper 22 aus einem glasklaren Kunststoff, beispielsweise PC. An diesen angespritzt ist ein zweiter Kunststoffkörper 24 aus einem opaken Kunststoffmaterial. Beide Kunststoffkörper grenzen an einer Grenzfläche 30 aneinander, die im Bereich der Oberfläche 21 des Schichtkörpers eine Grenzlinie 32 bildet.
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Die Grenzlinie 32 verläuft in einer vertieften geometrischen Struktur 40, in deren Bereich die Oberfläche 21 des Schichtkörpers 20 zurückversetzt ist. Die vertiefte geometrische Struktur 40 ist als umlaufende Nut ausgebildet. Die vertiefte geometrische Struktur 40 ist mit einem U-förmigen Querschnitt mit einer Tiefe T und einer Breite B ausgebildet und weist eine konkave Bodenfläche 42 auf. Die Außenkanten 43 und 44 sind als scharfe Kanten ausgebildet.
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Auf der Oberfläche des Schichtkörpers 20 ist eine Lackschicht 50 aufgetragen, die auch die Oberfläche der vertieften geometrischen Struktur 40 bedeckt.
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2 zeigt ein weiteres beispielhaftes Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil 10A. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale wie in 1 und werden nicht erneut beschrieben. Das Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil 10A unterscheidet sich von dem Bauteil gemäß 1 dadurch, dass zwischen dem ersten Kunststoffkörper 22 und dem zweiten Kunststoffkörper 24 ein Einlegeteil 26 im Schichtkörper 20 vorgesehen ist. Dementsprechend weist das Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil 10A zwei Grenzlinien 34 und 36 auf, die beide in der vertieften geometrischen Struktur 40 verlaufen. Die Lackschicht 50 bedeckt dementsprechend beide Grenzlinien 34 und 36.
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Aus Gründen der Darstellbarkeit ist die Dicke der Lackschicht 50 in 1 und 2 einheitlich dargestellt, wenngleich dies in der Realität gerade aufgrund der vertieften geometrischen Struktur 40 nicht der Fall ist, wie mit Bezug auf 4 erläutert wird.
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3 zeigt weitere beispielhafte Mehrkomponenten-Spritzgussbauteile 10B vor dem Aufbringen einer Lackschicht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und werden nicht erneut beschrieben. In dieser Ausgestaltung ist die vertiefte geometrische Struktur 40B als umlaufende Nut mit viereckigem Querschnitt ausgebildet. Dementsprechend grenzen an die Bodenfläche zwei scharfe Kanten 45, 46 an. Auch die Außenkanten 47, 48 der vertieften geometrischen Struktur 40 B können als scharfe Kanten ausgebildet sein. Wird nun nachfolgend ein Schutzlack auf die Oberfläche des Schichtkörpers 20 B und in die vertiefte geometrische Struktur 40B eingebracht, so tritt an den scharfen Kanten der nachfolgend beschriebene Effekt auf.
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4 zeigt ein Bauteil 100 mit einer scharfen Kante, das mit einer Lackschicht 110 bedeckt ist. Wird der Lack auf das Bauteil 100 aufgetragen, so bildet sich angrenzend an die scharfe Kante eine parallel zu dieser verlaufende Lackansammlung 120, hier erkennbar durch die Wölbung im Lackverlauf. Dieser Effekt ist üblicherweise bei Lackiererprozessen unerwünscht, da er die Optik beeinträchtigen kann. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt nun gezielt eingesetzt. Indem die vertieften geometrischen Struktur 40 und 40B scharfe Kanten aufweisen, entsteht die beschriebene Lackansammlung in der vertieften geometrischen Struktur, wodurch die Grenzlinie unter einer besonders dicken Lackschicht vor äußeren Einflüssen geschützt wird. Die Anordnung der Grenzlinie 32, 34, 36 innerhalb der vertieften geometrischen Struktur 40, 40B ermöglicht es weiterhin, dass kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird und insbesondere enge Fugenmaße eingehalten werden können, siehe hierzu das Fugenmaß Y in 3. Wie zu erkennen ist, hat das Vorsehen der vertieften geometrischen Struktur 40B zur Folge, dass der Abstand zwischen den beiden Mehrkomponenten-Spritzgussbauteilen 10B nicht vergrößert werden muss. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei den Mehrkomponenten-Spritzgussbauteilen um Bauteile handelt, die in einem begrenzten Bauraum untergebracht werden müssen oder wenn z.B. aus optischen Gründen besonders kleine Fugenmaße gewünscht sind, wie dies bei Tastenkappen der Fall sein kann.
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5 zeigt ein beispielhaftes Spritzgusswerkzeug 200 zur Herstellung des Schichtkörpers 20B gemäß 3. Das Spritzgusswerkzeug weist eine Kavität 210 auf, welche die Form des herzustellenden Schichtkörpers 20B aufweist. Zur Ausbildung der vertieften geometrischen Struktur 40 B ist mindestens ein Schieber 220 vorgesehen. Vor der Entformung des Schichtkörpers 20B wird er zurückgezogen und ermöglicht die Entfernung des Bauteils aus dem Spritzgusswerkzeug 200.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10A, 10B
- Mehrkomponenten-Spritzgussbauteil
- 20
- Schichtkörper
- 21
- Oberfläche
- 22, 24
- Kunststoffkörper
- 26
- Einlegeteil
- 30
- Grenzfläche
- 32, 34, 36
- Grenzlinie
- 40, 40B
- vertiefte geometrische Struktur
- 42
- Bodenfläche
- 43 - 48
- Kanten
- 50
- Lackschicht
- 100
- Bauteil
- 110
- Lackschicht
- 120
- Lackansammlung
- 200
- Spritzgusswerkzeug
- 210
- Kavität
- 220
- Schieber
- B
- Breite
- T
- Tiefe
- Y
- Fugenmaß
