DE102023103549B3

DE102023103549B3 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit unterschiedlichen Farbschichten und Polyurethanbeschichtung, Kunststoffbauteil, Kraftfahrzeug mit einem solchen Kunststoffbauteil und Beschichtungssystem für das Verfahren

Info

Publication number: DE102023103549B3
Application number: DE102023103549.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Deppner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2023-02-14
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2043-02-15

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren (500) zum Herstellen eines individuell beschichteten Kunststoffbauteils (10), insbesondere eines Dekorelements für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend die Schritte:- Bereitstellen (S501) einer einseitig mit einer Farbschicht (14) beschichteten Folie (20), insbesondere einer IMD-Folie;- Hinterspritzen (S502) der Folie (20) auf ihrer die Farbschicht (14) aufweisenden Seite mit einem Kunststoffmaterial, derart, dass ein Kunststoffhauptkörper (12) gebildet ist, auf dessen rückseitiger Ober-fläche (12r) die Farbschicht (14) von der Folie (20) übertragen ist;- Überfluten (S504) der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) mit Polyurethan.Dabei ist vorgesehen, dass vor dem Überfluten (S504) mit Polyurethan ein zusätzlicher Farbauftrag (16) auf der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhaupt-körpers (12) durchgeführt wird, derart, dass auch der zusätzliche Farbauftrag (16) durch das Polyurethan überflutet wird.Ferner werden ein Kunststoffbauteil (10), ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kunststoffbauteil 10 und ein Beschichtungssystem zur Durchführung des Verfahrens (500) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines individuell beschichteten Kunststoffbauteils, insbesondere eines Dekorelements für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer einseitig mit einer Farbschicht beschichteten Folie, insbesondere einer IMD-Folie; Hinterspritzen der Folie auf ihrer die Farbschicht aufweisenden Seite mit einem Kunststoffmaterial, derart, dass ein Kunststoffhauptkörper gebildet ist, auf dessen rückseitiger Oberfläche die Farbschicht von der Folie übertragen ist; Überfluten der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers mit Polyurethan. Die Erfindung betrifft auch ein erfindungsgemäß hergestelltes Kunststoffbauteil, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bauteil sowie ein Beschichtungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zum Stand der Technik wird beispielweise auf die DE 10 2019 110 030 A1 und die DE 10 2013 100 456 A1 verwiesen, aus denen das Übertragen von einem Folien-Farbauftrag von der Folie auf einen Kunststoffhauptkörper bekannt ist. Ferner ist es bekannt, eine mittels IMD-Folie übertragene Farbschicht durch Überfluten mit Polyurethan zu schützen.
Die CH 708 048 A3 offenbart Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Funktionsträgers mit einer steifen Trägerstruktur, in welcher Bedienungselemente und/oder Anzeigeelemente hinter einer über im Wesentlichen den gesamten Funktionsträger geschlossenen, transparenten Oberflächenschicht angeordnet sind, wobei eine flache, flexible und vorzugsweise wenigstens bereichsweise transparente Kunststofffolie vorgelegt und auf diese optional wenigstens eine Positionsmarke gedruckt und/oder geprägt wird
Die DE 10 2013 018 578 A1 offenbart 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.
Nachteilig bei bisherigen Verfahren ist, dass bei dem Übertragen des Farbauftrags von einer (IMD-)Folie, nur ein Grafikmuster pro Produktionslos hergestellt werden kann. Dies hat zur Folge, dass lediglich hohe Stückzahlen wirtschaftlich mit einem Grafikdesign hergestellt werden können.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren anzugeben, das eine hohe Flexibilität bei der individuellen Beschichtung von Kunststoffbauteilen, insbesondere von Dekorelementen für Kraftfahrzeuge, ermöglicht, um innerhalb bestehender Prozessschritte, eine Individualisierung der Beschichtung auch bei einzelnen oder wenigen zu fertigenden Kunststoffbauteil vornehmen zu können. Die zu Grunde liegende Aufgabe wird auch in der Angabe eines entsprechenden Kunststoffbauteils, eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Bauteil sowie eines Beschichtungssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, ein Kunststoffbauteil, ein Kraftfahrzeug und ein Beschichtungssystem mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zum Herstellen eines individuell beschichteten Kunststoff-bauteils, insbesondere eines Dekorelements für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer einseitig mit einer Farbschicht beschichteten Folie, insbesondere einer IMD-Folie;
- Hinterspritzen der Folie auf ihrer die Farbschicht aufweisenden Seite mit einem Kunststoffmaterial, derart, dass ein Kunststoffhauptkörper gebildet ist, auf dessen rückseitiger Oberfläche die Farbschicht von der Folie übertragen ist;
- Überfluten der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers mit Polyurethan.

Dabei ist vorgesehen, dass vor dem Überfluten mit Polyurethan ein zusätzlicher Farbauftrag auf der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers durchgeführt wird, derart, dass auch der zusätzliche Farbauftrag durch das Polyurethan überflutet wird.
Durch ein derartiges Verfahren kann im zeitlichen Ablauf zwischen zwei mittels Spritzgießen durchführbaren Prozessschritten ein zusätzlicher Farbauftrag zur Individualisierung eines betreffenden Kunststoffbauteils durchgeführt werden. Dabei weist der Kunststoffhauptkörper auf seiner Rückseite die mittels der (IMD-)Folie übertragene Farbschicht auf und auf seiner Vorderseite eine zusätzliche Farbschicht, die individuell ausgestaltet werden kann. Mittels der (IMD-)Folie kann beispielweise ein Muster bzw. eine Struktur übertragen werden, die bei jedem zu fertigenden Kunststoffbauteil identisch sein soll. Ergänzend kann dann der zusätzliche Farbauftrag zur Individualisierung des fertigen Kunststoffbauteils genutzt werden, wobei der zusätzliche Farbauftrag nach Überflutung mit Polyurethan durch dieses geschützt ist.
Bei dem Verfahren kann der zusätzliche Farbauftrag derart durchgeführt werden, dass auf der Vorderseite des fertigen Kunststoffbauteils ein optischer 3D-Effekt entsteht. Dabei kann insbesondere auch auf ein optisches Zusammenwirken von dem Farbübertrag mittels (IMD-)Folie auf der Rückseite des Kunststoffhauptkörpers und von dem zusätzlichen Farbauftrag auf der Vorderseite des Kunststoffhauptkörpers geachtet werden.
Bei dem Verfahren kann der zusätzliche Farbauftrag mittels Digitaldruck erfolgen. Dies ermöglicht einen sehr hohen Grad an Individualisierung, weil mittels der Digitaldrucktechnik ein individueller zusätzlicher Farbauftrag an im Wesentlichen beliebigen Stellen der Vorderseite des Kunststoffhauptkörpers erfolgen kann. Ferner kann die Gestaltung des Farbauftrags, wie beispielweise Schriftzug, Muster und dergleichen, in einfacher Weise für jedes einzelne zu fertigende Kunststoffbauteil angepasst werden.
Bei dem Verfahren kann das Hinterspritzen der Folie mit Kunststoffmaterial und das Überfluten des Kunststoffhauptkörpers mit dem Polyurethan in einer automatisierten Zweikomponenten-Spritzgussvorrichtung durchgeführt werden, wobei der Auftrag der zusätzlichen Farbschicht entlang eines Prozesswegverlaufs integriert ist, insbesondere derart, dass die mit Kunststoffmaterial hinterspritzte Folie dem zusätzlichen Farbauftrag, insbesondere einer Digitaldruckvorrichtung, automatisiert zuführbar ist und nach dem Farbauftrag automatisiert der Überflutung mit Polyurethan zuführbar ist.
Vorgeschlagen wird ferner ein individuell beschichtetes Kunststoffbauteil, insbesondere Dekorelement für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Kunststoffhauptkörper; eine auf der rückseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers befindlichen ersten Farbschicht; eine auf der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers befindliche zweite Farbschicht; und eine die vorderseitige Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers und die darauf befindliche zweite Farbschicht abdeckende Polyurethan-schicht. Dabei ist das Kunststoffbauteil vorzugsweise gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden.
Ein Kraftfahrzeug kann mit wenigstens einem solchen individuell beschichteten Kunststoffbauteil ausgerüstet sein, beispielweise als Dekorelement in einer Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs oder ein außen am Kraftfahrzeug angebrachtes Dekorelements.
Vorgeschlagen wird ferner auch ein Beschichtungssystem, das dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen, wobei das Beschichtungssystem umfasst: eine Zweikomponenten-Spritzgussvorrichtung mit einer ersten Komponente, die dazu eingerichtet ist, das Hinterspritzen der Kunststofffolie durchzuführen, und einer zweiten Komponente, die dazu eingerichtet ist, das Überfluten der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers durchzuführen, sowie eine Digitaldruckvorrichtung, die entlang einem Prozesswegverlauf zwischen den beiden Komponenten der Spritzgussvorrichtung angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, den zusätzlichen Farbauftrag auf die vorderseitige Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers durchzuführen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

1 ein vereinfachtes und schematisches Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines individuell beschichteten Kunststoffbauteils;
2 in den Teilfiguren A) und B) eine vereinfachte Draufsicht und einen vereinfachten Querschnitt eines Kunststoffbauteils;
3 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Kunststoffbauteil, insbesondere Dekorelement;
4 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Beschichtungssystems.

In 1 ist vereinfacht und schematisch ein Ablauf für ein Verfahren 500 zur Herstellung eines individuell beschichteten Kunststoffbauteils 10 gezeigt, das in einer vereinfachten Draufsicht und Schnittansicht in 2 dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf die beiden Ansichten der 2A (Draufsicht) und 2B (Schnitt entsprechend der Schnittlinie B-B) ist der Aufbau des fertigen Kunststoffbauteils 10 ersichtlich. Das fertige Kunststoffbauteil 10 umfasst einen Kunststoffhauptkörper 12. Der Kunststoffhauptkörper 12 kann insbesondere aus einem transparenten Kunststoffmaterials hergestellt sein, wie beispielweise Polycarbonat.
Auf einer rückseitigen Oberfläche 12r des Kunststoffhauptkörpers 12 ist eine ersten Farbschicht 14 vorhanden.
Auf einer vorderseitigen Oberfläche 12v des Kunststoffhauptkörpers 12 befindet sich eine zweite Farbschicht 16.
Die die vorderseitige Oberfläche 12v des Kunststoffhauptkörpers 12 und die darauf befindliche zweite Farbschicht 16 sind von einer Polyurethanschicht 18 abgedeckt.
In der 2A ist in der Draufsicht die Polyurethanschicht 18 nicht ersichtlich. Aus der 2A geht hervor, dass auf eine vordere Seite des fertigen Kunststoffbauteils 10 geblickt wird. Die erste Farbschicht 14 ist hierbei durch die Polyurethanschicht 18 und den Kunststoffhauptkörper 12 hindurch erkennbar.
Wie aus den 2A und 2B ersichtlich kann die erste Farbschicht 14 auch Aussparungen 14a aufweisen, in denen keine Farbe auf den Kunststoffhauptkörper 12 übertragen ist. Entsprechend können solche Aussparungen 14a, insbesondere der hier beispielhaft dargestellte Ring, transparent oder teiltransparent erscheinen. In einem montierten Zustand kann das Kunststoffbauteil 10 hinterleuchtet sein, so dass das erzeugte Licht durch die Aussparungen 14a hindurch sichtbar ist.
Die Herstellung eines solchen Kunststoffbauteils wird nun unter erneuter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
In einem Schritt S501 erfolgt ein Bereitstellen einer einseitig mit einer Farbschicht, hier ersten Farbschicht 14, beschichteten Folie 20, insbesondere einer IMD-Folie.
Gemäß einen Schritt S502 wird die Folie 20 auf ihrer die Farbschicht 14 aufweisenden Seite mit einem Kunststoffmaterial hinterspritzt, derart, dass ein Kunststoffhauptkörper 12 gebildet ist, auf dessen rückseitiger Oberfläche 12r die Farbschicht 14 von der Folie 20 übertragen ist.
In einem Schritt S503 wird ein zusätzlicher Farbauftrag 16 auf der vorderseitigen Oberfläche12v des Kunststoffhauptkörpers 12 durchgeführt.
Gemäß einem Schritt S504 wird ein Überfluten der vorderseitigen Oberfläche 12v des Kunststoffhauptkörpers 12 mit Polyurethan durchgeführt, derart, dass auch der zusätzliche Farbauftrag 16 durch das Polyurethan 18 überflutet wird.
Der Schritt S505 illustriert das Bereitstellen bzw. Entnehmen des fertigen Kunststoffbauteils 10, insbesondere Dekorelements für ein Kraftfahrzeug.
Ein Kunststoffbauteil 10, insbesondere ausgestaltet als Dekorelement kann gemäß der vereinfachten und schematischen Illustration der 3 in einem Kraftfahrzeug 50 eingesetzt bzw. angeordnet sein. Im gezeigten Beispiel ist das Dekorelement 10 Teil einer Innenverkleidung des Kraftfahrzeugs 50. Beispielweise kann ein solches Kunststoffbauteil 10 bzw. Dekorelement eine Art Zierleiste sein, die an verschiedenen Stellen in dem Kraftfahrzeug 50 angeordnet werden kann, beispielweise in einem Frontbereich bzw. Armaturenbrett, an Türen und dergleichen.
In 4 ist vereinfacht und schematisch ein Beschichtungssystem 100 dargestellt, das dazu eingerichtet ist, dass oben beschriebene Verfahren 500 durchzuführen.
Das Beschichtungssystem 100 umfasst eine Zweikomponenten -Spritzgussvorrichtung 102 mit einer ersten Komponente 1021, die dazu eingerichtet ist, das Hinterspritzen der Kunststofffolie 20 durchzuführen, was dem oben beschriebenen Schritt S502 entspricht. In der ersten Komponente 1021 wird auch der beschriebene Schritt S501 durchgeführt, in dem die mit der Farbschicht 14 versehenen Folie 20 bereitgestellt wird.
Zweikomponenten -Spritzgussvorrichtung 102 umfasst einer zweiten Komponente 1022, die dazu eingerichtet ist, das Überfluten der vorderseitigen Oberfläche des Kunststoffhauptkörpers durchzuführen, was dem oben beschriebenen Schritt S504 entspricht.
Das Beschichtungssystem 100 umfasst ferner eine Digitaldruckvorrichtung 104, die entlang einem Prozesswegverlauf PV zwischen den beiden Komponenten 1021, 1022 der Spritzgussvorrichtung 102 angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, den zusätzlichen Farbauftrag 16 auf die vorderseitige Oberfläche 12v des Kunststoffhauptkörpers 12 durchzuführen.
Die in der 4 rein schematisch linear nacheinander dargestellten Komponenten 1021, 1022 und 104 des Beschichtungssystems 100 können in einer realen Anordnung auch anders zueinander angeordnet sein. Insbesondere ist es denkbar, dass die Digitaldruckvorrichtung 104 im Prozesswegverlauf PV außerhalb der Spritzgießvorrichtung 102 angeordnet ist. beispielsweise seitlich daneben. Das Beschichtungssystem 100 ist aber in jedem Fall so auszugestalten, dass das beschriebene Verfahren 500 automatisiert durchgeführt werden kann, ohne dass das zu fertigende Kunststoffbauteil nach einem bestimmten Verfahrensschritt gelagert werden muss oder an einen Ort außerhalb des Beschichtungssystem 100 bewegt werden muss.
Bezugszeichenliste:

10: Kunststoffbauteil
12: Kunststoffhauptkörper
12r: rückseitige Oberfläche Kunststoffhauptkörper
12v: vorderseitige Oberfläche Kunststoffhauptkörper
14: erste Farbschicht
14a: Aussparung
16: zweite Farbschicht
18: Polyurethanschicht
20: beschichtete Folie
50: Kraftfahrzeug
100: Beschichtungssystem
102: Zweikomponenten-Spritzgussvorrichtung
1021: erste Komponente von Spritzgussvorrichtung
1022: zweite Komponente von Spritzgussvorrichtung
104: Digitaldruckvorrichtung
500: Verfahren
S501: Verfahrensschritt Bereitstellen
S502: Verfahrensschritt Hinterspritzen
S503: Verfahrensschritt zusätzlicher Farbauftrag
S504: Verfahrensschritt Überfluten

Claims

Verfahren (500) zum Herstellen eines individuell beschichteten Kunststoffbauteils (10), insbesondere eines Dekorelements für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S501) einer einseitig mit einer Farbschicht (14) beschichteten Folie (20), insbesondere einer IMD-Folie; - Hinterspritzen (S502) der Folie (20) auf ihrer die Farbschicht (14) aufweisenden Seite mit einem Kunststoffmaterial, derart, dass ein Kunststoffhauptkörper (12) gebildet ist, auf dessen rückseitiger Oberfläche (12r) die Farbschicht (14) von der Folie (20) übertragen ist; - Überfluten (S504) der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) mit Polyurethan; dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Überfluten (S504) mit Polyurethan ein zusätzlicher Farbauftrag (16) auf der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) durchgeführt wird, derart, dass auch der zusätzliche Farbauftrag (16) durch das Polyurethan überflutet wird.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Farbauftrag (16) derart durchgeführt wird, dass auf der Vorderseite des fertigen Kunststoffbauteils (10) ein optischer 3D-Effekt entsteht.
Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Farbauftrag 816) mittels Digitaldruck erfolgt.
Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hinterspritzen (S502) der Folie (20) mit Kunststoffmaterial und das Überfluten (S504) des Kunststoffhauptkörpers (12) mit dem Polyurethan in einer automatisierten Zweikomponenten-Spritzgussvorrichtung (102, 1021, 1022) durchgeführt wird, wobei der Auftrag der zusätzlichen Farbschicht (16) entlang eines Prozesswegverlaufs (PV) integriert ist, insbesondere derart, dass die der Kunststoffhauptkörper (12), auf dessen rückseitiger Oberfläche (12r) die Farbschicht (14) von der Folie (20) übertragen ist, dem zusätzlichen Farbauftrag (S503), insbesondere einer Digitaldruckvorrichtung (104), automatisiert zuführbar ist und nach dem Farbauftrag (S503) der automatisiert der Überflutung (S504) mit Polyurethan zuführbar ist.
Individuell beschichtetes Kunststoffbauteil (10), insbesondere Dekorelement für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend einen Kunststoffhauptkörper (12); eine auf der rückseitigen Oberfläche (12r) des Kunststoffhauptkörpers (12) befindlichen ersten Farbschicht (14); eine auf der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) befindliche zweite Farbschicht (16); eine die vorderseitige Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) und die darauf befindliche zweite Farbschicht (16) abdeckende Polyurethanschicht (18), wobei das Kunststoffbauteil (10) insbesondere gemäß dem Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt worden ist.
Kraftfahrzeug (50) mit wenigstens einem individuell beschichteten Kunststoffbauteil (10) gemäß Anspruch 5.
Beschichtungssystem (100), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, wobei es umfasst: eine Zweikomponenten-Spritzgussvorrichtung (102) mit einer ersten Komponente (1021), die dazu eingerichtet ist, das Hinterspritzen der Kunststofffolie (20) durchzuführen, und einer zweiten Komponente (1022), die dazu eingerichtet ist, das Überfluten der vorderseitigen Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) durchzuführen, eine Digitaldruckvorrichtung (104), die entlang einem Prozesswegverlauf (PV) zwischen den beiden Komponenten (1021, 1022) der Spritzgussvorrichtung (102) angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, den zusätzlichen Farbauftrag (16) auf die vorderseitige Oberfläche (12v) des Kunststoffhauptkörpers (12) durchzuführen.