DE10308989B4

DE10308989B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteiles

Info

Publication number: DE10308989B4
Application number: DE2003108989
Authority: DE
Inventors: Christoph Lange; Jochen Mitzler
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2003-03-01
Filing date: 2003-03-01
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2023-03-02
Also published as: DE10308989A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils, wobei zuerst nacheinander Folien mit Plasma (33) beaufschlagt und zu einem Bahnmaterial (9) zusammengefügt werden, welches dann zwischen die zwei Werkzeughälften (4, 5) einer Spritzgießmaschine eingelegt und dort hinterspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kunststoffformteiles gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 6.

Verbund-Kunststoffformteile mit mindestens einer Beschichtungslage aus einem Bahnmaterial wie beispielsweise Folien, Laminate, Gewebe, Leder, oder allgemein flächige Materialien finden in vielen Bereichen Anwendung. So können Teile von Möbeln oder Haushaltsgeräten derartige Verbund-Kunststoffformteile aufweisen. Eine breite Anwendung finden Verbund-Kunststoffformteile mit Bahnmaterialien insbesondere in der Automobilindustrie. Typische Automobilteile, die aus sochen Verbund-Kunststoffformteilen bestehen sind Türinnenverkleidungen, Armaturenbretter und Kofferraumverkleidungen. Da zunehmend auch Karosserieteile auf Kunststoffbasis Einzug halten, werden auch solche Teile zukünftig als Verbund-Kunststoffformteil herzustellen sein. In diesem Fall bildet eine Folie mit einer Lackschicht in dergewünschten Farbe die sichtbare Aussenhaut, die von dem Kunststoff hinterspritzt worden ist, der den eigentlichen Karosserieteil bildet, wie beispielsweise Türen, Kotflügel, Motorhauben und andere Teile.

Auch in den anderen Anwendungsbereichen bilden die beschichteten Flächen der Kunststoffformteile die im montierten Zustand sichtbaren Flächen und sind unter ästhetischen Gesichtspunkten gestaltet, tragen Dekore und/oder haben bestimmte Oberflächenbeschaffenheiten wie farbliche Gestaltung, Oberflächenstruktur oder taktile Eigenschaften wie beispielsweise „Soft-Touch", d.h. eine gewisse Oberflächennachgiebigkeit, wofür häufig geschäumte Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. Im folgenden werden derartige Beschichtungsmaterialien einschließlich Folien, geschäumter Kunststoffe, Dekormaterialien etc allgemein als Bahnmaterialien bezeichnet.

Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von Verbund-Kunststoffformteilen mit einer Beschichtungslage aus einem Bahnmaterial in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Aus der DE 198 43 921 A1 und der FR 2329434 sind Verfahren bekannt, bei denen ein Bahnmaterial in einer Spritzgießmaschine mit Kunststoffmasse hinterspritzt werden. Zum Hinterspritzen eignen sich sowohl plastifizierbare Kunststoffmasse wie zum Beispiel Granulate aus PC, aber auch 2-komponentige Duroplaste wie beispielsweise PUR. Desweiteren ist es bekannt, das Bahnmaterial vor dem Einlegen unter anderem mit einem Plasma zu behandeln ( DE 10037269 A1 , DE 10212304 C1 , US 4965037 , US 5000903 ). Auch bei der Herstellung einer mehrschichtigen Folienbahn ist eine Vorbehandlung mittels Plasma bekannt ( DE 19810680 A1 , DE 10146295 A1 ). Die DE 19532412 C2 offenbart eine geeignete Plasmadüse für die zuvor genannten Plasmabehandlungsverfahren.

Je nach verwendetem Bahnmaterial kann es beim Hinterspritzen des Bahnmaterials mit der Kunststoffmasse zu unterschiedlichen Problemen kommen.

So werden beispielsweise Kunststofffolien, die mit einem Kunststoff hinterspritzt werden sollen, üblicherweise auf einer Rolle bereitgestellt. Damit die einzelnen Lagen auf der Rolle nicht aneinanderkleben, wird die Folie vor dem Aufrollen üblicherweise mit einem Trennmittel beschichtet. Diese Trennmittel wirken sich nachteilig auf die Haftfähigkeit des später an die Folie angespritzten Kunststoffes aus. Ausserdem kommt es beim Abrollen der Kunststofffolie zu statischen Aufladungen der Folie mit der Folge, dass Staubpartikel aus der Umgebung angezogen werden und sich auf der Folie festsetzen, was wiederum eine Erhöhung der Ausschußrate bedeutet. Ausserdem wirkt sich die statische Aufladung für sich genommen ungünstig auf die Haftfähigkeit des später angespritzten Kunststoffes aus. Daher ist es wünschenswert, wenn die statische Aufladung beseitigt wird.

Ausserdem muss das zur Verfügung gestellte Bahnmaterial sich in den Formhälften des Werkzeuges an die Kontur des späteren Kunststoffformteils anlegen können. Zur Erleichterung dieses Vorgangs wird das Bahnmaterial vor dem Einlegen in das Werkzeug vorgeheizt, wie dies aus DE 198 43 921 A1 und FR 2329434 bekannt ist.

Je nach ausgewähltem Bahnmaterial und Art des zu hinterspritzenden Kunststoffes kann es erforderlich sein, das Bahnmaterial mit einem chemischen Haftvermittler vorzubehandeln, da der angespritzte Kunststoff ansonsten nicht an dem Bahnmaterial haften bleibt und sich das Bahnmaterial demzufolge von dem Kunststoffformteil lösen würde. Insbesondere Metallfolien können ohne Haftvermittler praktisch nicht hinterspritzt werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils mit wenigstens einem Bahnmaterial anzugeben, das eine weitgehende Freiheit bei der Auswahl von Bahnmaterial und Art des hinterspritzten Kunststoffes verleiht und bei dem ausserdem die verschiedenen Vorbehandlungen wie Reinigen, Vorheizen, statisches Entladen und dergleichen in einem Verfahrensschritt zeitgleich durchgeführt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.

Dadurch, dass vor dem Einlegen in das Formwerkzeug die Folien mit einem Plasma beaufschlagt und zu einem Bahnmaterial zusammengefügt werden, wird das Bahnmaterial in einem einzigen Arbeitsgang gereinigt, vorgewärmt, elektrisch entladen und chemisch aktiviert.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 näher erläutert werden. Es zeigen:
1. schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von mehrschichtigen Kunststoffformteilen mit einer Folie, die im Werkzeug vorgeformt wird;
2 schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von mehrschichtigen Kunststoffformteilen mit einer Folie, die inline vorkonfektioniert wird;
3 schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von mehrschichtigen Kunststoffformteilen mit einer Folie, die vorkonfektioniert bereitgestellt wird;
4 Plasmadüse gemäß dem Stand der Technik.
Gemäß 1 wird eine an sich bekannte Spritzgießmaschine 1 mit einer feststehenden Formaufspannplatte 2, einer beweglichen Formaufspannplatte 3, einer feststehenden Formhälfte 4 und einer beweglichen Formhälfte 5 vorgesehen. Die Formaufspannplatten 2 und 3 sind auf einem Maschinenbett 6 abgestützt und die bewegliche Formaufspannplatte 3 ist auf diesem in an sich bekannter Weise längsverschieblich. Desweiteren ist ein Einspritzaggregat 7 auf dem Maschinenbett 6 angebracht, mit dem Kunststoffschmelze in die von den Formhälften 4 und 5 im geschlossenen Zustand gebildete Kavität 15 eingespritzt werden kann. Seitlich und im Abstand zu der Spritzgießmaschine 1 ist eine Rolle 8 angeordnet, auf der ein Vorrat an Bahnmaterial 9 aufgerollt ist. Das Bahnmaterial wird im Betrieb taktweise von der Rolle 8 durch die geöffneten Formhälften 4, 5 bewegt, wozu auf der anderen Seite der Spritzgießmaschine eine geeignete Abzugsvorrichtung 10 vorgesehen ist. Zwischen der Rolle 8 und der Spritzgießmaschine 1 ist eine Plasmabehandlungsstation 11 angeordnet. Diese weist eine Plasmadüse 12 auf, wie sie im einzelnen in 4 dargestellt ist sowie eine Handlingseinrichtung 13, mit der die Plasmadüse 12 in Bezug auf das Bahnmaterial 9 positioniert und über die Fläche des Bahnmaterials 9 bewegt werden kann, so dass der aus der Plasmadüse 12 austretende Plasmagasstrom 14 das Bahnmaterial 9 in denjenigen Bereichen beaufschlagen kann, die nachfolgend in der Spritzgießmaschine 1 mit Kunststoffschmelze hinterspritzt werden sollen.
Die Anlage gemäß 1 arbeitet wie folgt. Das Bahnmaterial wird taktweise von der Rolle 8 abgezogen und zwischen die geöffneten Formhälften 4 und 5 bewegt. Dasjenige Stück Bahnmaterial 9, das im nächsten Takt hinterspritzt werden soll, befindet sich gerade an der Plasmabehandlungsstation 11, wo derjenige Bereich mit dem Plasmagasstrom 14 beaufschlagt wird, der später mit Kunststoffschmelze hinterspritzt werden soll. Während dieser Behandlung sind die Formhälften 4 und 5 geschlossen und es wird das im Takt zuvor behandelte Stück Bahnmaterial 9 vorgeformt und mit Kunststoffschmelze hinterspritzt. Nach Fertigstellung eines hinterspritzten Stück Bahnmaterials, also nach Fertigstellung eines Verbund-Kunststoffformteils, werden die Formhälften 4, 5 geöffnet. Nachfolgend wird mit der Abzugseinrichtung 10 das hinterspritzte Bahnmaterial, also das Verbund-Kunststoffformteil aus den Formhälften 4, 5 entnommen und gleichzeitig das zuvor behandelte Stück Bahnmaterial 9 einen Schritt weitergetaktet und zwischen die geöffneten Formhälften 4, 5 bewegt. Die Formhälften werden zugefahren, wobei das Bahnmaterial vorgeformt wird; anschließend wird Kunststoffschmelze an das Bahnmaterial angespritzt und das nächste Verbund-Kunststoffformteil geformt. Parallel dazu wird das im vorangegangenen Takt hergestellte Verbund-Kunststoffformteil von dem übrigen und überstehenden Bahnmaterial befreit und einer hier nicht dargestellten Ablage zugeführt.
In der Ausgestaltung gemäß 2 wird das Bahnmaterial 9 im Unterschied zur 1 bereits vor dem Einlegen in die Spritzgießmaschine vorkonfektioniert. Hierzu ist zwischen der Rolle 8 und der Plasmabehandlungsstation eine Konfektioniereinrichtung 16 angeordnet, mit der das Bahnmaterial auf die richtige Länge zugeschnitten wird. Das Bahnmaterial kann hierbei auch vorgeformt und dabei formstabil gemacht werden oder es wird in weichem Zustand weitertransportiert. Anschließend wird das vorkonfektionierte Stück 17 mittels eines ersten Robotors 18 auf einen bei der Plasmabehandlungsstation 11 angeordneten Tisch 19 transportiert. Hier wird die Plasmadüse 12 mittels der Düsen-Handlingseinrichtung 13 über das vorkonfektionierte Stück Bahnmaterial 17 bewegt und dieses mit einem Plasmagasstrom beaufschlagt. Während dieser Zeit wird das im Takt zuvor vorbehandelte Stück Bahnmaterial in der Spritzgießmaschine 1 mit Kunststoffschmelze hinterspritzt. Nach Öffnen der Formhälften 4,5 und Entnahme des fertigen Verbund-Kunststoffformteils mittels eines zweiten Robotors 20 wird das nächste Stück an vorkonfektioniertem Bahnmaterial 17 von dem Tisch 19 mittels eines dritten Roboters 21 abgehoben und in eine der Formhälften eingelegt. Parallel dazu wird von dem ersten Roboter 18 das nächste Stück an vorkonfektioniertem Bahnmaterial 17 der Plasmabehandlungsstation 11 zugeführt.
In der Ausführungsform gemäß 3 wird das Bahnmaterial 9 bereits in vorkonfektioniertem Zustand angeliefert und als Stapel 22 in gewisser Anzahl bevorratet bereitgehalten. Die Verarbeitung des Bahnmaterials 9 erfolgt in der zuvor im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Art und Weise.
Eine geeignete Plasmadüse 12 weist gemäß 4 ein Edelstahlgehäuse 23 mit einem Düsenkopf 24, sowie einer Isolationsschicht 25 auf der Innenwand des Gehäuses 23 auf. In den Deckel der Plasmadüse 12 mündet eine Gasleitung 26, die an eine hier nicht dargestellte Gasversorgungstation angeschlossen ist. Eine Lochblende 27 teilt das Innere des Gehäuses 23 in einen Gaszuführraum 28 und einen Gasentladungsraum 29. An der Lochblende 27 ist eine erste Elektrode 30 befestigt, die über eine Stromleitung 31 an eine hier nicht dargestellte Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Der Düsenkopf 24 des Edelstahlgehäuses 23 wirkt als zweite Elektrode, die geerdet ist. Im eingeschalteten Zustand wird zwischen der Elektrode 30 und dem Düsenkopf 24 ein Plasma 32 gezündet, das aus der Düse austritt und als Plasmagasstrom 33 auf die zu behandelnde Oberfläche des Bahnmaterials 9 trifft. Mit dem Plasmagasstrom 33 wird die Oberfläche des Bahnmaterials 9 in einem Arbeitsgang gereinigt (z.B. von Trennmitteln), vorgewärmt, elektrisch entladen und chemisch aktiviert.

1: Spritzgießmaschine
2: Feststehende Formaufspannplatte
3: Bewegliche Formaufspannplatte
4: Feststehende Formhälfte
5: Bewegliche Formhälfte
6: Maschinenbett
7: Einspritzaggregat
8: Rolle
9: Bahnmaterial
10: Abzugseinrichtung
11: Plasmabehandlungsstation
12: Plasmadüse
13: Düsen-Handlingseinrichtung
14: Plasmagasstrom
15: Kavität
16: Konfektioniereinrichtung
17: Vorkonfektioniertes Stück Bahnmaterial
18: Erster Roboter
19: Behandlungstisch
20: Zweiter Roboter (Entnahmehandling)
21: Dritter Roboter (Einlegehandling)
22: Stapel an vorkonfektioniertem Bahnmaterial
23: Edelstahlgehäuse
24: Düsenkopf
25: Isolationsschicht
26: Gasleitung
27: Lochblende (Blende mit Bohrungen)
28: Gaszuführraum
29: Gasentladungsraum
30: Elektrode
31: Stromleitung
32: Plasmastrahl
33: Plasmagasstrom

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils, wobei zuerst nacheinander Folien mit Plasma (33) beaufschlagt und zu einem Bahnmaterial (9) zusammengefügt werden, welches dann zwischen die zwei Werkzeughälften (4, 5) einer Spritzgießmaschine eingelegt und dort hinterspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Bahnmaterial (9) vordem Einlegen in die Spritzgießmaschine vorgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Bahnmaterial (9) aus Kunststofffolien mittels Plasmabehandlung hergestellt wird und mit einem thermoplastischen Kunststoff, einem Elastomer oder Polyurethan hinterspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnmaterial (9) aus Metallfolien mittels Plasmabehandlung hergestellt wird und mit einem thermoplastischen Kunststoff, einem Elastomer oder Polyurethan hinterspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dass beide Seiten der Folie mit Plasma (33) beaufschlagt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 bestehend aus einer Folienbahnrolle (8), einer Plasmabehandlungsstation (11), Handlingeinrichtungen (10, 18, 20, 21) zum Transport des Bahnmaterials zur Spritzgießmaschine (1), einer Abzugsrolle (10) sowie einer Konfektioniereinrichtung (16).