DE4237588A1 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Herstellen eines spritzgegossenen Applikationsprodukts
des Typs, der aus Kunstharzen mit Druckwerk auf einer Ober
fläche besteht und der durch ein Spritzgußverfahren herge
stellt wird. Produkte dieser Art werden zum Beispiel zum
Herstellen von Fahrzeuginstrumententafeln verwendet.
Produkte der angesprochenen Art werden seit vielen Jah
ren nach einem in der Technik als In-der-Form-Dekorations
verfahren bekannten Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren,
das zumindest seit 1972 in Gebrauch ist, wurde verwendet, um
bedruckte Teile aus Polystyren- und Polypropylenschichten
herzustellen, die nach dem Bedrucken geschnitten und zum
Spritzgießen geschickt wurden, um in ein fertiges Produkt
geformt zu werden. Zum Beispiel waren einige dieser Produkte
Essensbehälter aus Plastik, Krüge und Kanister. Bei diesem
Verfahren wurden die Schablonen oder Gußformdekorationen
durch Offsetdruck und/oder Siebdruck erzeugt, und die Teile
waren flach und wurden in der Spritzgußform mit einer stati
schen Ladung gehalten. Da die Schablonen oder Gußformdekora
tionen nicht eine vollständige (100 Prozent) Tintenbedeckung
enthielten, war es möglich, auf die Rückseite dieser Teile
zu drucken und immer noch das geschmolzene Plastikmaterial
auf der Rückseite des Platiksubstrats geklebt zu haben, wo
durch eine Schicht aus Plastikfilm auf der Außenseite zum
Schutz der Graphik verblieb. Bei diesem Verfahren mußte die
Eingußanbringung der Schmelze so sein, daß das Einführen des
Plastiks stattfand, wenn keine Tinte da war, da in diesem
Bereich vorhandene Tinte zu Bewegungen und Verzerrungen nei
gen würde. Die Verbindung würde in diesem Fall nur zwischen
der durchsichtigen Plastikfläche der Schablone und der
Schmelzverbindung selbst stattfinden.
Ein im wesentlichen mit dem oben beschriebenen Gußform
dekorationsverfahren identischer Prozeß ist in dem US-Patent
Nr. 49 17 927 offengelegt. Dieses Patent beansprucht einen
neuartigen Druckverfahrensschritt, bei dem wenigstens auf
eine Innenseite einer Kunstharzschicht ein Tintenfilm aufge
bracht wird, wobei der Tintenfilm eine oder mehrere Schich
ten umfaßt, wovon jede eine bestimmte minimale Dicke auf
weist. Das Patent stellt fest, daß es durch dieses Einfär
bungsverfahren möglich ist, ein Hintergrund-beleuchtetes
Produkt herzustellen. Hintergrund-beleuchtete Produkte sind
in der Technik wohlbekannt und sind in der Lage ein darauf
gedrucktes Bild darzustellen, wenn sie von vorne betrachtet
werden und Licht von hinten auf das Produkt gestrahlt wird.
Produkte dieser Art werden zum Herstellen von Fahrzeugin
strumententafeln verwendet. Das Patent legt das Drucken auf
eine flache Kunstharzschicht offen, die in eine Form ge
bracht wird, in die entsprechend der oben diskutierten Guß
formtechnik ein geschmolzenes Kunstharz eingeführt wird.
Die bekannte Technik war nicht geeignet zum Herstellen
einer dreidimensionalen Applikation des in Fig. 3 gezeigten
Typs. In der Tat glaubten die Fachleute, daß es nicht mög
lich sein würde, die Form und Anordnung dieser Art in Ver
bindung mit einer akzeptablen dekorativen Darstellung zu er
halten. Man glaubte, daß das Produkt während des bekannten
Gußformprozesses verformt würde und dadurch die dekorative
Darstellung beschädigt würde.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, ein Verfahren zum Herstellen von Applikationsprodukten
der Art, die aus Kunstharzen bestehen und ein Druckwerk dar
auf besitzen, durch ein Druckgußverfahren bereitzustellen,
um ein dreidimensionales Produkt zu erzeugen, das eine Form
einschließlich vorstehender Bereiche, konkaver Bereiche und
dergleichen besitzt.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das in den bei
gefügten Patentansprüchen definierte Verfahren gelöst.
Insbesondere wird die allgemeine Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
- 1) Erzeugen eines flachen Substrats mit einer minimalen Dicke von 0,020 Zoll, das aus einem durchsichtigen Polykar bonat besteht;
- 2) Bedrucken der Vorderseite des Substrats unter Ver wendung einer formbaren Tinte;
- 3) Vorschneiden des bedruckten Substrats zum Erzeugen von Justierlöchern für ein Formwerkzeug, wobei dieser Schneideschritt zum Beispiel durch Preßschneiden mit einem Stahlschneider durchgeführt wird;
- 4) Formen des bedruckten Substrats in eine dreidimen sionale Form, vorzugsweise durch einen kalten Formprozeß, um dadurch die innere Spannung von der inneren Form zu reduzie ren;
- 5) Erzeugen einer Gußform mit einer ersten Oberfläche derselben Konfiguration wie das geformte Substrat;
- 6) Preßschneiden des geformten Substrats, so daß es mit minimaler Abweichung auf die Gußform paßt, so daß das Teil aufgrund seiner Konfiguration in der Prägeform angeordnet werden kann; und
- 7) Anordnen des geformten Substrats in der Gußform ge gen die erste Gußoberfläche und Einführen eines durchsichti gen Polykarbonatharzes in den Gußformhohlraum, der sich hin ter dem geformten Substrat befindet, wobei der Gießform schritt durch Einführen eines geschmolzenen Polykarbonats direkt hinter das geformte Substrat durch eine Mehrzahl von Eingußkanälen durchgeführt wird, wobei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Eingußkanal geschmolzenen Harz einer Fläche zuführt, die nicht größer ist als zwei Quadrat zoll.
Das obige Verfahren stellt ein Applikationsprodukt her,
das aus einem Stück besteht, permanent verbunden ist und die
dreidimensional geformte Konfiguration des geformten Sub
strats besitzt.
Bei dem obigen beschriebenen Verfahren gibt es einige
wichtige Parameter. So muß die Dicke des Substratmaterials
mindestens 0,020 Zoll betragen. Außerdem ist die in dem Ver
fahren verwendete Tinte eine formbare Hochtemperaturtinte,
die sowohl die Spannungen der Form als auch die Wärme beim
Einführen des geschmolzenen Harzes während des Gußformpro
zesses aushalten kann. Außerdem sollte die Oberfläche des
Formwerkzeugs (die Fläche, auf der die Vorderseite der Ap
plikation ruht) auf einer Temperatur von 70-110°F gehalten
werden. Außerdem sollte das Harz selbst 700°F nicht über
schreiten.
Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß
das Polykarbonatharz durch Eingußkanäle direkt auf und senk
recht zu den Oberflächen der Applikation eingespritzt wird.
Weiterhin führt jeder einzelne Eingußkanal geschmolzenes Po
lykarbonatharz einer Fläche in der Gußform zu, die nicht
größer als zwei Quadratzoll ist.
Es ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Ver
fahrens, daß es in der Lage ist, ein dreidimensional geform
tes Produkt herzustellen, was daher noch nicht gemacht
wurde. Außerdem machen es die Verwendung von Kaltformung und
dem nachfolgenden Spritzgußverfahren möglich, ein Produkt
mit einem verringertem Betrag innerer Spannung herzustellen.
Die Verfahren nach dem Stand der Technik können dieses Er
gebnis nicht erzielen. Außerdem wurde es in der bekannten
Technik, wie etwa dem US-Patent Nr. 49 17 927 als unmöglich
erachtet, direkt auf das bedruckte Applikationssubstrat zu
spritzen wegen der Befürchtung, daß das geschmolzene Harz
mit seinen hohen Temperaturen und seiner Wärme die Applika
tion zerstören würde. Jedoch ist es mit dem erfindungsgemä
ßen Verfahren, bei dem die Eingußkanäle eine Fläche versor
gen, die zwei Quadratzoll nicht übersteigt, möglich, die
Prozeßwärme und -drücke zu reduzieren und immer noch direkt
auf die Applikation einzuspritzen. Der Vorteil des direkten
Einspritzens besteht darin, daß es möglich ist, den Fluß des
geschmolzenen Harzes zu schützen, und daß man ihn nicht
durch Druckerhöhung auf die Flächen zwingen muß. Die neuar
tige Eingußkanalanordnung macht es möglich, die Gußform
leichter zu entwerfen, da es nicht die Einschränkung gibt,
daß die Eingußkanäle so eingeordnet sind, daß verhindert
wird, daß Material derart auf die Applikationsoberfläche
auftrifft, daß die Applikation zerrissen würde. Außerdem be
steht durch Vorformen des bedruckten Applikationssubstrats
und durch Bereitstellen eines Gußwerkzeugs, wie oben be
schrieben, keine Notwendigkeit, Schmelzdrücke zu verwenden,
um ein Produkt mit einer dreidimensionalen Konfiguration
herzustellen.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines spritzgegossenen Ap
plikationsprodukts, das durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt wurde.
Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der
Fig. 1.
Fig. 2a ist eine vergrößerte Detailansicht des einge
kreisten Bereichs der Fig. 2.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein bedrucktes Substrat
entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren geformten Substrats.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, das den Spritz
gußschritt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.
Fig. 6 ist eine diagrammatische Ansicht des in Fig. 5
gezeigten Spritzgußschrittes.
Als ein Anfangsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein flaches Substrat mit einer minimalen Dicke von
0,020 Zoll bereitgestellt, das aus einem durchsichtigen Po
lykarbonat, wie etwa aus "Mylar" besteht. Das Substrat ist
zum Beispiel in Fig. 3 allgemein durch 10 gekennzeichnet.
Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, das ge
wünschte Design auf die vordere Oberfläche 12 des Substrats
10 unter Verwendung einer formbaren Tinte zu drucken. Wie in
Fig. 3 gezeigt, ist ein Druckdesign, allgemein bei 14, in
einer rechtwinkligen Konfiguration angeordnet. Der Druck
schritt wird durch Durchführen einer Mehrzahl von Druck
durchläufen, bei denen eine einzige Farbe während des Durch
laufs aufgebracht wird, durchgeführt. Die verschiedenen Far
ben werden auch in den in Fig. 3 gezeigten, über dem Druck
design 14 angeordneten, kreisförmigen Flächen 16, die nicht
Bestandteil des fertigen Produkts sind, wie hiernach be
schrieben wird, angebracht. Außerdem ist eine Mehrzahl von
Markierungen 18 für Justierlöcher an Stellen um das Druckde
sign 14 angeordnet, wie in Fig. 3 deutlich wird.
Der nächste Schritt ist der Schneideschritt, bei dem das
bedruckte Substrat 10 in Rechtecke vorgeschnitten wird und
bei dem eine Mehrzahl von Justierlöchern (an den Markierun
gen 18) eingestanzt werden. Dieser Schritt erzeugt ein be
drucktes Teil, das zur Verwendung in einem Formwerkzeug vor
bereitet ist, wobei es so geformt ist, daß es in das Werk
zeug paßt und mit den Justierstiften des Werkzeugs ausge
richtet werden kann. Dieser Schritt wird vorzugsweise durch
Prägeschneiden mit einem Stahlprägeinstrument durchgeführt.
Der nächste Schritt ist der Formschritt, bei dem das be
druckte, vorgeschnittene Substrat in eine dreidimensionale
Form geformt wird, wie das geformte Substrat 20, das in Fig.
4 gezeigt ist. Der Formschritt wird vorzugsweise durch einen
kalten Formprozeß durchgeführt, um die inneren Spannungen
der inneren Form zu reduzieren. Bei diesem Schritt wird die
flache Schicht in eine Formpresse angeordnet, die ihren
Formzyklus durchläuft, um die Schicht in die gewünschte
dreidimensionale Form zu formen, wobei diese Form, wie in
Fig. 4 gezeigt, eine gebogene Konfiguration einschließlich
vorstehender und konkaver Bereich besitzen kann.
Der nächste Schritt besteht darin, das geformte Substrat
20 in eine derartige Konfiguration zu schneiden, daß es in
die in dem anschließend durchführenden Spritzgußschritt ver
wendete Prägeform derart paßt, daß die Konfiguration des ge
formten Substrats 20 dazu dient, sie festzuhalten. Also muß
das geformte Substrat 20 so geschnitten werden, daß es mit
einer minimalen Toleranz in das Spritzgußwerkzeug paßt.
In Fig. 5 ist ein Spritzgußwerkzeug 30 zur Verwendung in
dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt. Das Spritzgußwerk
zeug 30 stellt einen Hohlraum 32 zur Verfügung, der eine er
ste Oberfläche 34 aufweist, die dieselbe Konfiguration wie
die des geformten Substrats 20 besitzt. Das Spritzgußwerk
zeug 30 besteht aus einer Vorderhälfte 36 und einer hinteren
Hälfte 38, die miteinander verbunden sind, um dazwischen den
Gußhohlraum 32 zu bilden. Die hintere Gußformhälfte 38 ist
mit drei Eingußkanälen 41, 42 und 43 versehen, durch die das
geschmolzene Material in den unteren Bereich des Hohlraums
32 eingeführt wird. Die drei Eingußkanäle 41, 42 und 43 er
strecken sich in eine Richtung senkrecht zu dem Gußhohlraum
32. Darüber ist das Gußwerkzeug 30 so konstruiert und ange
ordnet, daß, wie am besten in Fig. 6 gezeigt, jeder Einguß
kanal geschmolzenes Harz auf eine Fläche des Gußhohlraums 32
bringt, die nicht größer als zwei Quadratzoll ist.
Der nächste Verfahrensschritt ist der Einsatz-Spritzguß
schritt, bei dem das geformte Substrat 20 in dem Hohlraum 32
des Gußwerkzeugs 30 gegen die vordere Spritzgußoberfläche 34
in einer in Fig. 5 gezeigten Position angeordnet wird. Da
nach wird ein durchsichtiges, geschmolzenes Polykarbonatharz
in den Gußhohlraum hinter dem geformten Substrat einge
spritzt. Dieser Schritt wird durch Einführen des geschmolze
nen Karbonats in den unteren Bereich des Hohlraums 32 direkt
hinter dem geformten Substrat durch die drei Eingußkanäle
41, 42 und 43 durchgeführt, die in der oben beschriebenen
Art konstruiert und angeordnet sind, so daß jeder der Ein
gußkanäle 41, 42 und 43 geschmolzenes Harz auf eine Fläche
des Hohlraums 32 bringt, die nicht größer ist als zwei Qua
dratzoll.
Das oben beschriebene Verfahren erzeugt ein Applikati
onsprodukt aus einem Stück, das permanent verbunden ist und
die dreidimensionale Konfiguration des geformten Substrats
20 besitzt, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, die das
spritzgegossene Applikationsprodukt 50 zeigen. Also umfaßt
das Produkt 50 eine Vorderfläche mit dem geformten Substrat
20, das eine Mehrzahl von bedruckten Schichten umfaßt, die
auf der Vorderfläche 12 des Substrats aufgebracht sind, und
eine Rückfläche mit dem durchsichtigen Polykarbonatharzsub
strat 54.
Die Teile wurden siebenfach auf eine 22 Zoll mal 31 Zoll
große, 0,020 Zoll dicke Polykarbonatschicht gedruckt, wobei
jeder Druckschritt ein Vorgang auf der vorderen Oberfläche
ist. Hiernach folgt eine Liste der Durchläufe und der Spezi
fikationen für die Durchführung dieser Durchläufe:
Nach dem Drucken wurden die Teile zur Verwendung in ei
nem Formwerkzeug mit einem Hohlraum in Rechtecke geschnit
ten. Justierlöcher wurden zu diesem Zeitpunkt ebenfalls in
die Teile gestanzt, wodurch die Teile für die Formpresse
fertiggestellt waren.
Der Formschritt wurde in einem Werkzeug mit einem Hohl
raum durchgeführt. Jedes Teil wurde auf den Justierstiften
des Werkzeugs durch Einsetzen der Stifte in die zuvor einge
stanzten Justierlöcher angeordnet, und das Teil wurde dann
geformt. Der Formvorgang umfaßte die folgenden Schritte:
- 1. Das Werkzeug wurde auf dem beweglichen Tisch angeord net, der in die Presse geht.
- 2. Eine "langsame Verschluß"-Technik wurde verwendet, um die Maschine auf die Konfiguration des Werkzeugs einzu stellen.
- 3. Der Druck wurde auf 4000 Pfund eingestellt.
- 4. Die Teile wurden dann unter Verwendung der Justier stifte auf dem Werkzeug angeordnet.
- 5. Die Teile durchliefen dann zweimal den Formzyklus und wurden dann entfernt.
Beim nächsten Schritt, also beim Schneideschritt, wurden
die Teile mittels Laser auf die gewünschte Größe geschnit
ten, damit sie in das Gußwerkzeug passen.
Nach dem Schneiden wurden die Teile von Hand in das Guß
werkzeug gebracht, wobei die Konfiguration der Form dazu
dient, die Teile auf der Stelle zu halten. Es wurde aufge
paßt, daß das Teil fluchtend in der Form sitzt. Der Kopf des
Werkzeugs, wo die Applikation sitzt, wurde unter Verwendung
von Kühlleitungen auf 70°F gekühlt, und geschmolzenes Poly
karbonat wurde bei einer Temperatur von 700°F unter einen
Druck von 500 Pfund pro Quadratzoll gesetzt. Das Polykarbo
nat wurde dann in den Gußhohlraum hinter das bedruckte Teil
eingespritzt. Während des Vorgangs wurden die Drücke und
Temperaturen in dem Spritzgußprozeß so niedrig wie möglich
gehalten, um die Möglichkeiten eines Verlaufens der Tinte zu
reduzieren.
Das Teil wurde dann aus der Form entfernt und auf seiner
Rückseite an allen Stellen aus den Graphikflächen maskiert.
Dies reduziert die Möglichkeit von Stiftlöchern.
Nach dem Maskieren der Teile wurden sie sprühbeschich
tet, um eine kratzfeste und Lösungsmittel-resistente Be
schichtung darauf zu erzeugen. Das Teil wurde dann auf seine
Eignung zum Versand überprüft.
Claims (13)
1. Verfahren zum Herstellen von Applikationsprodukten der
Art, die aus Kunstharzen bestehen und ein Druckwerk darauf
besitzen, durch ein Druckgußverfahren, um ein dreidimensio
nales Produkt zu erzeugen, das eine Form einschließlich vor
stehender Bereiche, konkaver Bereiche und dergleichen be
sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrens
schritte umfaßt:
- 1) Erzeugen eines flachen Substrats (10) mit einer mi nimalen Dicke von 0,020 Zoll, das aus einem Kunstharz be steht;
- 2) Bedrucken der Vorderseite (12) des Substrats unter Verwendung einer formbaren Tinte;
- 3) Vorbereiten des bedruckten Substrats zum Formen;
- 4) Formen des bedruckten Substrats in eine dreidimen sionale Form;
- 5) Bereitstellen einer Gußform (30) mit einer ersten Oberfläche (34) derselben Konfiguration wie das geformte Substrat;
- 6) Vorbereiten des geformten Substrats, so daß es mit minimaler Abweichung in die Gußform paßt; und
- 7) Anordnen des geformten Substrats in der Gußform ge gen die erste Gußoberfläche und Einführen eines durchsichti gen Polykarbonatharzes in den Gußformhohlraum (32), der sich hinter dem geformten Substrat befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Schritt (3) zum Vorbereiten des Substrats zum Formen
durchgeführt wird durch Vorschneiden des bedruckten Sub
strats, um Justierlöcher (18) für die Formvorrichtungen mit
tels eines Schneideschritts zu erzeugen, der durch Präge
schneiden mit einem Stahlprägeschneider durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Schritt (4) durch einen Kaltformprozeß durchgeführt
wird, um dadurch die innere Spannung des geformten Produkts
zu verringern.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Schritt (6) zum Vorbereiten des geformten Substrats
durch Prägeschneiden des geformten Substrats in einer Weise,
daß das Teil mit einer minimalen Abweichung in der Gußform
angeordnet werden kann, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt (7) ausgeführt wird, indem ein geschmolzenes
Polykarbonat direkt hinter das geformte Substrat durch eine
Mehrzahl von Eingußkanälen (41, 42, 43) eingeführt wird, wo
bei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Einguß
kanal geschmolzenes Harz einer Fläche zuführt, die nicht
größer ist als zwei Quadratzoll.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das flache Substrat des Schrittes (1) aus einem durch
sichtigen Polykarbonat besteht und daß das geschmolzene Harz
des Schrittes (7) aus einem durchsichtigen, geschmolzenen
Polykarbonat besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die formbare Tinte eine Hochtemperaturtinte ist, die die
Spannungen des Formschrittes ebenso wie die Wärme des Ein
spritzens des geschmolzenen Harzes aushalten kann.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Gußformoberfläche (34) auf einer Temperatur
von 70-110°F gehalten wird und die Temperatur des geschmol
zenen Harzes 700°F nicht übersteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das geschmolzene Harz durch Eingußkanäle direkt auf und
senkrecht zu der Oberfläche des in der Gußform angeordneten,
geformten Substrats eingespritzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt (7) ausgeführt wird, indem ein geschmolzenes
Polykarbonat direkt hinter das geformte Substrat durch eine
Mehrzahl von Eingußkanälen (41, 42, 43) eingeführt wird, wo
bei diese Eingußkanäle so angeordnet sind, daß jeder Einguß
kanal geschmolzenes Harz einer Fläche zuführt, die nicht
größer ist als zwei Quadratzoll.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die formbare Tinte eine Hochtemperaturtinte ist, die die
Spannungen des Formschrittes ebenso wie die Wärme des Ein
spritzens des geschmolzenen Harzes aushalten kann.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Gußformoberfläche (34) auf einer Temperatur
von 70-110°F gehalten wird und die Temperatur des geschmol
zenen Harzes 700°F nicht übersteigt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das geschmolzene Harz durch Eingußkanäle direkt auf und
senkrecht zu der Oberfläche des in der Gußform angeordneten,
geformten Substrats eingespritzt wird.
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