WO2012025169A1 - Vormaterial für ein flachgewölbtes kunststoff-formteil, insbesondere gehäuseteil, und daraus erstelltes formteil - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the features according to the preambles of the main claims.
- thermoplastic material For injection molding technological reasons, and because of minimum requirements with regard to bending and torsional rigidity for mechanical stabilization of the housing, the wall thickness of such a separately handled relatively large housing part can not be reduced arbitrarily. At present, about 1.5 mm wall thickness is considered as a minimum for the thermoplastic molding.
- the resulting wall thickness increases by about 0.4 mm to typically 1, 9 mm, if on the outer surface of the injection-molded housing part for visual or haptic reasons, a decorative layer - such as a Lederernoppen imitating plastic film - is applied, then usually still, already at the edges, covered with a crystal-clear thermoplastic protective layer.
- a decorative layer - such as a Lederernoppen imitating plastic film - is applied, then usually still, already at the edges, covered with a crystal-clear thermoplastic protective layer.
- the present invention is based on the technical problem of designing moldings of the generic type, despite the decorative coating, as a whole having a thinner wall and providing a starting material for this purpose.
- thermoplastic material is no longer Rial injection-molded part equipped with the decorative layer; but this equipment already undergoes a starting material, which is a thermoformable sandwich-like fiber composite material.
- a starting material which is a thermoformable sandwich-like fiber composite material.
- Such is as a sheet or tableware in particular for the manufacture of automotive body parts such as bumpers and spare wheel wells on the market.
- This fiber composite material is equipped with a carrier film for applying adhesive tape for the decorative layer. Even with such application of the decorative layer on one of the two sandwich surfaces, the resulting, deep-drawn from a blank forming part has a smaller wall thickness than a comparable, even undecor Arthurs, injection molded part.
- the fiber composite material as the fiber-reinforced basic structure typically measures only about 0.5 mm thick and can therefore with a, in the interest of significant haptic profiling, comparatively thick decorative layer of e.g. 0,4 mm - plus 0, 1 mm thickness each of adhesive tape and carrier foil - to be equipped.
- the forming part of such starting material is, for example, a sturdy housing part with a decorative and haptically attractive surface (made of, for example, unfortunately or imitation leather) in thin-walled technology.
- fiber-reinforcing fabrics in the fiber composite material which in the context of the present invention may be designed in one or more layers as well as knitted fabrics, scrims, fiber strands, felts and similar mats.
- These are always defined fiber structures, which are laminated with thermoset or, preferably, with a thermoplastic matrix to the sandwiched fiber composite material.
- This starting material used according to the invention is thus thinner than the still uncoated, conventionally injection-molded part, even after coating with the decorative layer, with at least comparable mechanical properties.
- the decorative layer On one of the two outer surfaces of the laminated fabric, the decorative layer is glued in particular, but depending on the material pairing, for example. also welded on.
- the decorative layer may be genuine leather or a desired surface texture of a plastic film, but also a textile layer and even a thin layer of wood or metal.
- the reinforcing fabric of the fiber composite material is not fouled on both sides but, with good penetration of the fabric structure, only laminated on one side with the plastic matrix; whereupon the decorative layer in the manner described above would be applied directly to the uneven surface of the matrix penetrated by the matrix material and lying opposite the matrix.
- asymmetrical structure would sacrifice strength; and considerable production-related complications would have to be mastered because the essentially only one-sided laminated fabric could warp during thermal forming (so-called bimetallic effect). It is also critical whether this tissue, which is practically only bound on one side, keeps the decorative layer sufficiently stable.
- the decorative layer without the primer in the form of the adhesive strip and its carrier film to melt directly on one of the two surfaces of the symmetrically laminated fiber composite material in the compression or foaming process.
- a blank of the laminated and then one-sided dekorbe Anlagenn fiber composite material is heated before or after introduction into a thermoforming mold to the glass or softening temperature of the fiber fabric receiving matrix and then deep-drawn in the mold directly to the housing part or the like Umformteil, which then without Nachbearbeitungser Stahlisse already the haptic or visually desired outer surface equipped arises.
- a relatively thick decorative layer 1 1 (about 0.4 mm leatherette) laminated, mechanically stable support 12 of a fiber composite material 13, which here einlagig linen fiberglass fabric 14 laminated in the usual way on both sides, each with a thermoplastic matrix 15 is.
- the decorative layer 1 1 laminated onto a surface 16 of this support 12 of typically 0.5 mm thickness can therefore have approximately the thickness of the support 12 in the interest of a strong knob-like profiled, in particular haptically very attractive outer surface 17 as outlined.
- the decorative layer 1 1 is not glued directly to one of the surfaces 16 of the carrier 12 in this embodiment, but with the interposition of a carrier film 18 by means of an adhesive tape 19 (typically of 0.1 mm thickness) applied to the carrier 12.
- thermoformed housing or similar formed part results in a total thickness of the order of only a good millimeter for the deep-drawn starting material, as well as for the wall thickness of the thermoformed housing or similar formed part (not shown).
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Abstract
Die technologischen Grenzen bei der Verringerung der Wandstärke von im Kunststoff-Spritzguss hergesellten und mit Dekorlagen ausgestatteten Gehäuseteilen wie Batteriedeckeln mobiler Geräte scheinen erreicht zu sein. Zu dennoch sogar signifikanter weiterer Verringerung der resultierenden Wandungsstärke wird auf ein Vormaterial übergegangen, bei dem es sich um einen einseitig mit der Dekorlage (11) ausgestatteten Faserverbundwerkstoff (13) handelt, aus dem das Gehäuseteil im Tiefziehverfahren geformt wird. Selbst bei Aufbringen einer aus haptischen Gründen in ihrer Außenfläche (17) stark genarbten, dicken Dekorlage (11) bleibt die resultierende Wandungsstärke weit unter der bei einem im Spritzguss erstellbaren Gehäuseteil. Eine sogar noch weitere Abnahme der Wandungsstärke wird erzielt, wenn als Tiefzieh-Vormaterial für das Umformteil ein Faserverbundwerkstoff (13) eingesetzt wird, auf dessen Oberfläche (16) das Dekormaterial direkt aufgeschäumt oder aufgespritzt ist.
Description
Vormaterial für ein flachgewölbtes Kunststoff-Formteil, insbesondere Gehäuseteil, und daraus erstelltes Form teil
Die Erfindung betrifft die Merkmale gemäß den Oberbegriffen der Hauptansprüche.
Der Markt verlangt nach immer flacheren mobilen Geräten wie bei den Telefonen, Musikspeichern, Kleincomputern oder Netzzugangseinrichtungen und dergleichen Consumer Electronics. Dementsprechend schrumpft auch die Höhe dreidimensionaler Gehäuseteile wie des Batteriedeckels. Der wird gewöhnlich als Mehrfachnutzen in einer Kunststoff- Spritzgussform aus thermoplastischem Material erstellt. Aus spritzgusstechnologischen Gründen, und wegen Mindestanforderungen hinsichtlich Biege- und Verwindungssteifig- keit zur mechanischen Stabilisierung des Gehäuses, kann die Wandungsstärke eines derartigen, separat zu handhabenden, vergleichsweise großflächigen Gehäuseteiles nicht beliebig verringert werden. Derzeit wird etwa 1 ,5 mm Wandungsstärke beim thermoplastischen Formteil als Minimum betrachtet. Die resultierende Wandstärke erhöht sich aber um ca. 0,4 mm auf typisch 1 ,9 mm, wenn auf die Außenfläche des Spritzguss-Gehäuseteiles aus optischen oder haptischen Gründen eine Dekorlage - etwa eine Ledernoppen imitierende Kunststofffolie - appliziert wird, die dann üblicherweise noch, schon zur Kantenanbin- dung, mit einer glasklaren thermoplastischen Schutzschicht überzogen wird. Mit der Forderung nach solch marktgerechter Ausstattung höherwertiger Konsumprodukte wird das spritzgusstechnische Bemühen um dünnwandige Kunststoff-Formteile geradezu konterkariert.
In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, Formteile gattungsgemäßer Art trotz Dekorbeschichtung insgesamt dünnwandiger auszulegen und dafür ein Vormaterial bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist durch die in den Hauptansprüchen angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach wird nicht mehr erst das schon ausgeformte, aus thermoplastischem Mate-
rial spritzgegossene Formteil mit der Dekorlage ausgestattet; sondern diese Ausstattung erfährt bereits ein Vormaterial, bei dem es sich um einen tiefziehfahigen sandwichartigen Faserverbund Werkstoff handelt. Ein solcher ist als Bahnen- oder Tafelware insbesondere zum Fertigen von Kraftfahrzeug-Karosserieteilen wie Stoßfängern und Reserveradmulden am Markt. Wegen der guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere der hohen Biege- und Torsionssteifigkeit des Faserverbundwerkstoffes braucht der, bei im Übrigen gleicher Formgebung, nur eine Stärke in der Größenordnung von einem Drittel der spritzgegossenen Wandstärke aufzuweisen. Dieser Faserverbundwerkstoff wird mit einer Trägerfolie zum Aufbringen von Klebeband für die Dekorlage bestückt. Selbst mit solcher Applikation der Dekorlage auf eine der beiden Sandwich-Oberflächen weist das resultierende, aus einem Zuschnitt tiefgezogene Umformteil eine geringere Wandstärke als ein vergleichbares, sogar noch undekoriertes, Spritzgussteil auf.
Denn der Faserverbundwerkstoff als die faserverstärkte Grundstruktur misst typischerweise nur ca. 0,5 mm Starke und kann deshalb mit einer, im Interesse deutlicher haptischer Profilierung, vergleichsweise dicken Dekorlage von z.B. 0,4 mm - zuzüglich je 0, 1 mm Stärke von Klebeband und Trägerfolie - ausgestattet werden. Das ergibt eine Gesamtstärke, die bei deutlich verbesserten haptischen Eigenschaften mit 1 , 1 mm um gleich gut 30% dünner ist, als ein beschichtetes Spritzguss-Formteil eingangs beschriebener Art nach dem Stande der Technik; und das bei mindestens gleichen mechanischen Eigenschaften etwa hinsichtlich Biege- und Verwindungssteifigkeit des resultierenden Formteiles gleicher Geometrie. Das Umformteil aus solchem Vormaterial ist beispielsweise ein stabiles Gehäuseteil mit dekorativer und haptisch ansprechender Oberfläche (aus z.B. Leider oder Kunstleder) in Dünnwandtechnik.
Vorliegend wird zur Vereinfachung der Darstellung stets nur von faserverstärkenden Geweben im Faserverbundwerkstoff gesprochen, die aber im Rahmen vorliegender Erfindung gleichermaßen ein- oder mehrlagig sowie auch als Gewirke, Gelege, Faserstränge (Ro- vings), Filze und dergleichen Matten ausgelegt sein können. Stets handelt es sich um, zumeist definiert orientierte, Faserstrukturen, die mit duroplastischer oder, vorzugsweise, mit thermoplastischer Kunststoff-Matrix zum sandwichartigen Faserverbundwerkstoff laminiert sind.
Vor allem bei gesteigerten mechanischen Anforderungen läge es an sich nahe, für das Verstärkungs-Gewebe auf Karbon-Fasern zurückzugreifen. Die weisen nicht nur besonders hohe Festigkeit auf, als Umformteil liefert ihre Gewebestruktur auch bereits eine ange-
nehme Haptik sowie edles Aussehen. Solche Umformteile sind aber wegen der elektrisch leitenden Eigenschaften von Karbon und des daraus resultierenden Abschirmverhaltens nicht bei Geräten einsetzbar, in die z.B., etwa wie bei Mobiltelefonen, eine Funkantenne integriert ist. Dieses Manko ist bei den ebenfalls außerordentlich festen Kevlar- bzw. Ara- mid-Fasern zwar nicht gegeben, aber infolge deren Bedarfes etwa für Schutzhelme und für schusssichere Westen sind solche Gewebe zu für Konsumgüter vertretbaren Preisen am Markt kaum verfügbar. Deshalb bleibt für die Belange der Praxis zumeist nur der Rückgriff auf Laminate mit den herkömmlichen Glasfaser-Geweben, die, insbesondere mehrlagig, auch sehr gute mechanische Festigkeiten ergeben.
Dieses hier erfindungsgemäß eingesetzte Vormaterial ist also selbst nach der Beschichtung mit der Dekorlage bei mindestens vergleichbaren mechanischen Eigenschaften dünner als das noch unbeschichtete, in herkömmlicher Weise formgespritzte Formteil. Auf die eine der beiden Außenflächen des laminierten Gewebes wird die Dekorlage insbesondere aufgeklebt, je nach der Materialpaarung aber z.B. auch aufgeschweißt. Bei der Dekorschicht kann es sich je nach den apparativen Anforderungen um Echtleder oder um eine Kunststoff-Folie gewünschter Oberflächenstrukturierung handeln, aber auch um eine Textillage und selbst um eine dünne Holz- oder Metallschicht.
Für eine zusätzliche Verringerung der Wandungsstärke kann man sogar in Betracht ziehen, das Verstärkungsgewebe des Faserverbundwerkstoffes regelwidrig nicht beidseitig, sondern unter guter Durchfeuchtung der Gewebestruktur nur einseitig mit der Kunststoffmatrix zu laminieren; woraufhin die Dekorlage in oben beschriebener Weise unmittelbar auf die der Matrix gegenüberliegende, unebene Oberfläche des von Matrixmaterial durchdrungenen Gewebes aufgebracht würde. Solch unsymmetrische Struktur würde allerdings eine Einbuße an Festigkeit erbringen; und es müssten erhebliche fertigungstechnische Komplikationen beherrscht werden, weil das im Wesentlichen nur einseitig laminierte Gewebe sich beim thermischen Umformen verziehen könnte (sog. Bimetall-Effekt). Außerdem ist kritisch, ob dieses praktisch nur einseitig eingebundene Gewebe die Dekorlage hinreichend stabil hält.
Für eine dennoch spürbare weitere Verringerung der Gesamtstärke des Umformteiles ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, die Dekorlage, ohne die Haftvermittler in Form des Klebestreifens und seiner Trägerfolie, unmittelbar auf eine der beiden Oberflächen des symmetrisch laminierten Faserverbundwerkstoffes im Press- oder Schäumverfahren aufzuschmelzen. Das ergibt, bei u.U. sogar noch verbesserten mechanischen Eigenschaften we-
gen der zusätzlichen Einbindung der Dekorlage in den Faserverbundwerkstoff, eine Verringerung der Stärke des Umformteiles um weitere ca. 0,2 mm.
Ein Zuschnitt aus dem laminierten und dann einseitig dekorbeschichteten Faserverbundwerkstoff wird vor oder nach dem Einbringen in eine Tiefziehform auf die Glas- oder Erweichungstemperatur der das Fasergewebe aufnehmenden Matrix erwärmt und daraufhin in der Form unmittelbar zum Gehäuseteil oder dergleichen Umformteil tiefgezogen, das dann ohne Nachbearbeitungserfordernisse bereits mit der haptisch oder visuell gewünschten Außenfläche ausgestattet anfällt.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Vormaterial zum
Tiefziehen eines flachen aber mechanisch stabilen Kunststoff-Umformteiles mit Dekorlage unmaßstäblich überhöht skizziert.
Bei diesem Realisierungsbeispiel besteht der mit einer relativ dicken Dekorlage 1 1 (etwa 0,4 mm Kunstleder) kaschierte, mechanisch stabile Träger 12 aus einem Faserverbundwerkstoff 13, dessen hier einlagig leinenförmiges Glasfaser-Gewebe 14 in üblicher Weise beidseitig mit je einer thermoplastischen Matrix 15 laminiert ist. Die auf eine Oberfläche 16 dieses Trägers 12 von typisch 0,5 mm Stärke aufkaschierte Dekorlage 1 1 kann also im Interesse einer kräftig noppenartig profilierten, dadurch insbesondere auch haptisch sehr ansprechenden Außenfläche 17 wie skizziert durchaus etwa die Stärke des Trägers 12 aufweisen. Die Dekorlage 1 1 ist bei diesem Ausfuhrungsbeispiel nicht direkt auf eine der Oberflächen 16 des Trägers 12 aufgeklebt, sondern unter Zwischenlage einer Trägerfolie 18 mittels eines Klebebandes 19 (von typisch je 0,1 mm Dicke) auf den Träger 12 aufgebracht.
Damit ergibt sich für das Tiefzieh- Vormaterial insgesamt, wie auch für die Wandstärke des daraus tiefgezogenen Gehäuse- oder dergleichen Umformteiles (nicht gezeichnet), eine Wandungsdicke in der Größenordnung von nur noch gut einem Millimeter.
Da die technologischen Grenzen bei der Verringerung der Wandstärke von im Kunststoff- Spritzguss hergesellten und mit Dekorlagen ausgestatteten flachgewölbten Gehäuseteilen wie Batteriedeckeln mobiler Geräte erreicht zu sein scheinen, wird also erfindungsgemäß zu dennoch sogar signifikanter weiterer Verringerung der resultierenden Wandungsstärke auf ein bahnen- oder tafelförmiges Vormaterial übergegangen, bei dem es sich um einen einseitig mit der Dekorlage 1 1 ausgestatteten Faserverbundwerkstoff 13 handelt, aus dem das Gehäuseteil im Tiefziehverfahren geformt wird. Selbst bei Aufbringen einer aus hapti-
sehen Gründen in ihrer Außenfläche 17 stark genarbten, dicken Dekorlage 1 1 bleibt die resultierende Wandungsstärke des Umförmteiies weit unter derjenigen bei einem im Spritzguss erstellbaren Gehäuseteil. Eine sogar noch weitere Abnahme der Wandungsstärke wird erzielt, wenn als Tiefzieh-Vormaterial für das Umformteil ein Faserverbundwerkstoff 13 eingesetzt wird, auf dessen Oberfläche 16 das Dekormaterial direkt aufgeschäumt oder aufgespritzt ist.
Claims
1. Vormaterial für ein dünnwandiges flachgewölbtes Kunststoff-Formteil, insbesondere Gehäuseteil eines mobilen elektronischen Gerätes, gekennzeichnet durch einen bahnen- oder tafelförmigen tiefziehbaren Faserverbundwerkstoff (13) als Träger ( 12) für eine aufkaschierte Dekorlage (1 1 ).
2. Vormaterial nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorlage (1 1 ) eine Dicke in der Größenordnung derjenigen ihres Trägers (12) aufweist.
3. Vormaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Echtleder, Kunstleder, Textilien, Holz oder Metall als Material für die Dekorla- ge (H).
4. Vormaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (17) der Dekorlage (1 1 ) grob genarbt ist.
5. Vormaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorlage (1 1 ) auf eine der Oberflächen (16) des Trägers (12) aufgeklebt ist.
6. Vormaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorlage (1 1) unter Zwischenlage einer Trägerfolie (18) mittels Klebebandes (19) aufgebracht ist.
7. Vormaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche ohne die beiden unmittelbar vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine unmittelbar auf eine der Oberflächen (16) des Trägers (12) aufgeschäumte oder aufgespritzte Dekorlage (1 1 ).
8. Dünnwandiges flachgewölbtes Formteil, insbesondere Gehäuseteil für mobile elektronische Geräte, dadurch gekennzeichnet, dass es als Umformteil aus einem Vormaterial gemäß einem der vorangehenden Ansprüche tiefgezogen ist.
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