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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus Kunststoff mit einer hinterspritzten Folie, insbesondere von flächigen und gegebenenfalls transparenten Formteilen aus Kunststoff mit Folie. Ferner betrifft die Erfindung ein Spritzguss-Formteil aus Kunststoff mit einer hinterspritzten Folie.
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Es ist bereits bekannt, eine Folie in ein Spritzgießwerkzeug einzulegen und durch Hinterspritzen der Folie mit Kunststoff ein Verbundformteil zu schaffen, dessen Oberfläche zumindest an einer Seite durch die Folie gebildet wird. Auf diese Weise können Oberflächen von Kunststoff-Formteilen mit hoher Designvariabilität (Muster, optische Effekte etc.) und gewünschten Oberflächen eigenschaften hergestellt werden. Nachteilig ist, dass nach der Spritzgießfertigung in einem weiteren Schritt ein über die Bauteilkontur hinausstehender Folienüberstand abgeschnitten werden muss oder aufwendige Maßnahmen zum Folienbeschnitt im Werkzeug getroffen werden müssen.
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Ferner sind in der Spritzgießtechnologie sogenannte Prägeverfahren bekannt, bei welchen die flüssige Kunststoffmasse in eine vorvergrößerte oder sich während des Einspritzvorgangs vergrößernde Bauteilkavität zwischen den Formplatten eingespritzt und anschließend unter Ausführung einer Formplattenbewegung in Dickenrichtung verpresst wird.
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Bekannt ist ebenfalls, zur Vermeidung von Angussstellen an flächigen Kunststoff-Formteilen das sogenannte Filmangussverfahren einzusetzen. Insbesondere bei Formteilen mit Sichtflächen oder optischen Formteilen ist dieses Verfahren üblich, da Angussstellen an Sichtflächen oder optischen Flächen nicht toleriert werden können. Beider Filmangusstechnik erfolgt die Anspritzung des Formteils über eine seitlich an die Bauteilkavität angeschlossene Filmplatte. Die Filmplatte weist einen Verteilerkanal auf, der randseitig in die Bauteilkavität mündet. Nach dem Erkalten der Kunststoffmasse und der Entnahme des Formteils aus dem Spritzgießwerkzeug ist dieses mit der Angussverlängerung (sogenannter Filmanguss) versehen, die noch vom Formteil abgetrennt werden muss. Für das Abtrennen des Filmangusses werden zusätzliche Arbeitsschritte benötigt. Weitere Nachteile sind der durch den Filmanguss bewirkte Materialverlust, Verschmutzungen des Formteils, die bei der Angussabtrennung auftreten können, sowie optische Mängel an den Abtrennstellen des Filmangusses.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Spritzpräge-Vorrichtung sowie ein Spritzpräge-Verfahren zu schaffen, mit welcher bzw. welchem auf einfache und kostengünstige Weise hochqualitative Formteile aus Kunststoff mit einer hinterspritzten Folie hergestellt werden können. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein hochqualitatives Kunststoff-Formteile mit hinterspritzter Folie zu schaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß kann eine Spritzpräge-Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Kunststoff mit hinterspritzter Folie eine erste und eine zweite Formplatte aufweisen, die im geschlossenen Zustand eine Bauteilkavität begrenzen. In einer der beiden Formplatten kann eine beweglich aufgenommene Hubleiste mit einer zur anderen Formlatte weisenden Stirnflächen vorgesehen sein, wobei zwischen der Stirnfläche und einer Gegenfläche der anderen Formplatte ein Aufnahmeraum zur Aufnahme der Folie vorgesehen sein kann.
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Durch die Verbindung der Spritzprägetechnik (d. h. bewegte Formplatten) mit einer die Bauteilkavität umgebenden Hubleiste kann für einen Folienüberstand an der Hubleiste ein selbsttätiger Folienbeschnitt im Werkzeug mittels der Plattenbewegung erreicht werden. Das in den Aufnahmeraum an der Hubleiste hineinstehende Folienende wird dabei ohne Mehraufwand beim Prägen durch eine sich gegenüber der Hubleiste bewegende Formplattenkante abgeschert. Die Verwendung von Hubleisten ermöglicht zudem den Verzicht auf Tauchkanten zur Abdichtung der Bauteilkavität während des Prägeschrittes.
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Der Folienbeschnitt erfolgt also dadurch, dass infolge des Prägeschrittes der Aufnahmeraum, der das abzutrennende Folienende enthält, von der Bauteilkavität, in welcher sich der für das Formteil vorgesehene Folienabschnitt befindet, getrennt wird. Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Spritzpräge-Vorrichtung kann der Aufnahmeraum bei geschlossenen Formplatten z. B. durch diejenige Formplatte von der Bauteilkavität getrennt sein, in welcher die Hubleiste verschieblich aufgenommen ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Formplatte eine erste die Bauteilkavität begrenzende Bauteilkonturfläche aufweist, die zweite Formplatte eine zweite die Bauteilkavität begrenzende Bauteilkonturfläche aufweist, und der Aufnahmeraum bei um einen Prägespalt geöffneten Formplatten an einer Randkante der ersten Bauteilkonturfläche und einer Randkante der zweiten Bauteilkonturfläche in eine von den Bauteilkonturflächen begrenzte vorvergrößerte Bauteilkavität mündet. Beim Schließen der Formplatten erfolgt dann ein Abscheren des Folienüberstands an einer der Randkanten der Bauteilkonturflächen.
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Das Konzept eines Abscherens der Folie im Werkzeug infolge der Plattenbewegung beim Prägen kann optional mit einem Angusskonzept kombiniert werden, das ebenfalls die für das Prägen charakteristische Plattenbewegung nutzt. Beispielsweise kann eine solche Kombination dadurch erreicht werden, dass eine Kunststoffzuführungsanordnung in einen einen vergrößerten Querschnitt aufweisenden Abschnitt des Aufnahmeraums mündet. Durch diesen Abschnitt vergrößerten Querschnitts kann dann der Kunststoff bei noch nicht geschlossenen Formplatten in die Bauteilkavität eingespritzt werden. Mit dem Schließen der Formplatten wird auch der Abschnitt vergrößerten Querschnitts des Aufnahmeraums von der Bauteilkavität getrennt und damit die Kunststoffzufuhr abgeriegelt. Ohne werkzeugtechnischen Mehraufwand kann also in einem Schritt, nämlich beim Schließen des Werkzeugs, ein Folienbeschnitt und eine Angussabtrennung im Werkzeug durchgeführt werden.
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Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform der Abschnitt vergrößerten Querschnitts in dem Aufnahmeraum als Angusskavität verwendet. Anders als bei der Filmangusstechnik ist bei geschlossenem Werkzeug (d. h. bei geschlossenem Spalt zwischen den Formplatten) die Bauteilkavität von dieser Angusskavität im wesentlichen getrennt. Dadurch wird ein Filmanguss am Formteil vermieden, so dass nach dem Entformen des Formteils kein Entfernen einer Angussverlängerung aus der Angusskavität vom Formteil erforderlich ist. Diese Maßnahme gestattet das seitliche Anspritzen von z. B. flächigen Formteilen und weist daher dieselben Vorteile wie die Filmangusstechnik auf. Die erfindungsgemäße Spritzpräge-Vorrichtung ist daher insbesondere auch für die Herstellung flächiger, dünnwandiger Formteile geeignet, an deren Hauptflächen keine Angussmarken sichtbar sein sollen. Zusätzlich werden die beim Filmanguss gut sichtbaren Angussmarken an den Randflächen vermieden.
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Konstruktiv kann die Kunststoffzuführungsanordnung sowohl in einer der Formplatten als auch in der verschiebbaren Hubleiste ausgebildet sein.
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Ein Verfahren zum Spritzgießen eines Formteils aus Kunststoff mit hinterspritzter Folie mittels einer eine erste Formplatte und eine zweite Formplatte aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung kann die Schritte des Einlegens einer Folie in die Spritzpräge-Vorrichtung, des Einspritzens von Kunststoff in eine vorvergrößerte Bauteilkavität zwischen den Formplatten und des Bewegens zumindest einer der Formplatten, wobei infolge der Plattenbewegung die Folie an einer Kante einer der Formplatten abgeschert wird. Wie bereits beschrieben, wird auf diese Weise ein Folienbeschnitt im Prageewerkzeug erreicht.
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Das Einspritzen von Kunststoff in die vorvergrößerte Bauteilkavität kann durch einen Spalt zwischen den Formplatten erfolgt, der beim Bewegen der zumindest einen Formplatte im wesentlichen geschlossen wird. Damit kann durch Schließen dieses sogenannten Prägespaltes gleichzeitig die Angussabtrennung bewirkt werden.
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Das Verfahren ermöglicht vorzugsweise ein Entnehmen des Formteils aus der Spritzpräge-Vorrichtung, bei welchem das entnommene Formteil bereits getrennt von dem in der Angusskavität enthaltenen Kunststoff ist. D. h., dass die beim Filmangussverfahren erforderliche nachträgliche Abtrennung eines Angusses vom Formteil entfallen kann, da die Angussabtrennung im wesentlichen bereits durch die Plattenbewegung bzw. das Schließen des Spaltes herbeigeführt wird. Ein auf diese Weise hergestelltes Formteil weist keine Angussmarken auf.
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Insofern betrifft die Erfindung ein Spritzguss-Formteil aus Kunststoff mit einer hinterspritzten Folie, wobei das Formteil keine Angussmarke(n) aufweist.
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Beispielsweise kann das Formteil flächig sein und eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche und eine die Hauptflächen miteinander verbindende Randfläche aufweisen. In diesem Fall kann die Folie auf eine der Hauptflächen des Formteils bilden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in beispielhafter Weise näher erläutert; in diesen zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellungen der Formplatten eines Ausführungsbeispiels einer Spritzpräge-Vorrichtung im Randbereich der Bauteilkavität gemäß einem Ausführungsbeispiel bei geöffnetem Prägespalt;
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2 eine schematische Schnittdarstellungen der Formplatten des Ausführungsbeispiels der 1 im Randbereich der Bauteilkavität bei geschlossenem Prägespalt;
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3 eine schematische Schnittdarstellungen der Formplatten eines Ausführungsbeispiels einer Spritzpräge-Vorrichtung im Randbereich der Bauteilkavität gemäß einem Ausführungsbeispiel bei geöffnetem Prägespalt;
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4 eine schematische Schnittdarstellungen der Formplatten des Ausführungsbeispiels der 3 der 1 im Randbereich der Bauteilkavität bei geschlossenem Prägespalt;
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5 eine Darstellung der Anordnung aus 1 im Bereich einer in der Hubleiste vorgesehenen Angusskavität;
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6 eine Darstellung der Anordnung aus 4 im Bereich einer in der Hubleiste vorgesehenen Angusskavität;
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7 eine Draufsicht auf einen als Angusskavität ausgebildeten Abschnitt einer Hubleiste gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 eine Draufsicht auf eine Hubleiste gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 eine Schnittdarstellung einer Variante der Ausführungsform aus 1 bei größerem Prägespalt vor oder während der Befüllung der Bauteilkavität mit Kunststoff;
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10 eine perspektivische Ansicht eines Randbereichs eines hergestellten Formteils; und
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11 eine Schnittansicht eines Randbereichs eines hergestellten Formteils entlang der Linie X-X in 10.
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In den Figuren werden identische oder ähnliche Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass in den Figuren und in der zugehörigen Beschreibung verschiedene Merkmale und Varianten solcher Merkmale in unterschiedlichen Ausführungsformen angegeben sind. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift umfasst auch Kombinationen dieser zu unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, sofern diese Kombinationen technisch nicht widersprüchlich sind. Ferner zeigen die dargestellten Ausführungsformen eine Vielzahl von optionalen Details, die nicht als zwingende Bestandteile der Ausführungsformen zu verstehen sind, und zwar auch dann nicht, wenn sie nicht ausdrücklich als optional bezeichnet werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann nach 1 eine erste Formplatte 1 und eine zweite Formplatte 2 aufweisen, die die beiden zusammenwirkenden Hälften eines Spritzgießwerkzeugs bilden. In 1 ist die erste Formplatte 1 als Matrizenformplatte ausgeführt, d. h. mit einer Aussparung oder muldenförmigen Vertiefung 3 in ihrer der zweiten Formplatte 2 gegenüberliegenden Plattenoberfläche 4 versehen. Die zweite Formplatte 2 bildet in dem hier dargestellten Beispiel die Kernformplatte, d. h. sie weist an ihrer der ersten Formplatte 1 zugewandten Plattenoberfläche einen Formkern 5 auf, der der Aussparung 3 gegenüber liegt. Die beiden Formplatten 1, 2 sind gegeneinander verfahrbar, d. h. mindestens eine der Formplatten 1, 2 ist beweglich (nicht ortsfest). Die Aussparung 3 sowie der Formkern 5 bilden Bauteilkonturflächen, die eine Bauteilkavität 6 begrenzen, die sich zwischen den Bauteilkonturflächen (Aussparung 3 und Formkern 5) befindet.
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1 zeigt die Bauteilkavität 6 im geöffneten Zustand der Formplatten 1, 2. In das Werkzeug ist eine Folie 30 eingelegt, die die Bauteilkavität 6 in einer oder beiden Dimensionen durchläuft. Die Folie 30 kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem anderen Material bestehen. In 1 liegt die Folie 30 auf der von dem Formkern 5 gebildeten Bauteilkonturfläche auf und erstreckt sich durch einen Spalt zwischen den Formplatten 1, 2 aus der noch nicht geschlossenen (vorvergrößerten) Bauteilkavität 6 heraus. Die Kunststoffmasse kann bereits in die Bauteilkavität 6 eingespritzt sein, wie dies in 1 gezeigt ist.
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Eine Hubleiste 7 kann verschieblich in der zweiten Formplatte 2 gelagert sein und den Formkern 5 umlaufen. Dabei befindet sich ein Folienende 30a in einem Aufnahmeraum zwischen einer Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und der Plattenoberfläche 4 der ersten Formplatte 1. Die Hubleiste 7 wirkt somit als Niederhalter für die Folie 30.
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Der Aufnahmeraum für das Folienende 30a kann z. B. durch eine an der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 vorstehende Anschlagfläche 8 dimensioniert sein. Diese Anschlagfläche 8 kann auf der außerhalb der Aussparung 3 verlaufenden Plattenoberfläche 4 der ersten Formplatte 1 aufstehen. Die Anschlagfläche 8 kann bei noch nicht geschlossenem Werkzeug – ggf. zusätzlich zu der Dichtwirkung durch das im Aufnahmeraum befindliche Folienende 30a – zur Abdichtung der Bauteilkavität 6 dienen. Die Hubleiste 7 wird in der Technik daher auch als Prägeleiste oder Dichtleiste bezeichnet. Bei einem solchen Abdichtkonzept mittels Hubleiste ist keine Tauchkantenabdichtung erforderlich, d. h. auf die beim Prägen häufig eingesetzten Tauchkanten kann verzichtet werden.
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Es ist auch möglich, dass kein eigens für das Folienende 30a vorgesehener Aufnahmeraum vorhanden ist, z. B. da an der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 keine vorstehende Anschlagfläche 8 vorgesehen ist. Das Folienende 30a wird in diesem Fall einfach zwischen der ebenen Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und der Gegenfläche an der Plattenoberfläche 4 eingeklemmt.
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Die Hubleiste 7 kann z. B. über eine nicht dargestellte Zylinder-Kolben-Anordnung betätigt werden, die in der zweiten Formplatte 2 oder in einer hinter der zweiten Formplatte 2 angeordneten weiteren Werkzeugplatte untergebracht ist.
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2 zeigt das Werkzeug bei geschlossener Plattenstellung. Bei geschlossener Plattenstellung befinden sich die Bauteilkonturflächen der Formplatten 1, 2 relativ zueinander in einer Position, in welcher die Bauteilkavität 6 die Komplementärform des herzustellenden Formteils aufweist. Die geschlossene Plattenstellung kann durch eine Anlage der ebenen Plattenoberfläche 4 der ersten Formplatte 1 an eine außerhalb des Formkerns 5 verlaufende Plattenoberfläche 9 der zweiten Formplatte 2 konstruktiv vorgegeben werden.
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Das Schließen der Formplatten 1, 2 erfolgt beim Prägen während oder nach der Befüllung der noch vorvergrößerten Bauteilkavität 6. Durch das Schließen der Formplatten 1, 2 in die in 2 gezeigte Schließstellung wird das zwischen der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und der Gegenfläche der Plattenoberfläche 4 (ggf. im Aufnahmeraum) befindliche Folienende 30a von dem in der Bauteilkavität 6 befindlichen Abschnitt der Folie 30 abgeschert. Die Abscherung erfolgt zwischen dem Formkern 5 und der Kante der Vertiefung 3 in der ersten Formplatte 1. Der Vorgang ähnelt einem Stanzprozess, wie er in der Technik insbesondere bei der Bearbeitung von Metallteilen verwendet wird.
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Damit der Folienbeschnitt vollständig ist und keine Nacharbeit erfordert, sollte beim Schließen des Werkzeugs die Kante des Formkerns 5 in Gegenüberstellung zur Kante der Vertiefung 3 in der ersten Formplatte 1 gelangen. Um dies zu erreichen, kann die außerhalb des Formkerns 5 verlaufende Plattenoberfläche 9 in exakt derselben Ebene liegen wie die Bauteilkonturoberfläche des Formkerns 5. Gegebenenfalls kann der Formkern 5 mit einem minimalen Sicherheitsabstand über die Plattenoberfläche 9 hervorstehen.
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Die 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, die sich im Wesentlichen nur dadurch von der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform unterscheidet, dass die Folie 30 nicht an der Bauteilkonturfläche der zweiten Formplatte 2 (also hier z. B. des Formkerns 5), sondern an der Bauteilkonturfläche der ersten Formplatte 1 (also hier der muldenförmigen Aussparung 3) anliegt. Die Anlage der Folie an der Bauteilkonturfläche der ersten Formplatte 1 wird durch das Befüllen der (vorvergrößerten) Bauteilkavität 6 mit der plastischen Kunststoffmasse erreicht. Aus 3 ist ersichtlich, dass sich die Folie 30 über die Kante der Aussparung 3 hinweg entlang der außerhalb der Aussparung 3 verlaufenden Plattenoberfläche 4 in den Aufnahmeraum zwischen Plattenoberfläche 4 und Hubleiste 7 erstreckt.
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4 zeigt das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel nach dem Prägeschritt, d. h. bei geschlossenen Formplatten 1, 2. Das Folienende 30a ist von dem in der Bauteilkavität 6 befindlichen Abschnitt der Folie 30 vorzugsweise vollständig getrennt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird in Bezug auf die 3 und 4 auf die Beschreibung zu den 1 bzw. 2 verwiesen.
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Die Spritzpräge-Vorrichtung weist ferner eine Kunststoffzuführungsanordnung auf. Diese dient zur Befüllung der Bauteilkavität 6 mit flüssigem Kunststoffmaterial. Die Kunststoffzuführungsanordnung kann grundsätzlich beliebig ausgeführt sein. Beispielsweise kann in nicht dargestellter Weise eine Direkteinspritzung über z. B. einen Nadelventil- oder Sperrschieberverschluss vorgesehen sein. Die Direkteinspritzung kann beispielsweise an einer der Hauptoberflächen, vorzugsweise an der nicht von der Folie 30 gebildeten Hauptfläche des Formteils anbinden. Dabei können optional mehrere Anspritzpunkte und/oder optional Kaskadentechniken und dergleichen zur Befüllung der Bauteilkavität eingesetzt werden.
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Eine spezielle, ebenfalls optionale Möglichkeit der Kunststoffzuführung wird anhand der 5 bis 8 in beispielhafter Weise veranschaulicht. In den 5 und 6 ist ein schematisch dargestellter Heißkanal 10 gezeigt. Der Heißkanal 10 bindet an den Zwischenraum zwischen der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und der Gegenfläche der Plattenoberfläche 4, d. h. sofern vorhanden an den Aufnahmeraum für das Folienende 30a an. Im Folgenden wird beispielhaft und ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit das Vorhandensein eines Aufnahmeraums für das Folienende 30a angenommen. Zum Zweck der Befüllung der Bauteilkavität 6 mit Kunststoffmasse kann der Heißkanal 10 mit einem Abschnitt des Aufnahmeraums in Verbindung stehen, der einen vergrößerten Querschnitt Q gegenüber dem Verlauf des Aufnahmeraums außerhalb dieses Abschnitts aufweist. Der Abschnitt vergrößerten Querschnitts Q wird im Folgenden auch als Angusskavität 11 bezeichnet.
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Im geöffneten Zustand der Formplatten 1, 2 mündet die Angusskavität 11 durch einen Spalt 12 der Spaltweite S zwischen der ersten Formplatte 1 und der zweiten Formplatte 2 in die Bauteilkavität 6, siehe z. B. 5. Im geschlossenen Zustand der Formplatten 1, 2 (siehe z. B. 6) ist der Spalt 12 geschlossen (S = 0). Die Angusskavität 11 ist dadurch von der Bauteilkavität 6 getrennt.
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Die Angusskavität 11 kann beispielsweise von einem vertieften Abschnitt 13a (Ausfräsung) in der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und von der ersten Formplatte 1 begrenzt werden. 7 zeigt die Hubleiste 7 im Bereich des (optionalen) vertieften Anschnitts 13a in Draufsicht. Der gestrichelte Kreis 14 markiert die Position des Heißkanals 10. Wie in den 5 und 6 ersichtlich, kann der Heißkanal 10 z. B. in einen sich konusförmig erweiternden Verbindungskanal 15 münden, der oberhalb des vertieften Abschnitts 13a der Hubleiste 7 in der ersten Formplatte 1 angeordnet ist und an die Angusskavität 11 anbindet. Der Heißkanal 10 kann über eine nicht dargestellte Absperreinrichtung, z. B. ein Nadelventil oder ein Sperrschieber, an den Verbindungskanal 15 absperrbar angeschlossen sein.
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8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der zweiten Formplatte 2 mit Hubleiste 7 in Draufsicht. Die Hubleiste 7 kann den Formkern 5 in Art eines Rahmens vollständig umlaufen. Die Hubleiste 7 kann einstückig oder aus mehreren Elementen gefertigt sein. Die Hubleiste 7 kann wie in 8 veranschaulicht die Stirnfläche 13 und die (optionale) vorstehende Anschlagfläche 8 als umlaufende, ggf. ebene Flächen aufweisen. Optional kann ein vertiefter Abschnitt 13a für eine Angusskavität 11 enthalten sein, der z. B. mittig an der Längsseite mit der größeren Dimension angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass der vertiefte Abschnitt 13a in nicht dargestellter Weise mehrere Verteilerkanäle aufweist, die an unterschiedlichen Punkten in die Bauteilkavität 6 münden. Ferner können über den Umfang der Hubleiste 7 verteilt auch mehrere Angusskavitäten 11 (d. h. mehrere vertiefte Abschnitte 13a) vorgesehen sein, die über mehrere Heißkanäle 10 versorgt werden. Die Kunststoffzuführung kann an einer oder mehreren Seiten der Bauteilkavität 6 erfolgen. Um Bindenähte zu vermeiden können Kaskadeneinspritzverfahren Anwendung finden, bei welchen die Absperreinrichtungen am Ende der Heißkanäle 10 zu unterschiedlichen Zeitpunkten geöffnet bzw. geschlossen werden. Die in 8 beispielhaft dargestellte Rechteckform des Formkerns 5 (mit abgerundeten Ecken) kann selbstverständlich anders gestaltet sein, z. B. kreisrund, u. s. w., je nach gewünschter Bauteilform.
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Im folgenden wird anhand der 5 und 6 ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Ausführungsbeispielen von Formteilen erläutert.
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In einem nicht dargestellten, vollständig geöffneten Zustand des Werkzeugs wird zunächst die Folie 30 in das Werkzeug eingelegt. Beispielsweise wird die Folie 30 auf den Formkern 5 aufgelegt und durch ein Annähern der Formplatten in die Nähe der ersten Formplatte 1 gebracht. Durch ein Verschieben der Hubleiste(n) 7 in der zweiten Formplatte 2 in Schließrichtung kann die Folie 30 an einem Folienende 30a an eine Gegenfläche 4 der ersten Formplatte 1 angedrückt und dort fixiert werden.
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5 veranschaulicht eine mögliche Ausgangsstellung der Formplatten 1, 2, vor der Befüllung der vorvergrößerten Bauteilkavität 6. Die Formplatten 1, 2 befinden sich noch in einer geöffneten Stellung, in welcher der Spalt 12 der Weite S zwischen den Rändern 21, 22 der beiden Bauteilkonturflächen in den Formplatten 1 bzw. 2 vorhanden ist. Der Spalt S ist der Abstand der Formplatten 1, 2 und wird auch als Prägespalt bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel ist der Rand 21 durch die Randkante der Ausnehmung 3 und der Rand 22 durch die Randkante des Formkerns 5 gegeben. Die Weite S kann zunächst größer, gleich oder kleiner als die Querschnittsweite Q der Angusskavität 11 im Bereich des vertieften Abschnitts 13a der Hubleiste 7 sein. Er ist üblicherweise (im Falle einer randseitigen Anspritzung wie in den 5 bis 8 zwingend) größer als die Foliendicke. Der Formplattenabstand S kann also größer als in 1 sein, wo eine Plattenstellung dargestellt ist, in welcher er lediglich der Querschnittsdimension des Aufnahmeraums für die Folie 30 entspricht. Bei der hier dargestellten Stellung der Formplatten 1, 2 ist beispielsweise S ≈ Q.
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Bei geöffnetem Spalt 12 erfolgt eine Befüllung der Bauteilkavität 6. Die Bauteilkavität 6 wird dabei um das Schwindungsvolumen überfüllt. Das eingespritzte Kunststoffmaterial wird dann unter Druck abgekühlt. Die mit der Abkühlung verbundene Volumenverringerung des Kunststoffmaterials wird dadurch ausgeglichen, dass die beiden Formplatten 1, 2 aufeinander zu bewegt werden, bis das herzustellende Formteil bei der Entformungstemperatur sein Nennmaß angenommen hat. Dieser Vorgang wird als Schließen der Formplatten 1, 2 bezeichnet. Durch das Schließen der Formplatten 1, 2 wird das Spaltmaß S auf Null verkleinert (siehe 2), während der Querschnitt Q der Angusskavität 11 unverändert bleibt. Durch das Schließen des Spaltes S infolge der Werkzeugbewegung beim Prägevorgang kommt es zum Abscheren der Folie 30 vom Folienende 30a. Es werden dabei also der Aufnahmeraum für das Folienende 30a sowie (optional) die Angusskavität 11 von der Bauteilkavität 6 getrennt.
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Die Schließstellung der Formplatten 1, 2 für den Fall einer Befüllung der Bauteilkavität über die Hubleiste 7 ist in 6 dargestellt. Im Unterschied zur 5 wurde hier das in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel (Folie 30 wird an der muldenseitigen Bauteilkonturfläche der ersten Formplatte 1 an das Formteil angebracht) aufgegriffen, wobei hinsichtlich der Plattenstellungen keine Unterschiede zwischen den in den 1, 2 bzw. den 3, 4 dargestellten Ausführungsbeispielen bestehen.
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6 verdeutlicht, dass bei dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anspritzung durch das Folienende 30a hindurch erfolgen kann. Dieses wird im Bereich der Angusskavität 11 durch die einströmende heiße Kunststoffmasse selbsttätig geöffnet (aufgerissen). Demgegenüber kann bei dem in den 1, 2 dargestellten Ausführungsbeispiel (Folie 30 wird an der kernseitigen Bauteilkonturfläche der zweiten Formplatte 2 an das Formteil angebracht) ohne Weiteres oberhalb des Folienendes 30a befüllt werden.
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In nicht dargestellter Weise ist es auch möglich, die Kunststoffzuführungsanordnung 10, 15 in der beweglichen Hubleiste 7 auszubilden. In diesem Fall kann beispielsweise bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ohne ein Öffnen des Folienendes 30a eingespritzt werden.
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Die Trennung der Bauteilkavität 6 von der Angusskavität 11 bedeutet, dass die Kunststoffverbindung zwischen dem Formteil und dem erkalteten Kunststoff in der Angusskavität 11 beim Schließen der Formplatten 1, 2 vollständig abreißt.
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Die Abtrennung der Kunststoffverbindung zwischen dem Formteil und dem erkalteten Kunststoff in der Angusskavität 11 erfolgt hier genauso wie der Folienbeschnitt direkt am Formteil, d. h. eine Gratbildung wird vermieden. Es bleiben am Formteil keinerlei Angussmarken zurück, so dass das Formteilen auch in Einbauumgebungen, bei denen eine Betrachtung des Formteilrands möglich ist (z. B. Sichtscheibe für Bildschirme), ohne Weiteres eingesetzt werden kann. D. h. das Formteil kann, sofern es randseitig angespritzt wurde und die Befüllung der Bauteilkavität 6 durch die Prägebewegung selbst beendet wurde, ohne eine Nachbearbeitung von Angussmarken – da nicht vorhanden – und ggf. ohne eine Nachbearbeitung der Folienschnittkante eingesetzt werden.
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9 zeigt in Schnittdarstellung eine Variante der Ausführungsform aus 1. Die Vorrichtung ist hier bei einem größeren Prägespalt S als in 1 dargestellt, wie er beispielsweise vor oder während der Befüllung der Bauteilkavität 6 vorhanden sein kann (z. B. S = 3 mm). Dies hat zur Folge, dass die zwischen der Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 und der Gegenfläche der Plattenoberfläche 4 gehaltene Folie 30 zum Aufliegen auf der Bauteilkonturfläche des Formkerns 5 eine Biegung erleidet. Um zu erreichen, dass die Folie 30 auch bei dieser Plattenstellung und beim Prägen möglichst vollflächig auf der Bauteilkonturfläche aufliegt, kann die Stirnfläche 13 der Hubleiste 7 optional mit einer weiteren Abstufung, im folgenden als Ausgleichsstufe 13a bezeichnet, versehen sein. Diese Ausgleichsstufe 13a schafft Platz für den erforderlichen Biegeradius der Folie 30.
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Die Dimensionierung der Ausgleichsstufe 13a und der vorstehenden Anschlagfläche 8 in Bezug auf ihre Höhe und ihren seitlichen Abstand vom Formkern 5 der Formplatte 2 können nach Bedarf gewählt werden. Beispielsweise kann sich die Höhe der Anschlagfläche 8 über der Stirnfläche 13 im Bereich der Foliendicke bewegen, und die genannten Abstände vom Formkern 5 können beispielsweise zwischen 5 und 8 mm (Ausgleichsstufe 13a) und 10 bis 20 mm (Stufe zwischen Stirnfläche 13 und erhöhter Anschlagfläche 8) betragen. Beide Stufen sind optional.
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Bei dem Formteil kann es sich um eine Transparentscheibe wie beispielsweise um ein Fenster, z. B. Kraftfahrzeug-Fenster einschließlich Schiebedach, Panoramafenster usw., um eine Streuscheibe für eine Leuchte (z. B. Kfz-Leuchte, beispielsweise Frontleuchte) oder um eine Abdeckung bzw. Sichtscheibe für Bildschirme von Anzeigegeräten (z. B. Monitore, Fernsehbildschirme, Berührungsbildschirme usw.) handeln. Die Transparentscheibe kann z. B. ein 2-Komponenten-Teil sein und z. B. eine randseitige Einfassung oder einen angespritzten Rahmen aufweisen. Paneele, Gehäuse, Deckel u. s. w. oder andere Gegenstände mit Transparentflächen oder undurchsichtigen Dekorflächen sind ebenfalls möglich. Die Wandstärke des Formteils kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm liegen und über das gesamte Formteil im wesentlichen konstant sein. Sie kann beispielsweise kleiner als 5 mm sein. Es sind jedoch auch außerhalb dieser Bereiche liegende Werte möglich. Die Seitenlängen des Formteils richten sich ebenfalls nach dem Anwendungsgebiet und können in hohem Maße variieren. Beispielsweise können sie sich in den geeigneten Dimensionen für Sichtpaneele, Bildschirme, Fenster, insbesondere Kraftfahrzeug-Fenster oder Schiebedächer bewegen, d. h. sie können z. B. um mehr als den Faktor 10, 30, 50, 100 oder sogar 300 größer sein als die Wandstärke des Formteils. Beispielsweise kann mindestens eine der Seitendimensionen des Formteils größer als 0,2 m, 0,5 m, 0,7 m oder insbesondere 1,0 m sein und die Wandstärke des Formteils kann z. B. im Bereich von etwa 3 mm liegen. Eine Transparentscheibe mit solcher oder ähnlicher Bemaßung kann beispielsweise als Sichtscheibe für Bildschirme von Anzeigeneinrichtungen oder Verscheibung in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden. Die Folienstärke kann beispielsweise zwischen 2/100 mm und 3 mm liegen, wobei besonders dünne Folien mit einer Stärke kleiner als 1/10 mm Anwendung finden können.
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10 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Verbundformteils 100 nach einer Ausführungsform der Erfindung. In 11 ist ein Schnitt entlang der Linie X-X gezeigt. Das Formteil 100 kann gemäß den obigen Angaben ausgeführt sein. Das Formteil 100 ist beispielsweise flächig und weist eine erste Hauptfläche 101, eine zweite Hauptfläche 102 sowie eine Randfläche 103 auf. Die zweite Hauptfläche 102 kann durch die Folie 30 realisiert sein oder – in nicht dargestellter Weise – auch die erste Hauptoberfläche 101. Im vorliegenden Beispiel ist die erste Hauptfläche 101 sowie die Randfläche 103 durch die Bauteilkonturfläche in der ersten Formplatte 1 definiert, während die zweite Hauptfläche 102 des Formteils 100 durch die Bauteilkonturfläche in der zweiten Formplatte 2 definiert ist. Eine Formteilkante 104 wird durch die Folienschnittkante gebildet.
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Sofern eine randseitige Anspritzung des Formteils an der Hubleiste 7 z. B. durch den Aufnahmeraum erfolgte, kann keinerlei Angussmarke (d. h. Angussstelle, Angussschnittstelle) auftreten, da die vollständige Trennung der Angusskavität 11 von der Bauteilkavität 6 vor dem Beschnitt der Folie 30 erfolgt. Insbesondere tritt an der Grenze zwischen Folie 30 und Kunststoffkomponente, also an der Stelle 105, keine Angussmarke auf. Da kein Filmanguss abgetrennt werden muss, sind selbstverständlich auch keine Angussmarken in Form von Schnittflächen vorhanden. Es kann also ein im Prägespritzguss gefertigtes Kunststoff-Formteil mit hinterspritzter Folie ohne jegliche von der Anspritzung bewirkten optischen Defekte (Angussmarken) – insbesondere auch an der Betrachtungsstelle 105 – hergestellt werden (der Strich bei 105 in 10 soll lediglich die seitliche Ausdehnung der Angusskavität andeuten, tritt jedoch am Bauteil nicht als sichtbare Struktur auf).
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Sofern keine randseitige, durch die Prägebewegung selbstverschließende Anspritzung vorgesehen ist, treten selbstverständlich die üblichen Angussmarken (z. B. Angussrippe, Schnittfläche einer abgetrennten Angussrippe, Nadelventilabdruck, etc.) am Formteil auf.
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Das in der beschriebenen Weise hergestellte und aus dem Werkzeug entnommene Formteil 100 kann – gegebenenfalls nach Vornahme von Reinigungs- und Beschichtungsschritten – unmittelbar in seine Einbauposition verbaut werden.
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Ein so hergestelltes flächiges Formteil 100 kann sich dadurch kennzeichnen, dass eine oder beide Dimensionen der Hauptseiten um mindestens den Faktor 10, insbesondere 50 oder sogar 100 größer als die Randdicke oder Wandstärke des Formteils sind.
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Ein so hergestelltes Formteil 100 kann sich dadurch kennzeichnen, dass das Formteil transparent ist. Beispielsweise kann es sich um eine Sichtscheibe für einen Bildschirm, z. B. eines Fernsehers oder Monitors oder irgendeiner anderen Anzeigeeinrichtung, eine Streuscheibe für eine Leuchte, z. B. Kraftfahrzeugleuchte, oder eine Verscheibung für ein Gerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug handeln. Bei dem Formteil kann es sich auch um Verblendungen, Paneele, Gehäuse, Deckel oder vielerlei andere Kunststoffteile handeln.
