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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspritzen einer Fasermatte mit Kunststoff in einem Spritzgießwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die
DE 197 32 425 A1 verwiesen.
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Aus der
GB 2 229 392 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteils aus Kunststoff bekannt, bei dem ein Vorformling mit Verstärkungsfasern in die Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingebracht wird und anschließend Kunststoff in die Kavität eingespritzt wird, um den Vorformling zu umspritzen.
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Ferner ist aus der
DE 24 61 925 B2 ein Verfahren zum Lackieren eines im Spritzgussverfahren hergestellten thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei dem auf eine zu lackierende Oberfläche ein aushärtbarer Kunstharzlack aufgebracht wird.
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Insbesondere langfaserverstärkte Kunststoff-Bauteile sind dadurch herstellbar, dass vorgefertigte und geeignet geformte Fasermatten mit Kunststoffmaterial umspritzt werden. Verfahrenstechnisch kann hierzu eine Fasermatte zunächst auf einer ihrer beiden Seiten in einem ersten Kunststoff-Spritzgießwerkzeug hinterspritzt werden und anschließend daran in ein zweites Kunststoff-Spritzgießwerkzeug eingelegt werden, in welchem auf die andere Seite der Fasermatte das Kunststoffmaterial aufgebracht wird. Dieses zumindest versuchsweise durchgeführte Verfahren ist jedoch relativ aufwendig, da zwei Spritzgießwerkzeuge benötigt werden, das Umsetzen des zu fertigenden Bauteiles zwischen den beiden Werkzeugen zeitraubend ist, und da zur Erzielung einer innigen Verbindung zwischen dem im ersten Spritzgießwerkzeug aufgebrachten Kunststoffmaterial und dem im zweiten Spritzgießwerkzeug aufgebrachten Kunststoffmaterial im letztgenannten Werkzeug das zuerst aufgebrachte Kunststoffmaterial wieder erwärmt, d. h. erweicht werden muss.
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Ein anderes Verfahren zum Umspritzen einer Fasermatte mit Kunststoff ist in der eingangs genannten
DE 197 32 425 A1 beschrieben. Demnach wird eine vorgeformte Thermoplasthartfolie zur Steigerung der Benetzbarkeit von deren Oberfläche vorbehandelt, wonach diese Thermoplasthartfolie zusammen mit einer Fasermatte, die an die vorbehandelte Oberfläche angelegt wird, in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird. In diesem wird dann ein Polyurethan auf die vorbehandelte Fläche sowie auf die Fasermatte in einer durch die Werkzeuggeometrie vorgegebenen Wandstärke aufgespritzt. Auch dieses Verfahren ist wegen der Vorab-Fertigung der Thermoplasthartfolie ziemlich aufwendig, wobei trotz der besonderen Maßnahmen zur Erzielung einer ausreichenden Verbindung zwischen der Thermoplasthartfolie und dem aufgespritzten Polyurethan eine innige Verbindung kaum erreichbar ist.
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Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit welchem eine ggf. geeignet vorgeformte Fasermatte in einem einzigen Spritzgießwerkzeug ohne Verwendung eines aufwendig vorgeformten Kunststoff-Bauteiles mit Kunststoff umspritzt werden kann, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anpruchs 1 gelöst.
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Das Umspritzen der Fasermatte erfolgt in einem einzigen Spritzgießwerkzeug, und zwar wird hierzu nacheinander auf die beiden (Ober-)Flächen der Fasermatte (d. h. bspw. zunächst auf deren Rückseite und danach auf deren Vorderseite) Kunststoffmaterial aufgebracht, wobei dafür Sorge getragen wird, daß auch die Fasermatte selbst mit dem Kunststoffmaterial durchtränkt wird. Diese Maßnahmen führen zu einem besonders innigen Verbund der auf beiden Seiten der Fasermatte aufgebrachten Kunststoffmaterialien und erhöhen die Stabilität des so gefertigten Kunststoff-Bauteiles mit integrierter Fasermatte, insbesondere Langfasermatte, erheblich.
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Selbstverständlich ist es erforderlich, das Auftragen der Kunststoffmassen bzw. -materialien auf die beiden Seiten der Fasermatte nacheinander auszuführen, da andernfalls die Fasermatte im Spritzgießwerkzeug verformt bzw. in undefinierter Lage im Kunststoffmaterial eingeformt werden würde. Aus diesem Grunde wird im einem ersten Arbeitsschritt auf die erste Oberfläche bzw. Seite (bspw. Rückseite) der Fasermatte das (erste) Kunststoffmaterial aufgespritzt, wobei die Fasermatte mit ihrer zweiten Oberfläche bzw. Seite (bspw. Vorderseite) an der ersten Formhälfte des Spritzgießwerkzeuges anliegt. Zwischen der ersten Seite der Fasermatte sowie der zweiten Formhälfte des Spritzgießwerkzeuges befindet sich die Kavität, die wie üblich mit dem (ersten) Kunststoffmaterial ausgefüllt wird. Letzteres dringt aufgrund der relativen Grobmaschigkeit der Fasermatte auch in diese ein, so daß die Fasermatte mit Kunststoffmaterial durchtränkt wird bzw. ist. Anschließend muss auf der anderen, zweiten Oberfläche bzw. Seite (bspw. Vorderseite) der Fasermatte eine Kavität geschaffen werden, um auch von dieser Seite her Kunststoffmaterial auf die Fasermatten-Oberfläche aufbringen zu können. Hierzu wird – wie angegeben – die dieser Oberfläche zugewandte erste Formhälfte zumindest teilweise geringfügig von der Fasermatte abgehoben, so daß sich ein Spaltraum bildet, in den weiteres Kunststoffmaterial einbringbar ist.
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In den Spaltraum zwischen der Fasermatte und der ersten Formhälfte des Spritzgießwerkzeuges kann zum Auftragen des weiteren Kunststoffmaterials auf die zweite Oberfläche (bspw. Vorderseite) der Fasermatte dieses Kunststoffmaterial mittels einer geeigneten Einspritzvorrichtung von der Seite der zweiten Formhälfte aus durch die Fasermatte hindurch eingebracht werden, d. h. daß die geeignete Einspritzvorrichtung hierbei die Fasermatte durchdringt. Alternativ kann das weitere Kunststoffmaterial von der Seite der ersten Formhälfte aus in den Spaltraum zwischen der Fasermatte und der ersten Formhälfte eingebracht werden, womit qualitativ höherwertige Kunststoffbauteile als beim erstgenannten Verfahren gefertigt werden können, wodurch jedoch der Aufbau des Spritzgießwerkzeuges selbst komplizierter wird.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem auf die Vorderseite und auf die Rückseite der Fasermatte aufgebrachten Kunststoffmaterial um das gleiche Material handeln, es ist jedoch auch möglich, hierfür unterschiedliche Kunststoffmaterialien zu verwenden. Dann jedoch sollten die beiden Materialien eine gewisse Mindestaffinität besitzen, d. h. die beiden Materialien sollten inning verbindbar sein bzw. gut aneinander haften können. Handelt es sich beim im ersten Verfahrensschritt aufgebrachten bzw. eingespritzten Kunststoffmaterial bspw. um PC/ABS (= Polycarbonat-Acrylnitril-Butadien-Styrol), so kann als zweites Kunststoffmaterial bspw. PC zum Einsatz kommen, welches im übrigen sowohl in klar durchscheinender Form als auch in deckender Ausführung erhältlich ist.
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Soll die Fasermatte vollständig mit Kunststoff umspritzt werden, so ist es selbstverständlich erforderlich, die sog. erste Formhälfte des Spritzgießwerkzeuges, an der die Fasermatte während des ersten Verfahrensschrittes noch anliegt, für den zweiten Verfahrensschritt, bei welchem das weitere Kunststoffmaterial eingespritzt wird, vollständig von der (zweiten) Oberfläche der Fasermatte abzuheben. Soll jedoch nur auf Teilbereiche dieser (zweiten) Oberfläche Kunststoffmaterial aufgetragen werden, oder soll auf dieser im zweiten Verfahrensschritt mit Kunststoffmaterial zu beaufschlagenden Seite eine besonders geformte Kavität im Spritzgießwerkzeug erzeugt bzw. bereitgestellt werden, so kann es erforderlich sein, dass die erste Formhälfte des Spritzgießwerkzeuges mehrteilig und teilbar ausgebildet ist, so dass einzelne Teile dieser Formhälften unterschiedlich weit von der Fasermatte abgehoben werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand stark vereinfachter Prinzipdarstellungen weiter erläutert. In der Figurenfolge 1a–1d ist dabei ein erfindungsgemäß gefertigtes, mit einer Fasermatte verstärktes Kunststoffbauteil in aufeinander folgenden Verfahrensschritten dargestellt. Die 2a, 2b zeigen den Herstellvorgang dieses Kunststoffbauteiles in einem Spritzgießwerkzeug in zwei aufeinander folgenden Verfahrensschritten, während in den 3a, 3b die Kunststoff-Einspritzvorrichtungen für das Spritzgießwerkzeug nach den 2a, 2b in zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten dargestellt sind.
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Mit der Bezugsziffer 10 (vgl. 1d) ist ein nach dem Verfahren zu fertigendes Kunststoff-Bauteil bezeichnet, welches u. a. aus einer vorgeformten Fasermatte 11 besteht, auf deren beiden Oberflächen jeweils Kunststoffmaterial 12, 13 aufgebracht ist bzw. wird, d. h. es soll nicht nur auf die Rückseite der Fasermatte 11 das Kunststoffmaterial 12, sondern auch auf die Vorderseite der Fasermatte 11 das Kunststoffmaterial 13 aufgebracht werden, so dass die Fasermatte 11 letztlich beidseitig mit Kunststoffmaterial 12, 13 umspritzt wird.
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Dieses quasi beidseitige Umspritzen der Fasermatte 11 erfolgt in einem einzigen Spritzgießwerkzeug 20 (vgl. 2a, 2b), welches wie üblich zwei Formhälften 21, 22 aufweist, zwischen denen in einer nicht näher dargestellten (und folglich auch nicht bezeichneten) Kavität das Kunststoff-Bauteil 10 gefertigt wird.
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In einem ersten Bearbeitungs- bzw. Verfahrensschritt wird die vorgeformte Fasermatte 11, so wie sie als Ausgangs-Bauteil in 1a perspektivisch und in 1b in einer Seitenansicht dargestellt ist, mit ihrer in den 1b, 2a, 2b linksseitigen Oberfläche an der ersten, in diesen Figuren linksseitigen Formhälfte 21 anliegend in der offenliegenden Kavität des Spritzgießwerkzeuges 20 fixiert. Danach wird das Spritzgießwerkzeug 20 wie üblich geschlossen, d. h. bspw. wird die erste Formhälfte 21 gegen Pfeilrichtung 30 zur zweiten Formhälfte 22 hin verfahren, so daß die besagte Kavität mit der darin angeordneten Fasermatte 11 gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Anschließend wird über eine Einspritzdüse 23 Kunststoffmaterial in den Raum zwischen der Fasermatte 11 und der zweiten Formhälfte 22 in die Kavität des Spritzgießwerkzeuges 20 eingebracht, welches sich dann als Kunststoffmaterial 12 auf der an diesen Raum angrenzenden sog. Rückseite der Fasermatte 11 anlagert. Dies ist soweit in 2a figürlich dargestellt.
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Diese Fasermatte 11 ist relativ grobmaschig ausgebildet, so dass das in diesem ersten Verfahrensschritt in die Spritzgießwerkzeug-Kavitt eingebrachte Kunststoffmaterial 13 in die Fasermatte 11 eindringt und diese somit durchtränkt, bis ein Teil dieses Kunststoffmateriales zur ersten Formhälfte 21 gelangt. Nach diesem ersten Verfahrensschritt sieht das (bis dato noch nicht fertige) Kunststoff-Bauteil 10 somit so aus wie in 1c, 2a dargestellt. Hier erkennt man das auf die rechtsseitige Oberfläche (bzw. auf die Rückseite) der Fasermatte 11 aufgebrachte Kunststoffmaterial 12; ferner ist – was figürlich nicht dargesteelt ist, die Fasermatte 11 mit Kunststoffmaterial 13 durchtränkt.
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Im darauf folgenden zweiten Bearbeitungs- bzw. Verfahrensschritt, der in 2b dargestellt ist, wird die erste Formhälfte 21 geringfügig von der Fasermatte 11 abgehoben, was gleichbedeutend damit ist, dass die erste Formhälfte 21 gemäß Pfeilrichtung 30 geringfügig nach links verfahren wird. Durch geeignete Gestaltung des nicht näher dargestellten Spritzgießwerkzeuges 20 bleibt dabei jedoch die Kavität des Spritzgießwerkzeuges 20 gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Selbstverständlich verbleibt auch die Fasermatte 11 mit dem aufgebrachten Kunststoffmaterial 12, d. h. das soweit gefertigte Kunststoff-Bauteil 10 in der Kavität des Spritzgießwerkzeuges 20, wobei jedoch die ursprüngliche Fixierung der Fasermatte 11 an der ersten Formhälfte 21 gelöst wird. Dies hat zur Folge, daß das Kunststoff-Bauteil 10 mit seiner Rückseite, d. h. mit derjenigen Seite, auf welcher sich das Kunststoff-Material 12 befindet, an der zweiten Formhälfte 22 anliegend verbleibt. Dies resultiert insbesondere daraus, daß die Schicht des Kunststoffmaterials 12 noch mit der zugehörigen Einspritzdüse 23, die in der zweiten Formhälfte 22 vorgesehen ist, verbunden ist. Diesbezüglich wird bereits vorab auf die später noch näher erläuterten 3a, 3b verwiesen.
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Da wie soeben beschrieben das Kunststoff-Bauteil 10 bei der beschriebenen Abhebebewegung der ersten Farmhälfte 21 von der Fasermatte 11 an der (in den 2a, 2b rechtsseitigen) zweiten Formhälfte 22 anliegend in der Kavität des Spritzgießwerkzeuges 20 verbleibt, entsteht im (weiterhin geschlossenen) Spritzgießwerkzeug 20 bzw. in dessen Kavität ein Spaltraum zwischen der Fasermatte 11 und der ersten Formhälfte 21. In diesen Spaltraum wird im folgenden weiteres Kunststoffmaterial eingespritzt, und zwar über eine geeignet angeordnete Einsprizudüse 24. Entsprechend den jeweiligen geometrischen Verhältnissen wird damit auf die in den 1b–1d sowie 2a, 2b linksseitige Oberfläche bzw. Vorderseite der Fasermatte 11 das (weitere) Kunststoffmaterial 13 aufgebracht.
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In diesem Zeitpunkt ist das im ersten Verfahrensschritt aufgebrachte sowie in die Fasermatte 11 selbst eingebrachte Kunststoffmaterial 12 noch nicht vollständig ausgehärtet, so dass das nunmehr aufgebrachte (weitere) Kunststoffmaterial 13 mit diesem zuerst aufgebrachten Kunststoffmaterial 12 eine innige Verbindung eingehen kann. Das Resultat bzw. das fertige Kunststoff-Bauteil 10, so wie es anschließend aus dem Spritzgießwerkzeug 20 nach Entfernen der Anspritzkanäle entnommen werden kann, ist in 1d dargestellt. Wie ersichtlich ist die Fasermatte 11 nunmehr mit Kunststoff umspritzt, d. h. in der Fasermatte 11 selbst sowie auf deren Rückseite ist das zunächst aufgebrachte Kunststoffmaterial 12 und auf deren Vorderseite das Kunststoffmaterial 13 vorgesehen, wobei diese beiden Materialien bestmöglich miteinander verbunden sind.
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Unter Bezugnahme auf die 3a, 3b wird im folgenden eine mögliche Anordnung der Einspritzdüsen für die Kunststoffmaterialien 12, 13 im Spritzgießwerkzeug 20 erläutert. Der einfachste Werkzeug-Aufbau ergibt sich, wenn (abweichend von der Darstellung in den 2a, 2b, bei welcher die Einspritzdüse 23 an der nicht bewegbaren Formhälfte 22 und die Einspritzdüse 24 an der bewegbaren Formhälfte 21 vorgesehen sind) sowohl die Einspritzdüse 23 für das (erste) Kunststoffmaterial 12, als auch die Einspritzdüse(n) 24 für das weitere Kunststoffmaterial 13 in der nicht bewegbaren zweiten Formhälfte 22 des Spritzgießwerkzeuges 20 angeordnet ist bzw. sind. 3a zeigt dabei den ersten Verfahrensschritt, bei welchem die zweiten Einspritzdüsen 24 mittels eines Schiebers 301 verschlossen sind und das erste Kunststoffmaterial 12 über die erste Einspritzdüse 23 in die Spritzgießwerkzeug-Kavität eingebracht wird. 3b zeigt den zweiten Verfahrensschritt, bei welchem die erste Einspritzdüse 23 mittels eines
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Schiebers 301 verschlossen ist und das weitere Kunststoffmaterial 13 über die zweiten Einspritzdüsen 24 durch die Fasermatte 11 hindurch in die Spritzgießwerkzeug-Kavität, und zwar auf die andere Seite der Fasermatte 11 in den Spaltraum zwischen dieser sowie der ersten Farmhälfte 21 eingebracht wird.
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Aus diesen beiden 3a, 3b geht auch hervor, daß – wie weiter oben in Zusammenhang mit dem zweiten Verfahrensschritt erläutert wurde – beim Abheben der ersten Formhälfte 21 von der Fasermatte 11 diese zusammen mit dem bereits aufgebrachten (ersten) Kunststoffmaterial 12 an der zweiten Formhälfte 22 anliegend verbleibt, so dass sich der bereits genannte Spaltraum zwischen der Fasermatte 11 und der ersten Farmhälfte 21 bilden kann. Dabei wird die Fasermatte 11 mit dem Kunststoffmaterial 12 (auch) durch die erste Einspritzdüse 23 bzw. durch den zugehörigen Anspritzkanal an der zweiten Formhälfte 22 anliegend gehalten; ferner durch die Schieber 301 der zweiten Einspritzdüsen 24, die Anspritzkanäle freihalten missen, über die das weitere Kunststoffmaterial 13 durch die Fasermatte 11 hindurch in den besagten Spaltraum zwischen der Fasermatte 11 und der ersten Formhälfte 21 gelangen kann.
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Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Einspritzdüsen) 24 für das weitere Kunststoffmaterial 13 in der zweiten Formhälfte 22 vorgesehen ist bzw. sind; vielmehr kann im zweiten geschilderten Verfahrensschritt das weitere Kunststoffmaterial 13 auch von der Seite der ersten Formhälfte 21 aus in den besagten Spaltraum zwischen der Fasermatte 11 und der ersten Formhälfte 21 eingebracht werden, so wie dies prinzipiell in den 2a, 2b dargestellt ist. Letzteres empfiehlt sich insbesondere dann, wenn das (weitere) Kunststoffmaterial 13 im ausgehärteten Zustand optisch durchsichtig und/oder verschiedenartig vom im ersten Verfahrensschritt eingespritzten Kunststoffmaterial 12 ist.
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Besitzen die Kunststoffmaterialien 12, 13 zumindest eine gewisse Mindestaffinität zueinander, so ergibt sich mit dem beschriebenen Verfahren eine besonders gute stoffschlüssige Verbindung durch die Fasermatte 11 hindurch. Hiermit lassen sich besonders stabile Kunststoff-Bauteile 10 erzeugen, wobei die als Verstärkung vorgesehene Fasermatte 11 auch außermittig, d. h. aus der neutralen Faser herausgelegt werden kann, um zusätzliche Kräfte am/im Bauteil 10 aufnehmen zu können, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Dabei kann die Fasermatte 11 auch aus einem oder mehreren Werkstoff(en) bzw. Material(ien) bestehen, der bzw. die zu den verwendeten Kunststoffmaterialien 12, 13 wenig bis überhaupt nicht affin ist/sind. Beispielsweise kann eine metallische Fasermatte 11 zu Einsatz kommen, wie überhaupt für die Fasermatte 11 Werkstoffe mit besonderen Eigenschaften (so bspw. flammhemmend) verwendet werden können. Mit dem beschriebenen Verfahren ergibt sich nämlich stets eine optimale Einbindung der Fasermatte 11 in die umspritzten Kunststoffmaterialien 12, 13.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kunststoff-Bauteil
- 11
- Fasermatte
- 12
- (erstes) Kunststoffmaterial
- 13
- (weiteres) Kunststoffmaterial
- 20
- Spritzgießwerkzeug
- 21
- erste Formhälfte
- 22
- zweite Formhälfte
- 23
- Einspritzdüse (für 12)
- 24
- Einspritzdüse (für 13)
- 30
- Pfeilrichtung: Verfahrbarkeit von 21
- 301
- Schieber (in 23, 24)
