DE4408835C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines einstückigen, mindestens zweifarbigen Kunststoffteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der An­ sprüche 1 bzw. 5 zum Herstellen eines einstückigen so­ wie dünnwandigen, mindestens zweifarbigen Kunst­ stoffteiles und insbesondere zum Herstellen einer Kunststoffhaut.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der hier interes­ sierenden Art sind aus der US 4 610 620 bekannt. In einem ersten Arbeitsschritt wird thermoplastischer Kunststoff für zwei verschiedenfarbige Teilstücke in ei­ ne durch eine Trennwand geteilte Form gefüllt. Der Kunststoff geliert bzw. schmilzt sodann dort aufgrund von Wärme in einer dünnen, farbgebenden Schicht an, woraufhin die beiden derart vorbereiteten und verschie­ denfarbigen Teilstücke in einem weiteren Arbeitsgang miteinander verbunden werden. Hierzu wird thermo­ plastisches Kunststoffpulver auf die benachbarten Rän­ der der beiden Teilstücke sowie den Zwischenbereich lose aufgestreut. Durch weitere Wärmezufuhr geliert bzw. schmilzt auch dieses Kunststoffpulver an und wird schließlich zusammen mit den Teilstücken durch weite­ re Wärmezufuhr fertiggestellt. Nachdem das derart her­ gestellte, zweifarbige Kunststoffteil erstarrt ist, kann es der Form entnommen werden. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines zweifarbigen Kunststoffteiles und insbesondere einer dünnwandigen Kunststoffhaut und die zu seiner Durchführung dienende Vorrichtung wei­ sen ebenso wie das Teil selbst verschiedene Nachteile auf. Für das Verfahren und die Vorrichtung gilt, daß das Verbinden der Teilstücke nach einem andersartigen Verfahren erfolgt als die Herstellung der Teilstücke, wobei ein relativ dicker Verbindungswulst mit ungleich­ mäßiger Wandstärke entsteht. Durch das partielle Auf­ bringen des Verbindungsmaterials bilden sich Wanddic­ kensprünge mit einem unkontrollierten Schichtaufbau, der am fertigen Teil nach einiger Zeit aufgrund der Wärmealterung auch auf der sichtbaren Seite aufgrund von Schatten, Lichtreflexen bzw. Farbänderungen be­ merkbar ist. Aber auch produktionstechnische Proble­ me können wegen der unterschiedlichen Materialstär­ ken vor allem bei der Weiterverarbeitung auftreten, zu­ mal die dickeren Übergangsbereiche eine andere Stei­ figkeit und somit andere Werkstoffeigenschaften besit­ zen als die übrigen Teile des meist als Kunstoffhaut für Kraftfahrzeuginnenteile dienenden Kunststoffteiles.

Aber auch das bekannte Verfahren zum Verbinden der vorgefertigten Teilstücke ist unzweckmäßig. Nach dem Aufstreuen liegt das Kunststoffpulver nur sehr lose und locker geschichtet auf den Rändern und bildet zu­ nächst keine kompakte Masse. Es ist daher notwendig, verhältnismäßig viel Kunststoffpulver aufzubringen, wobei es ferner schwierig ist, dieses lagemäßig genau zu fixieren.

Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren zum Ver­ binden der Teilstücke sehr zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein sicher und zuverlässig arbeitendes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe möglichst gleichmäßige Wandstärken über die gesamte Fläche der herzustellenden Kunststoffteile erreichbar und insbe­ sondere unzweckmäßig dicke Verbindungswülste ver­ meidbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmalskombination des Anspruches 1 bzw. 5 vor.

Während die beiden verschiedenfarbigen Teilschichten erfindungsgemäß nur noch die Sichtflächen bilden und daher auch eine relativ geringe Wandstärke aufweisen können, dient die zweite, sich über deren gesamte Rück­ seite erstreckende und sie verbindende Lage zur Bil­ dung der endgültigen Wandstärke des Kunststoffteiles sowie zur Bildung von dessen gesamten Rückseite. Die Herstellung des Kunststoffteiles erfolgt dabei in ein und derselben Form in aufeinanderfolgenden, gleichartigen Fertigungsschritten, wozu die Form mit den bereits vor­ bereiteten Teilstücken auf einen zweiten Behälter für thermoplastischen Kunststoff nach dem Abnehmen von einem ersten Behälter aufsetzbar ist und zusammen mit diesem schwenk- und/oder drehbar gelagert ist.

Grundsätzlich ist es möglich, Kunststoffteile aus be­ liebig vielen, farblich unterschiedlichen oder auch teil­ weise gleichfarbigen Teilstücken zu fertigen, wozu dann lediglich entsprechend viele Trennelemente und Trenn­ wände in dem die verschiedenfarbigen Kunststoffe ent­ haltenden ersten Behälter gemäß der Form und Lage der Teilstücke vorgesehen sein müssen.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus Unteran­ sprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 im Schnitt sowie schematisch eine Ansicht von Teilen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens;

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 von einer abgewan­ delten Ausführungsform;

Fig. 3 im Schnitt sowie schematisch eine Ansicht der Form wie in Fig. 1 zusammen mit einem zweiten Pulver­ behälter;

Fig. 4 eine Einzelheit wie in Fig. 2 von der abgewan­ delten Ausführungsform bei dem Verfahrensschritt ge­ mäß Fig. 3 und

Fig. 5 im Schnitt sowie schematisch eine Ansicht wie in Fig. 1 von einer weiteren, abgewandelten Ausfüh­ rungsform.

Eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines dünnwandi­ gen, mindestens zweifarbigen Kunststoffteiles 2 (Fig. 3), umfaßt eine Form 3, die zur Durchführung eines ersten Verfahrensschrittes auf einen thermoplastischen Kunst­ stoff 4 (Farbe A) und thermoplastischen Kunststoff 5 (Farbe B) enthaltenden Behälter 6 gemäß Fig. 1 aufge­ setzt wird. Auf ihrer dem Behälter 6 zugewandten In­ nenseite 7 ist die Oberfläche 8 der Form 3 an die Gestalt und Kontur 9 des herzustellenden Kunststoffteiles 2 an­ gepaßt.

Der Behälter 6 weist im Falle der Herstellung eines zweifarbigen Kunststoffteiles zwei Kammern 10 und 11 (Fig. 1) auf, die zur Aufnahme der verschiedenfarbigen Kunststoffe 4 mit der Farbe A bzw. von Kunststoff 5 mit der Farbe B dienen. Ferner ist die Oberfläche 8 der Form 3 mit Hilfe eines Trennelementes 12 in zwei Teil­ flächen 13 und 14 unterteilt. Das Trennelement 12 kann extrem schmal sein oder auch in Form einer Maske eine gewisse Breite besitzen und ist grundsätzlich dem Be­ hälter 6 zugeordnet. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gehört das Trennelement 12 zu ei­ ner Trennwand 15, welche die beiden Kammern 10 und 11 in dem Behälter 6 bildet. Der Verlauf des Trennele­ mentes 12 und der Trennwand 15 entspricht der gemein­ samen Kontur der beiden Teilflächen 13 und 14 sowie der gemeinsamen Kontur von zunächst herzustellenden Teilstücken 16 und 17, die in Fig. 1 strichpunktiert ange­ deutet sind.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist das Trennelement 12 eine Dichtung. Weitere Dichtungen 18 und 19 befinden sich jeweils an den frei­ en Rändern der Aussenwände 20 und 21 des Behälters 6, der darüber hinaus um Lagerachsen 22 und 23 schwenk­ bar gelagert ist. Ferner sind eine Heizeinrichtung 24 (in Fig. 1 symbolisiert ein Pfeil die Wärmezufuhr) zum Er­ wärmen der Form 3 und für die Wärmebehandlung von in der Form 3 befindlichem Kunststoff 4 bzw. 5 sowie Antriebs-, Transport- und Steuereinrichtungen vorgese­ hen, die grundsätzlich bekannt und deshalb nicht darge­ stellt sind.

Zum Herstellen eines zweifarbigen Kunststoffteiles 2 wird die Form 3 nach der Entnahme eines zuvor gefer­ tigten Kunststoffteiles 2 auf den Behälter 6 aufgesetzt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Daraufhin werden der Behälter 6 und die mit ihm verbundene Form 3 derart geschwenkt, daß der in den Kammern 10 und 11 befind­ liche, thermoplastische Kunststoff 4 und 5 auf die Teil­ flächen 13 und 14 der Form 3 gelangt. Aufgrund der Temperatursteuerung - wobei die Form 3 entweder bereits vorgewärmt sein kann oder die Wärmezufuhr erst erfolgt, wenn sich Kunststoff 4 und 5 auf der Ober­ fläche 8 der Form 3 befindet - erfolgt nunmehr ein Angelieren des Kunststoffes 4, 5 im Falle der Verarbei­ tung von Polyvenylchlorid (PVC) oder ein Anschmelzen im Falle der Verarbeitung von anderen thermolplasti­ schen Kunststoffen, woraufhin die Form 3 und der Be­ hälter 6 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Position zu­ rückgeschwenkt/zurückgedreht werden mit der Folge, daß der nichtangelierte bzw. nichtangeschmolzene Kunststoff 4 und 5 wieder auf den Boden 25 bzw. 26 der Kammern 10 und 11 zurückfällt. Auf den Teilflächen 13 und 14 der Form 3 befinden sich jetzt angelierte oder angeschmolzene Teilstücke 16 und 17, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Form 3 wird nunmehr mit den in ihr befindlichen Teilstücken 16 und 17 von dem Behälter 6 abgehoben und auf einen anderen Behälter 6' gemäß Fig. 3 aufge­ setzt um nunmehr in einem weiteren Verfahrensschritt eine zweite Lage 34 auf die beiden Teilstücke 16 und 17 aufzubringen und diese miteinander zu verbinden.

Der zweite, ebenfalls thermoplastischen Kunststoff enthaltende Behälter 6' weist Dichtungen 18' und 19' im Bereich von Außenwänden 20' und 21' in gleicher Weise auf wie der Behälter 6. Ein Unterschied zu dem Behälter 6 besteht nur insofern, als der Behälter 6' nur eine einzi­ ge Kammer 27' derart aufweist, daß der in der Kammer 27' befindliche, thermoplastische Kunststoff 4' oder 5' ganzflächig auf die Teilstücke 16 und 17 sowie in den Bereich 30 zwischen den einander zugewandten Rän­ dern 31 und 32 der beiden Teilstücke 16 und 17 fällt, wenn die Form 3 und der Behälter 6' gemeinsam ver­ schwenkt werden. Beim Verschwenken von Form 3 und Behälter 6' geliert bzw. schmilzt Kunststoff auf den Rückseiten der beiden Teilstücke 16 und 17 sowie als Zwischenstück 33 im Bereich 30 an und verbindet sowie bedeckt vollständig die Teilstücke 16 und 17.

Das Zwischenstück 33 kann gemäß den jeweiligen Anforderungen extrem schmal oder beliebig breit sein. Wesentlich ist, daß die Herstellung des Zwischenstückes 33 und mit ihm die Herstellung der zweiten Lage 34 nach demselben Herstellungsverfahren erfolgt und so­ mit nach denselben Rahmenbedingungen wie die Her­ stellung der farbgebenden Teilstücke 16 und 17.

Sobald der das verbindende Zwischenstück 33 und die zweite Lage 34 bildende Kunststoff 4' oder 5' in der Form 3 angeliert/angeschmolzen ist, werden die Form 3 und der Behälter 6' in die in Fig. 3 dargestellte Lage zurückgeschwenkt und die Form 3 wird wieder von dem Behälter 6 abgehoben. Daraufhin erfolgt in einem näch­ sten Verfahrens schritt eine weitere Wärmebehandlung der Teilstücke 16 und 17 und der die Rückseite 35 des Kunststoffteiles 2 bildenden zweiten Lage 34, so daß der Kunststoff ausgeliert/aufschmilzt.

Sodann wird die Form 3 abgekühlt, wobei die Teil­ stücke 16 und 17 zusammen mit der zweiten Lage 34 als einstückiges, dünnwandiges Kunststoffteil 2 erstarren. Sobald das Kunststoffteil 2 ausreichend abgekühlt ist, kann es der Form 3 entnommen werden.

Wie bereits oben ausgeführt ist, kann der Abstand zwischen den benachbarten Rändern 31 und 32 der bei­ den Teilstücke 16 und 17 extrem gering oder auch sehr groß sein. Er muß mindestens der Breite dem verwende­ ten Trennelementes 12 entsprechen. Zweckmäßig ist es, wenn ein die Teilstücke 16a, 17a (Fig. 4) verbindendes Zwischenstück 33a versenkt angeordnet ist und zum Verbinden von Teilstücken 16a bzw. 17a dient, die ge­ mäß dem in den Fig. 2 und 4 dargestellten Ausführungs­ beispiel ein Kunststoffteil 2a mit einer Rille 40a bilden.

Das in den Fig. 2 und 4 nur teilweise dargestellte Aus­ führungsbeispiel unterscheidet sich bis auf die Rille 40a nicht grundsätzlich von dem zuerst beschriebenen Aus­ führungsbeispiel. Übereinstimmende oder ähnliche Tei­ le weisen daher auch dieselben Bezugszahlen und zu­ sätzlich den Buchstabenindex a auf.

Zur Herstellung eines Kunststoffteiles 2a mit einer Rille 40a ist die Form 3a mit einer nach innen gerichte­ ten Rippe 41a versehen, an der das Trenn- und Dichtele­ ment 12a während der Herstellung der Teilstücke 16a und 17a anliegt. Beim Angelieren bzw. Anschmelzen der Teilstücke 16a, 17a bilden sich ferner an der Rippe 41a jeweils Randstücke 42a und 43a aus (Fig. 2). In einem weiteren Arbeitsschritt mit einem Kunststoff enthalten­ den Behälter 6' wie in Fig. 3 werden dann die Teilstücke 16a und 17a einerseits durch ein Zwischenstück 33a (Fig. 4) miteinander verbunden und ferner wird eine zweite, die Teilstücke 16a und 17a vollständig bedecken­ de Lage 34a auf deren Rückseite erzeugt. Dies geschieht in gleicher Weise wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist schließlich noch in Fig. 5 dargestellt. Auch hier dienen grundsätzlich übereinstimmende Bezugszahlen für gleiche oder gleichartige Teile und weisen zusätzlich den Buchsta­ benindex b auf.

Die Form 3b entspricht wiederum der Form 3 gemäß Fig. 1 und dient wie dort zur Herstellung von Teilstüc­ ken 16b, 17b sowie eines weiteren Teilstückes 50b, wo­ bei die verschiedenen Teilstücke in beliebiger Kombina­ tion aus farblich unterschiedlichem Kunststoff 4b und 5b bzw. 51b gefertigt werden können. Um unterschiedliche Kunststoffteile und entsprechend unterschiedliche Teil­ stücke zu erhalten, ist es erforderlich, zusätzliche oder anders gestaltete Trennelemente 12b und 12b' vorzuse­ hen und in passender Weise anzuordnen. Gemäß Fig. 5 sind die Trennelemente 12b und 12b' wiederum Dich­ tungen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Als Trennelement können auch dünnwandige Schneiden oder Masken dienen. Entsprechend der Anzahl der her­ zustellenden Teilstücke 16b, 17b und 50b weist der Be­ hälter 6b drei Kammern 10b, 11b und 52b zur Aufnahme der Kunststoffe 4b, 5b und 51b auf. Die Herstellung der Teilstücke 16b, 17b und 50b erfolgt grundsätzlich in glei­ cher Weise wie bei den zuerst beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen. Gleiches gilt schließlich auch für die Herstellung einer zweiten, alle Teilstücke 16b, 17b und 50b verbindenden und sie vollständig überdeckenden zweiten Lage entsprechend der zweiten Lage 34 mit dem Zwischenstück 33 bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Als thermoplastischer Kunststoff wird zweckmäßi­ gerweise ein Kunststoffpulver verwendet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines einstückigen sowie dünnwandigen, mindestens zweifarbigen Kunststoff­ teiles (2, 2a), insbesondere einer Kunststoffhaut (2'), wobei in einem ersten Arbeitsschritt in eine erwärmte Form (3, 3a, 3b) zunächst thermoplasti­ scher Kunststoff (4, 5; 4b, 5b, 51b) für mindestens zwei verschiedenfarbige Teilschichten (16, 17; 16a, 17a; 16b, 17b, 50b) eingefüllt wird, der dann durch den Wärmeinhalt der Form (3, 3a, 3b) als dünne, farbgebende Schicht anschmilzt bzw. angeliert, wo­ bei die Teilschichten entlang ihren einander zuge­ wandten Rändern eine gemeinsame Kontur aufweisen und zusammen als farbgebende Lage die Sichtfläche des Kunststoffteiles bilden, woraufhin die Teil­ schichten (16, 17; 16a, 17a; 16b, 17b, 50b) mit Hilfe von weiterem, thermoplastischem Kunststoff und von Wärme einstückig miteinander verbunden wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß thermoplastischer Kunststoff (4', 5') für eine tragende Rückenlage (34, 34a) nach dem Angelieren/Anschmelzen der vor­ bereiteten, verschiedenfarbigen Teilschichten (16, 17; 16a, 17a; 16b, 17b, 50b) ganzflächig auf deren Rückseiten gefüllt wird, so daß dieser Kunststoff die sichtseitigen Teilschichten vollständig bedeckt und ihre einander zugewandten Ränder (31, 32) über­ brückt, daß der die Rückseite (35, 35a) des herzu­ stellenden Kunststoffteiles (2, 2a) bildende Kunst­ stoff der Rückenlage (34, 34a) sodann ebenfalls durch den Wärmeinhalt der Form (3, 3a, 3b) an­ schmilzt bzw. angeliert und daß dann die farbgeben­ de Lage und die Rückenlage zusammen durch weitere Wärmezufuhr aufschmelzen bzw. ausgelieren und schließlich als einstückiges Kunststoffteil (2, 2a) abgekühlt werden und schließlich erstarren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffpulver mit unterschiedlicher Farbe (A, B) für die zuerst hergestellten Teilschichten (16, 17) verwendet wird und daß Kunststoffpulver für die die Rückseite (39a) des herzustellenden Kunststoffteiles (2a) bildende Rückenlage mit der­ selben Farbe wie für eine der beiden Teilschichten (16, 17) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils unterschiedliche Farben (A, B, C) für jede der dünnen, farbgebenden Teilschichten (16, 17) und für die die Rückseite (39a) bildende dicke­ re Rückenlage verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Arbeits­ schritt mehrere dünne, farbgebende Teilschichten (16d, 17d, 50d) hergestellt werden, die sodann in einem zweiten Arbeitsschritt mit Hilfe einer dicke­ ren Rückenlage miteinander verbunden werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Form (3, 3a, 3b), die auf ei­ nen Behälter (6, 6b) dicht aufsetzbar ist, zusammen mit diesem schwenk- und/oder drehbar gelagert ist, wobei der Behälter (6, 6b) mindestens zwei Kammern (10, 11; 10b, 11b, 52b) für verschiedenfarbige Kunststoffe (4, 5; 4b, 5b, 51b) sowie mindestens ein Trennelement (12, 12a, 12b, 12b') zur Herstel­ lung von verschiedenfarbigen Teilschichten (16, 17; 16a, 17a; 16b, 17b, 50b) eines mindestens zweifar­ bigen, dünnwandigen Kunststoffteiles (2, 2a) in der Form (3, 3a, 3b) enthält, wobei der Verlauf des je­ weiligen Trennelements (12) der gemeinsamen Kontur der als farbgebende Lage die Sichtfläche des Kunst­ stoffteiles bildenden Teilschichten entspricht, und mit einer Heizeinrichtung (24) zum Erwärmen der Form (3, 3a, 3b) und/oder des thermoplastischen Kunststoffes (4, 5; 4b, 5b, 51b) und zur Wärmebe­ handlung des herzustellenden Kunststoffteiles (2, 2a), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Behäl­ ter (6') für thermoplastischen Kunststoff (4', 5') zur Herstellung einer zweiten, die Rückseite (35, 35a) des Kunststoffteiles (2, 2a) bildenden Rücken­ lage (34, 34a) vorgesehen ist, daß die Form (3, 3a, 3b) nach dem Abnehmen von dem ersten Behälter (6, 6b) auf den zweiten Behälter (6') aufsetzbar ist und daß der zweite Behälter (6') zusammen mit der Form (3, 3a, 3b) schwenk- und/oder drehbar gelagert ist.