DE4443145C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung warm verformter thermoplastischer Bauteile mit thermoplastischen Oberflächenmaterialien - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum voll- oder teilflächigen Beschichten von thermoplastischen Spritzguß- oder Preßteilen mit einer zweiten thermoplastischen Oberflächenkomponente in einem zusammenhängenden Arbeitsgang und einem Werkzeug.

Im Fahrzeugbau werden z. B. in weiten Bereichen thermoplastische Bauteile wie Kapseln, Verkleidungen oder dergleichen eingesetzt. Aus Festigkeitsgründen sind diese Bauteile in der Regel mit Glasfasern verstärkt und weisen eine harte Ober­ fläche auf. Verwendet man diese Grundkörper (= Bauteile) im Bodenbereich, so müssen sie mit geeigneten weichen Materialien oftmals nach deren Montage beschichtet werden, um z. B. eine Dämpfung gegen durch Steinschlag verursachte Geräusche zu bewirken. Die nachträgliche Beschichtung der thermoplastischen Grundkörper erfolgt herkömmlich manuell und ist damit aufwendig und teuer.

Technisch und wertanalytisch werden durch den Grundkörper zumeist die Festig­ keitsanforderungen und die physikalischen Eigenschaften realisiert, während durch die Beschichtung die jeweils gewünschten Oberflächeneigenschaften ergänzt werden.

Aus der EP 0 253 909 B1 ist ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe weiche Lip­ pen aus gummiartigen thermoplastischen Materialien wie modifiziertem Polypropy­ len oder Ethylen-Propylen-Terpolymer an aus Thermoplasten hergestellten, warm geformten Formkörper angeschweißt oder (stumpf) angepreßt werden können, wobei der Stoß auf Schmelztemperatur erwärmt wird und die Verbindung mit einem Preßwerkzeug mit Tauchkanten erfolgt. Eine großflächige Beschichtung von thermoplastischen Oberflächen ist mit diesem Verfahren nicht möglich.

Grundsätzlich ist ein Bekleben des Formkörpers mit einem thermoplastischen Belag möglich, dies erfordert jedoch den Einsatz von Klebstoffen, die aus Umwelt-, Emissions- und Recyclinggesichtspunkten unerwünscht sind oder weitere Arbeits­ gänge, bei denen nochmals Wärme zum flächigen oder partiellen Anschmelzen der Oberfläche zugeführt werden muß. Alle hier bekannten Verfahren wie Kleben, nachträgliches Schweißen, Kaschieren sind aufwendig und teuer.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu finden, mit dessen Hilfe nach bekannten Preß- oder Spritzgußverfahren herge­ stellte Grundkörper aus Thermoplasten mit thermoplastischen, gleichen oder sinnvollerweise unterschiedlichen Materialien (im Sinne einer zweiten Kompo­ nente) vollflächig oder in Teilbereichen kostengünstig, d. h. in einem Arbeitsgang und im gleichen Werkzeug, beschichtet werden können, wobei die Materialien an den Grenzflächen verschweißen, so daß auf Klebstoffe oder weitere Arbeitsgänge zur Kombination unterschiedlicher Thermoplaste hierbei verzichtet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zum groß- oder teilflächi­ gen Beschichten von thermoplastischen Spritzguß- oder Preßteilen mit einer zweiten thermoplastischen Komponente in einem zusammenhängenden Arbeits­ gang und einem Werkzeug erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Warmformung des Thermoplastgrundkörpers geschieht hierbei auf bekannte Weise dadurch, daß man das Rohmaterial, welches meist mit Glasfaser verstärkt ist, auf Temperaturen von etwa 190 bis 210°C vorwärmt und in einem Werkzeug mit Werkzeugtemperaturen von ca. 40-70°C verpreßt. Beim Pressen nimmt das Rohmaterial die vom Werkzeug vorgegebene Form an, Luft entweicht durch die Tauchkanten.

Unmittelbar nach der Herstellung des Grundkörpers wird das Formwerkzeug ent­ lastet (Stempel wird hochgefahren), gleichzeitig oder kurz danach ein auf Verar­ beitungstemperatur erwärmtes thermoplastisches Material, oftmals Elastomer, gegen die gewünschte Beschichtungsseite des Grundkörpers eingebracht und nach erneutem Schließen des Formwerkzeuges die unterschiedlichen Materialien unter Druck und Formgebung miteinander verschweißt, wobei der Thermoplast­ körper beim Verschweißen an der Grenzfläche wegen seines Wärmeinhaltes etwa die zum Verbinden erforderliche Temperatur aufweist.

Das Einbringen des Beschichtungsmaterials erfolgt hierbei in der Regel durch Einspritzen über im Werkzeug entsprechend angeordnete Kanäle und Düsen z. B. gegen die Formstückunterseite, oder bei geringen Stückzahlen unter Verzicht auf die Einspritzkanäle durch ins kurzzeitig geöffnete Werkzeug eingelegte und auf Fließtemperaturen zwischen 130 und 220°C vorgewärmte thermoplastische Beschichtungskomponenten wie z. B. Elastomere.

Die zweitgenannte Verfahrenstechnik beschränkt sich hierbei insbesondere auf das Preßverfahren mit vertikaler Werkzeuganordnung, sie ist jedoch auch beim Spritzgußverfahren technisch realisierbar.

Da das Einbringen des fließfähigen thermoplastischen Materials unmittelbar anschließend an die Formgebung des Grundkörpers erfolgt und die Temperatur des Beschichtungsmaterials eine höhere Temperatur als der Grundkörper selbst aufweist, findet ein Wärmetransport an die betreffende Fläche des Grundkörpers statt, so daß diese Grenzfläche ebenfalls in den Schmelzbereich gelangt. Nach Einbringen der der gewünschten Beschichtungsdicke entsprechenden Menge des Beschichtungsmaterials wird die Zufuhr gestoppt, der Stempel eingerastet oder geringfügig abgesenkt und das thermoplastische Material wird über die auf einen Temperaturbereich von ca. 30 bis 70°C gekühlten Werkzeuge zur Erstarrung gebracht. Nach Ablauf der dickenabhängigen Abkühlzeit zwischen ca. 25 und 90 sec wird das fertige Bauteil entnommen.

Die im Fahrzeug eingesetzten Kunststofformkörper bestehen in der Regel aus mit Glasmatten verstärktem Polypropylen oder Polyamid. Beschichtet man diese erfindungsgemäß mit thermoplastischen Elastomeren, so entstehen Kunst­ stofformteile, die z. B. direkt im Unterbodenbereich von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können, ohne sie mit einer Geräuschdämpfung gegen Steinschlag nach­ träglich versehen zu müssen. Ein bevorzugter Anwendungsbereich sind daher Seitenweller oder Radkastenverkleidungen für Pkw. Mit Vorteil können aber auch Unterbodenabdeckungen, Motorkapseln, sonstige Abdeckungen oder Behälter und gleichartige Formkörper aus dem "Verbundmaterial" hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist hingegen nicht auf den Bereich des Kraftfahrzeug­ baus beschränkt, es können auf die erfindungsgemäße Weise thermoplastische Bauteile verschiedener Materialeigenschaften für einen weiten Anwendungsbe­ reich als Verbundformteile kombiniert werden.

Bei Verwendung von mit Glasmatten verstärkten Thermoplasten nimmt bei der Vorwärmung des für die Formung vorbereiteten Materialabschnittes dessen Volumen wesentlich zu.

Durch eine werkzeugtechnische Abwandlung lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren auch Teilbereiche des Formteils beschichten oder Überstände von Beschichtungsmaterial herstellen. Dazu ist erforderlich, im Werkzeugober­ und/oder -unterteil verfahrbare Segmente vorzusehen, die den Materialfluß des Grundkörper-Formteils und/oder des Beschichtungsmaterials entsprechend sper­ ren. Will man hierdurch z. B. einen Überstand am Formkörper herstellen, so wird zunächst aus einer Werkzeughälfte ein Segment abgesenkt, das beim Formen gegen die andere Werkzeughälfte anliegt und den Fluß des Materials beim For­ men und Pressen als Anschlag in dem gewünschten Teilbereich absperrt. Danach wird das Segment wieder weggezogen und dadurch die gesperrte Fläche freige­ geben. Anschließend wird wie oben beschrieben verfahren. Auf diese Weise ent­ steht am Formkörper zunächst ein Freiraum, in den das anschließend beim Anhe­ ben des Formstücks eingebrachte fließfähige Zweitmaterial (ursprünglich Beschichtungsmaterial) eindringt, anschweißt und nach dem Erstarren den gewünschten Überstand z. B. als Dicht- oder weiches Anlage- oder Abschlußprofil bildet.

Umgekehrt können auch Bereiche der Formstückunterseite von einer Beschich­ tung ausgenommen werden, wenn ein entsprechendes Segment aus dem Werk­ zeug beim Einspritzen des fließenden Thermoplastes mit dem Anheben des Formstückes hochgefahren wird.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen die

Fig. 1 bis 4 eine vollflächige Beschichtung und die

Fig. 5 bis 8 die Herstellung einer teilflächigen Beschichtung sowie einer Aussparung am Grundkörper, die durch Einbringen des Beschichtungsmaterials mit z. B. weichen Materialanteilen z. B. als Kabeldurchführung oder weich abfedernde Anstoßfläche wieder geschlossen werden kann.

In Fig. 1 ist ein Formwerkzeug mit Tauchkante gezeigt, wobei das Formwerk­ zeugoberteil 1 eine profilierte Formfläche 2 aufweist und in das ebenfalls profilierte Formwerkzeugunterteil 3 absenkbar ist. Im Formwerkzeugunterteil (auch am Oberteil möglich) befindet sich ein Kanal 4, über den die auf Fließtemperatur gebrachte Beschichtungskomponente über Spritzdüsen 6, 7 eingebracht werden kann.

Das Formwerkzeugoberteil 1 und -unterteil 3 ist mit einer Kühlung versehen, um dieses an der Formfläche 2 bei der Formung (ggf. nach Vorheizung) auf Tempera­ turen von ca. 40 bis 70°C temperiert zu halten.

Im Formwerkzeug befindet sich vorgeheiztes Halbzeug 8 z. B. aus GMT (glasmat­ tenverstärkter Kunststoff, beispielsweise Polypropylen).

In Fig. 2 ist das Formwerkzeugoberteil 1 abgesenkt und übt Druck auf das Halb­ zeug aus. Dabei fließt das Material und füllt den Raum zwischen Formwerk­ zeugoberteil 1 und -unterteil 3 vollständig aus, wobei es die Form des Werkzeu­ ges annimmt (Herstellung des Grundkörpers nach den bekannten Preß- oder Spritzgießverfahren).

In Fig. 3 ist das Formwerkzeugoberteil 1 wieder angehoben und gleichzeitig oder kurz danach wird über den Kanal 4 bzw. die Düsen 6, 7 fließfähiger Thermo­ plast 9 ins Werkzeug eingebracht. Da die Temperatur an der Formfläche 2 des Formwerkzeugoberteils 1 deutlich unterhalb der Fließgrenze liegt und zusätzlich der ggf. vorhandene Glasfaser- oder Glasmattenverbund das Formteil stabilisiert, wird unter Beibehaltung der Form durch den gemeinsamen Einfluß der gekühlten Formfläche 2 und das Einbringen (Einspritzen) des Thermoplastes das Formstück 10 angehoben.

In Fig. 4 ist die obere Endlage des Formwerkzeugoberteils 1 gezeigt und der Raum unterhalb des Formstückes 10 vollständig durch Thermoplast 9 ausgefüllt, wobei die Entlüftung über die Tauchkante geschieht und der Innendruck durch den Einspritzdruck des Thermoplastes definiert ist. Gegebenenfalls kann auch durch Nachpressen der Formwerkzeugoberhälfte eine zusätzliche Druckerhöhung zur Nachverdichtung und besseren Verbindung des Grundkörpers mit dem Beschichtungsmaterial vorgenommen werden. Das Formstück 10 ist nur an der Oberseite durch das Werkzeug gekühlt, d. h. es weist an seiner Unterseite eine deutlich höhere Temperatur auf, so daß Thermoplast 9 und Formstück 10 mitein­ ander verschweißt werden können. Nach Ablauf der erforderlichen Abkühlzeit kann das Bauteil entformt werden.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen eine Variante, bei welchem das Halbzeug zur Her­ stellung des Grundkörpers durch Schieber daran gehindert wird, den Raum zwi­ schen Formwerkzeugoberteil 1 und -unterteil 3 bei dessen Formung vollständig auszufüllen.

Fig. 5 zeigt dazu im Formwerkzeugoberteil 1 zwei über Zylinder fahrbare Seg­ mente 11 und 12, die beim Absenken des Formwerkzeugoberteils 1 gegen den Boden 5 des Formwerkzeugunterteils gedrückt werden und hinter den Segmenten oder in Flächenbereichen der Segmente 11 und 12 Freiräume 13 bilden, in die das Material zu Herstellung des Grundkörpers 8 nicht zu fließen vermag, wie im weiteren in Fig. 6 erkenntlich ist.

In Fig. 7 sind die Segmente 11 und 12 wieder zurückgezogen, das Formwerk­ zeugoberteil angehoben und über den Kanal 4 Thermoplast 9 eingebracht wor­ den, der das Formstück 10 anhebt und gegen die Formfläche 2 drückt.

In Fig. 8 ist der Thermoplast 9 vollständig eingebracht und bildet eine an das Formstück 10 angeschweißte Stufe 14 als Überstand (beispielsweise zur Herstel­ lung einer Dichtlippe) sowie eine eingesetzte Fläche (beispielsweise eine "weiche" Kabeldurchführung oder eine Anstoßfläche).

In gleicher Weise kann natürlich an mehreren Stellen an das Formstück 10 ange­ schweißt werden. Weiterhin können den Materialfluß sperrende Segmente 12 auch im Formwerkzeugunterteil angeordnet sein, um hiermit bestimmte Bereiche der Formstückunterseite von einer Beschichtung auszunehmen.

Von besonderem Vorteil ist erfindungsgemäß, daß nahezu beliebige Formen des Formstücks flächig und profiliert auf die angegebene Weise beschichtet werden können.

Claims (13)

1. Verfahren zum Beschichten warm geformter Thermoplastkörper mit insbe­ sondere gummiartigen thermoplastischen Materialien wie Polypropylen oder Ethylen-Propylen-Terpolymer, wobei ein Thermoplastkörper zunächst auf Temperaturen von etwa 190 bis 210°C erwärmt und unter Verdichtung warmgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß danach das Formwerkzeug entlastet und gleichzeitig auf Fließtemperatur erwärmtes thermoplastisches Material gegen die Formkörperunterseite gespritzt wird, wodurch der Formkörper angehoben wird, daß dabei im Formwerkzeug eine Temperatur von etwa 60 bis 70°C aufrechterhalten wird und nach erneuter Belastung des Formwerkzeugs, die Materialien unter Druck und Formgebung miteinander verschweißt werden, wobei der Thermoplastkörper beim Verschweißen etwa die zum Formen erforderliche Temperatur aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermo­ plastgrundkörper aus mit Glasfasern oder Glasmatten verstärkten Polypropy­ lenen oder Polyamiden besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenmaterialien Thermoplaste sind, die für die gewünschten Oberflä­ chenmaterialeigenschaften in Bezug auf z. B. Temperaturbeständigkeit (z. B. Polyamide) und Dämpfungseigenschaften (z. B. thermoplastische Ela­ stomere) modifiziert sind.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Verbindung notwendige Druck entweder über das Werkzeug (Verbindungstechnik im Preßverfahren) oder über den Druck des eingespritzten Materials (Preßverbindung im Spritzgußverfahren) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur verbesserten Verbindung der beiden thermoplasti­ schen Materialien das Werkzeug nach Einbringen beider Thermoplastbe­ standteile nochmals auf Druck gefahren wird (Nachdrückverbindung).

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das auf Fließtemperatur gebrachte thermoplasti­ sche Material über Spritzkanäle auf die zur Beschichtung vorgesehene Seite des Thermoplastgrundkörpers aufbringt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Überständen oder teilflächi­ gen Beschichtungen des Thermoplastgrundkörpers mit Hilfe von aus dem Formwerkzeugoberteil und/oder -unterteil verfahrbaren Segmenten entspre­ chende Bereiche in der Formgebungs- und/oder Beschichtungszone gegen Materialfluß sperrt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug ein über dessen Tauchkanten be- und entlüftbares Tauchkantenwerkzeug ist.

9. Thermoplastische Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer durch Verschweißen aufgebrachten Beschichtung aus einem thermoplasti­ schen Material versehen sind.

10. Thermoplastische Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus einem glasmattenverstärkten Thermoplast wie ins­ besondere Polypropylen oder Polyamid besteht.

11. Thermoplastische Formkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das thermoplastische Beschichtungsmaterial gummiartig ist und insbesondere aus thermoplastischen Elastomer besteht.

12. Tauchkantenformwerkzeug bestehend aus einem Oberteil (1) und einem Unterteil (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugoberteil (1) und/oder dessen Unterteil (3) verfahrbare Segmente (12) angeordnet sind, die den Materialfluß des zu formenden Materials nach Bedarf sperren.

13. Tauchkantenformwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dessen Unterteil (3) ein Zufuhrkanal (4) mit an dessen Boden endenden Spritzdüsen (6, 7) angeordnet sind.