WO2012085070A1 - Process for producing surface-finished lightweight components with high natural fibre content and integrated fastening elements - Google Patents

Process for producing surface-finished lightweight components with high natural fibre content and integrated fastening elements Download PDF

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WO2012085070A1
WO2012085070A1 PCT/EP2011/073568 EP2011073568W WO2012085070A1 WO 2012085070 A1 WO2012085070 A1 WO 2012085070A1 EP 2011073568 W EP2011073568 W EP 2011073568W WO 2012085070 A1 WO2012085070 A1 WO 2012085070A1
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semi
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Stephan Widmayer
Martin Würtele
Wolfgang Nendel
Aleksandr TODOROV
Stefan SCHIERL
Roman Rinberg
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Kraussmaffei Technologies Gmbh
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    • B29K2311/00—Use of natural products or their composites, not provided for in groups B29K2201/00 - B29K2309/00, as reinforcement
    • B29K2311/10—Natural fibres, e.g. wool or cotton

Definitions

  • a process for the production of lightweight components is presented, which have a high natural fiber content and a finished surface. Furthermore, an apparatus for carrying out said method will be described. Such components are preferably used in the automotive industry.
  • Natural fiber-reinforced plastic components also referred to below as NFK components, of the automotive interior are mostly produced on the basis of flat semi-finished products, predominantly by pressing.
  • natural fiber content of over 80 wt .-%, a low material density and high structural characteristics can be achieved.
  • the design freedom of the press components with regard to local structural stiffening, z. B. by reinforcing ribs, as well as implementation of fasteners, such as retainers very limited.
  • the implementation of soft surfaces requires subsequent component lamination.
  • the injection molding technology allows a virtually unlimited molding geometry and a surface lamination in a single-stage process, however, has in the processing of natural fiber reinforced plastics significant restrictions on recoverable natural fiber content, highly dynamic structural properties and temperature-related odor emissions. Furthermore, the material density is significantly higher than that of the NFK press components.
  • DE 103 27 725 A1 describes a method in which a composite component is produced by applying to the component side of a decorative layer a flowable plastic compound which is loaded with an expandable gas.
  • the plastic mass is introduced into a mold space and the gas begins, initiated by a pressure reduction, to expand and to expand the originally single-phase plastic mass into a porous plastic foam, which completely fills the mold space.
  • DE 103 41 855 A1 discloses a method of producing a component which may comprise fibers, in particular natural fibers, with a proportion of up to 70% by weight.
  • the component consists of a plastic foam, which is covered with a decorative film.
  • the preparation takes place by using a gas-permeable decorative layer and the plastic in the mold, is foamed behind the decorative film. Excess gas can advantageously pass through the decorative film and leave the process room.
  • the foaming of the plastic is preferably carried out by chemical foaming based on a gas-forming reaction.
  • a decorative or trim part for a vehicle interior has a ductile insert.
  • the ductile deposits are introduced into a mold and filled the space between the decorative layer and ductile layer with a plastic.
  • the ductile layer should preferably consist of textile or prepreg material.
  • DE 10 2004 054 228 A1 discloses a method and an apparatus for producing a composite component, wherein a molded part is produced from a natural fiber-containing blank by compression of the blank and wherein functional parts are molded by molding a plastic melt on one side of the molded part to the molded part.
  • the functional parts serve to fasten a loudspeaker on one side of the molded part.
  • the invention utilizes the advantages of the press, injection molding and coating technology by a combination of processes.
  • the individual procedures are in one process merged. It is to be regarded as particularly advantageous that it is possible to work both with standard semi-finished products (natural fiber semi-finished products) and with standard systems, for example with an injection molding machine with dipping edge tool, with a turning plate, with a sliding table or with a turntable.
  • the method provides for the following steps: a) inserting a natural fiber semi-finished product (semifinished product) into an injection mold;
  • step b) After process step b), so to speak, there is a molded part with two sides. One side forms the attachment side, while the other side forms the visible side.
  • the step c) relates to the attachment side whereas the step d) relates to the visible side of the molding.
  • the surface component is thus applied to the side facing away from the functional elements of the molding. As a result, there is thus a lightweight finished component finished on the surface, which has functional elements on one side and a finished surface on the other side. Post-processing or subsequent surface treatment is no longer required.
  • a textile material with a natural fiber content which is usually mat-like, is preferably between 30% by weight and 100% by weight, particularly preferably between 40% by weight and 90% by weight.
  • the remaining percentage is formed by fillers, such as. Granules or synthetic fibers and melt fibers.
  • fillers such as. Granules or synthetic fibers and melt fibers.
  • thermoplastic matrix melt fibers
  • the method is preferably carried out in an injection molding machine, particularly preferably in a insert injection molding machine.
  • injection molding machines with a sliding table or turntable can also be used.
  • a pretreated natural fiber semi-finished also called component 1
  • component 1 inserted into a tool (injection mold) and pressed by the closing force to a molding and / or reshaped and consolidated.
  • the molded part thus formed forms a pressed component carrier with a high degree of lightweight construction.
  • partially functional elements in particular fasteners, such as retainers, and / or reinforcing structures, such.
  • B. ribs, molded also called component 2).
  • the injection molding takes place parallel to the pressing or is already started after a certain press-holding time in the tool. Pressing to a molding and injection molding then take place parallel or partially parallel.
  • a surface component is applied on the visible side of the composite component (also called component 3), which receive on the visible side by an appropriate preparation of the forming tool surface any predetermined structuring (for example, leather look) and the component surface the desired haptic (for example, a soft -Touch effect) and / or can impart a high scratch resistance.
  • any predetermined structuring for example, leather look
  • the component surface the desired haptic for example, a soft -Touch effect
  • the composite component can thus be supplied to another use without further processing step.
  • the composite component can be attached directly to a component provided for this purpose.
  • the Natural semi-finished fiber preferably has a defined melt fiber content. This melt fiber content is preferably in the range of 10 wt% to 70 wt%, and more preferably in the range of 30 wt% to 50 wt%.
  • the melt fibers preferably have polypropylene as the melt component.
  • the semi-finished product is tempered prior to insertion into the tool. For this purpose, a contact heater or a radiant heater device is preferably used.
  • the temperature used here and the heating time depend on the composition of the natural fiber semi-finished product and, in particular, on the type and proportion of the melt component.
  • the aim of tempering is to convert the melt component from the solid to the liquid or semi-liquid state. This melt component is distributed evenly under pressure in the composite structure and encloses and bonds the reinforcing fibers. Upon consolidation by cooling, this melt component becomes the matrix of the composite.
  • the natural fiber semi-finished product is assembled (separated) to the required extent prior to insertion. This separation is preferably carried out by punching or trimming.
  • the tool is combined with a punching device, so that the blank of the natural fiber semi-finished product is integrated into the pressing process.
  • thermoset-bonded natural fiber semi-finished products are used.
  • the natural semi-finished fiber products are sprayed with a reaction resin (matrix resin) (preferably polyurethane) or impregnated with a curable matrix resin (polyacrylate resin) in a dipping bath (eg in the padding process) before being placed in the mold.
  • a reaction resin matrix resin
  • polyacrylate resin polyacrylate resin
  • the natural fiber semi-finished product is shaped and pressed.
  • the process can be accelerated by the tool preferably has additional tempering.
  • These tempering elements are designed for processing heat-releasing matrix materials as heating elements.
  • an embodiment of the tempering elements is to be provided, which effects cooling. In this way, the necessary pressing time and thus the cycle time is advantageously shortened.
  • the functional elements in particular fastening elements (retainer) and / or reinforcing structures, are injection-molded by injecting or expanding the material of these functional elements into free spaces in the tool.
  • the free spaces in the tool are filled up.
  • the natural semi-finished fiber is thus not back-injected over the entire surface, whereby the required closing force is advantageously significantly reduced.
  • the free spaces in the tool are already present in a preferred embodiment when forming and pressing the natural fiber semi-finished product.
  • the region of the semifinished product to which attachment elements and / or reinforcement structures are to be fastened is advantageously not exposed to a pressing force, so that the surface of the natural fiber semifinished product remains open-pored and advantageously rough.
  • the natural semi-finished fiber is cooled less in these areas or stays warm longer. This advantageously ensures a firm connection of the material of the retainers and / or reinforcing structures with the natural fiber semi-finished product. Due to the injection / holding pressure, the natural fiber semi-finished product is also compressed at these points. An optimal connection and low component distortion are achieved by injecting the plastic during the consolidation of natural semi-finished fiber. In principle, the free spaces in the mold during molding and compression can also initially be kept closed and only released for injection molding, for example by using suitable slides. Although this eliminates the above-mentioned advantages such as porosity, on the other hand, this results in a more uniform compression and consolidation.
  • the free spaces in the tool are created by processing corresponding tool parts (eg a tool half or a slide).
  • a particularly close connection of the retainers, and / or reinforcing structures with the natural semi-finished fiber is achieved here, if the material of the retainer, and / or reinforcing structures with the material of the melt fiber content in the natural semi-finished fiber is identical or can form a very close connection with this.
  • thermoplastic an elastomer, a thermoplastic elastomer (TPE) or even a duroplastic may be used as the material for retainers and / or reinforcing structures.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • duroplastic a duroplastic
  • the time of injection molding of the component 2 after closing force build-up is variable and is advantageously determined depending on the state of the component 1.
  • the criterion here is the already achieved degree of hardening or consolidation of the natural fiber semi-finished product.
  • the space required for the application of the surface component (component 3) in the mold cavity is preferably created by driving on a dipping edge tool or by a replaceable mold half or a replaceable tool insert.
  • This free space is so large that the coating in the intended area of the visible side of the component can arise in the required strength. This is thus dependent on the thickness of the intended material layer and is preferably for a thin lacquer layer between. 0.1 mm and 1 mm, more preferably 0.4, mm to 0.6 mm. For thicker layers are preferably 1 mm to 20 mm, more preferably about 2-10 mm provided.
  • a dipping edge tool is usually a tool in which the size of the cavity can be changed by moving the mold halves relative to each other.
  • a dipping edge tool can be a tool with a so-called dipping edge, via which the punch and die move into one another and the mold is already circumferentially closed, wherein the depth adjustment of the cavity is still possible.
  • the free space for the component 3, ie for the surface component is created by opening the tool and transferring the component into another cavity or by bringing the mold half equipped with the component together with another mold half.
  • the so-called insert technology or the so-called sliding table technology or the so-called turntable technology are used. Injection molding machines with insert technology, with sliding table technology and turntable technology are familiar to the expert and therefore need not be described in detail at this point.
  • component 3 is preferably a flowable composition is used, which is dimensionally stable either when cooling or by the crosslinking of reactive components.
  • Component 3 is preferably a polyurethane layer with soft-touch effect or a PU lacquer layer.
  • the flowable mass can also be relatively thin, for example an aqueous reactive lacquer system.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the reaction time of the surface component depends on the material used for the surface component and is preferably between about 40 and 180 s for PU systems.
  • the surface component is applied in a predetermined region of the visible side of the molding.
  • This predetermined area may be the entire visual page or just one or more parts thereof.
  • the cutting of the component takes place only after the application of the surface component, ie after the coating with, for example, TPE / PU and thus outside of the injection mold that is used for this purpose.
  • a decorative film is incorporated into the surface of the natural fiber semi-finished product, which faces the visible surface of the component, and connected to the mat in the pressing process.
  • step d. of the method according to claim 1 advantageously flooded with a polyurethane lacquer system.
  • the component provided with the decorative film and thus virtually "foil-laminated" component is thus additionally flooded with transparent lacquer, in this way a corresponding appearance on the finished composite component can be achieved
  • a decal or laminating film printed in root wood optics could be coated with a scratch-resistant lacquer ,
  • a further preferred embodiment provides for using more than three components and, for example, for printing or contouring the surface component after curing. Preference is given to a plurality of superimposed layers of surface components in the procedure of step d. educated.
  • the apparatus for carrying out the method has a first mold half and a second mold half, which form a closed cavity and predetermine the shape of the desired lightweight component.
  • the first tool half has free spaces which are suitable for receiving the material of the fastening elements and / or reinforcing structures.
  • the free spaces may be connected to one or more material reservoirs for the material of the fasteners and / or reinforcing structures, which material may be injected under pressure.
  • one or both of the mold halves can be tempered.
  • an integrated in the tool halves electrical resistance heater is preferably used.
  • a part of the first mold half is movable, so that the free spaces are formed only during or after the pressing process.
  • the second mold half is in the case of a dipping edge tool in its entirety relative to the first mold half and the inserted semi-finished movable or, in the case of indexable insert, sliding table or turntable tool interchangeable, so that a free space is created, the entire visible side of the molding so far releases, so that the necessary amount of surface component can be introduced into this space.
  • a insert injection molding machine is used, the tool has gripping elements for holding the natural fiber semi-finished mat.
  • the method is thus preferably carried out on so-called horizontal injection molding machines, ie the semi-finished product is inserted in a substantially vertical position between the open mold halves of an injection mold.
  • injection molding machine molding processes can be performed simultaneously on both sides of the insert.
  • the two tool halves can be pressed together with pressure, wherein the pressure is generated by a unit according to the prior art.
  • hydraulic drives of the injection molding machine are used for this purpose.
  • FIG. 2 embodiment of the method using a reversing plate
  • FIG. 1 shows the general process scheme as stated in claim 1.
  • Step 1 shows the provision of the semifinished product (1) between the first mold half (4) to the left of the semifinished product and the second mold half (5) to the right of the semifinished product.
  • step 2 the compression of the natural fiber semi-finished product (1) takes place in the injection mold (consisting of first and second tool half), wherein the two mold halves and the two tool halves are moved relative to each other.
  • step 3 comprises the injection molding of the natural fiber semifinished material at the locations where functional elements such as in particular retainers and / or reinforcing structures are provided.
  • the plastic material (2) for the functional elements, in particular for retainers and / or reinforcing structures fills the cavities of the first mold half.
  • the natural fiber semi-finished product (1) was not subjected to a compressive pressure and thus is not fully consolidated there, can be achieved during injection molding a very good connection by material adhesion; the molded plastic material (2) can penetrate into the semi-finished fiber in these areas.
  • the second mold half (5) is slightly withdrawn - as in the case of a dipping edge tool - or replaced with another mold half with a matched cavity to provide clearance in the given areas for the surface component (3). Subsequently, the surface component (3) is entered into this space.
  • a preheated to about 200-230 ° C natural fiber semi-finished mat (for example, flax / polypropylene 50/50) is removed from the handling (11) from the heating station (12) (here a hot press) and hooked into the tool (14). Thereafter, the pressing of the semifinished product by closing the tool (14) with the associated tool on the insert (16). After a defined delay time of, for example, 10 seconds, the reshaped natural fiber semi-finished mat is partially back-injected via the injection unit (15) with plastic compound (for example polypropylene).
  • the injection molding is preferably carried out in such a way that the plastic compound is injected through the semifinished product or via a melt channel deflection into a insert-side cavity in the tool on the insert (16).
  • the case-molded functional elements such as retainers and / or reinforcing structures are thus located in one between the semifinished product and the Tool of the insert (16) formed cavity.
  • the visible side of the molding is remote from the insert (16).
  • a next semi-finished product from the semifinished product stack (13) is inserted into the heating station (12) by the handling unit (11).
  • the tool (14) is opened and the insert (16) the back-injected pressed component rotated by 180 °.
  • the release agent is introduced into the mold half (17) by handling (19) and at the same time taken from the handling (11) the tempered semi-finished mat from the heating station (12) and hooked into the mold half (14).
  • the flooding of the pressing member with a polyurethane system which forms the surface component (3) (here PU system: Elalstolit R 8919/100 / WE35 with Iso 134/7) by means of Mixing head (18) and at the same time the pressing and injection molding of the semi-finished mat in the tool housing (14).
  • a next semi-finished product is inserted into the heating station (12).
  • the tool After expiry of the reaction time of the polyurethane system used of, for example, 45 seconds, the tool is opened and the finished component removed from the handling (19). Subsequently, the insert (16) is again rotated by 180 ° and registered in the mold half (17) the release agent. This process is repeated as often as desired.
  • the visible side of the molding is on the side of the insert tool and the plastic composition for the functional elements is molded on that side of the semifinished product, which faces the tool (14) or the injection unit (15).
  • the insert (16) is then in the inserts themselves a cavity for the polyurethane system to create, for example by suitable slide or the like.
  • the polyurethane system is thus not supplied via the tool (17), but via the mold half located on the insert (16) .This can be suitably provided by docking and lifting the mixing head (18) on this mold half.

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Abstract

A process is described for producing a lightweight component comprising natural fibres (FRP component), which has a visible side and a fastening side. In order to manufacture a lightweight FRP component with a high degree of design freedom, any desired type of surface, and substantially reduced cost for downstream operations, the following production steps are proposed according to the invention: a) insertion of a semifinished natural fibre product into an injection mould, b) a pressing and/or forming process, and also consolidation of the semifinished natural fibre product, to give a moulding in the injection mould, c) injection to add functional elements, in particular fastening elements, and/or reinforcing structures, onto the moulding on the fastening side of the lightweight component, into unoccupied spaces in the injection mould, the functional elements, in particular the fastening elements and/or the reinforcing structures being injected only onto a portion of the area of the fastening side, and d) applying the surface component in a prescribed region of the visible side of the moulding.

Description

Verfahren zur Herstellung von oberflächenendbearbeiteten Leichtbauteilen mit hohem Naturfaseranteil und integrierten Befestigungselementen  Process for the production of surface-finished lightweight components with high natural fiber content and integrated fasteners
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen vorgestellt, die einen hohen Naturfaseranteil sowie eine fertig bearbeitete Oberfläche aufweisen. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens beschrieben. Derartige Bauteile werden bevorzugt im Automobilbau eingesetzt. A process for the production of lightweight components is presented, which have a high natural fiber content and a finished surface. Furthermore, an apparatus for carrying out said method will be described. Such components are preferably used in the automotive industry.
Naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile, nachfolgend auch NFK-Bauteile genannt, des automobilen Interieurs werden meist auf Basis flächiger Halbzeuge überwiegend im Pressverfahren hergestellt. Dabei können Naturfaseranteile von über 80 Gew.-%, eine niedrige Werkstoffdichte und hohe Strukturkennwerte erzielt werden. Im Vergleich zum Spritzgießverfahren ist die Gestaltungsfreiheit der Pressbauteile im Hinblick auf lokale Strukturversteifungen, z. B. durch Verstärkungsrippen, sowie Implementierung von Befestigungselementen, wie etwa Retainern, sehr eingeschränkt. Zudem bedarf die Umsetzung weicher Oberflächen einer nachträglichen Bauteilkaschierung. Die Spritzgießtechnologie ermöglicht zwar eine nahezu uneingeschränkte Formteilgeometrie und eine Oberflächenkaschierung in einem einstufigen Verfahren, weist jedoch bei der Verarbeitung naturfaserverstärkter Kunststoffe deutliche Restriktionen hinsichtlich erzielbarer Naturfaseranteile, hochdynamischer Struktureigenschaften und temperaturbedingter Geruchsemissionen auf. Weiterhin liegt die Werkstoffdichte signifikant höher, als die der NFK-Pressbauteile. Natural fiber-reinforced plastic components, also referred to below as NFK components, of the automotive interior are mostly produced on the basis of flat semi-finished products, predominantly by pressing. In this case, natural fiber content of over 80 wt .-%, a low material density and high structural characteristics can be achieved. Compared to the injection molding process, the design freedom of the press components with regard to local structural stiffening, z. B. by reinforcing ribs, as well as implementation of fasteners, such as retainers, very limited. In addition, the implementation of soft surfaces requires subsequent component lamination. Although the injection molding technology allows a virtually unlimited molding geometry and a surface lamination in a single-stage process, however, has in the processing of natural fiber reinforced plastics significant restrictions on recoverable natural fiber content, highly dynamic structural properties and temperature-related odor emissions. Furthermore, the material density is significantly higher than that of the NFK press components.
Die DE 103 27 725 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Verbundbauteil hergestellt wird, indem auf der Bauteilseite einer Dekorschicht eine fließfähigen Kunststoffmasse aufgebracht wird, die mit einem expandierbaren Gas beladen ist. Die Kunststoffmasse wird in einen Formraum eingebracht und das Gas beginnt, initiiert durch eine Druckabsenkung, sich auszudehnen und die ursprünglich einphasige Kunststoffmasse in einen porösen Kunststoffschaum zu expandieren, der den Formraum vollständig ausfüllt. DE 103 27 725 A1 describes a method in which a composite component is produced by applying to the component side of a decorative layer a flowable plastic compound which is loaded with an expandable gas. The plastic mass is introduced into a mold space and the gas begins, initiated by a pressure reduction, to expand and to expand the originally single-phase plastic mass into a porous plastic foam, which completely fills the mold space.
Die DE 103 41 855 AI offenbart ein Verfahren ein Bauteil herzustellen, das Fasern, insbesondere Naturfasern mit einem Anteil bis zu 70 Gew.-% aufweisen kann. Das Bauteil besteht dabei aus einem Kunststoffschaum, der mit einer Dekorfolie überzogen ist. Die Herstellung erfolgt, indem eine gasdurchlässige Dekorschicht verwendet und der Kunststoff im Formwerkzeug, hinter der Dekorfolie aufgeschäumt wird. Überschüssiges Gas kann vorteilhaft durch die Dekorfolie hindurchtreten und den Prozessraum verlassen. Das Aufschäumen des Kunststoffs erfolgt bevorzugt durch chemisches Schäumen auf Basis einer gasbildenden Reaktion. DE 103 41 855 A1 discloses a method of producing a component which may comprise fibers, in particular natural fibers, with a proportion of up to 70% by weight. The component consists of a plastic foam, which is covered with a decorative film. The preparation takes place by using a gas-permeable decorative layer and the plastic in the mold, is foamed behind the decorative film. Excess gas can advantageously pass through the decorative film and leave the process room. The foaming of the plastic is preferably carried out by chemical foaming based on a gas-forming reaction.
In der DE 20 2007 007 498 Ul wird ein Dekor- oder Verkleidungsteil für einen Fahrzeuginnenraum beschrieben, dass eine duktile Einlage aufweist. Zur Herstellung werden die Dekorschicht und die duktilen Einlagen in ein Formwerkzeug eingebracht und der Zwischenraum zwischen Dekorschicht und duktiler Schicht mit einem Kunststoff ausgefüllt. Die duktile Schicht soll bevorzugt aus textilem oder Prepreg-Material bestehen. In DE 20 2007 007 498 Ul a decorative or trim part for a vehicle interior is described that has a ductile insert. To produce the decorative layer and the ductile deposits are introduced into a mold and filled the space between the decorative layer and ductile layer with a plastic. The ductile layer should preferably consist of textile or prepreg material.
Die DE 10 2004 054 228 AI offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei aus einem Naturfasern aufweisenden Rohling ein Formteil durch Verpressen des Rohlings erzeugt wird und wobei Funktionsteile durch Anspritzen einer Kunststoffschmelze auf einer Seite des Formteils an das Formteil angeformt werden. Die Funktionsteile dienen zur Befestigung eines Lautsprechers auf der einen Seite des Formteils. Auf der anderen Seite des Formteils wird das zugehörige Lautsprecher-Gitter angebracht. DE 10 2004 054 228 A1 discloses a method and an apparatus for producing a composite component, wherein a molded part is produced from a natural fiber-containing blank by compression of the blank and wherein functional parts are molded by molding a plastic melt on one side of the molded part to the molded part. The functional parts serve to fasten a loudspeaker on one side of the molded part. On the other side of the molding the associated speaker grille is attached.
Der zitierte Stand der Technik zeigt, dass in der Automobilindustrie im Bereich der Verkleidungsteile das Gewicht durch chemisches oder physikalisches Schäumen gesenkt wird und dass bestimmte Funktionselemente angespritzt werden können. Geschäumte Bauteile haben jedoch eine aufwändigere Prozessführung und meist eine geringere Schlagzähigkeit zu Folge. The cited prior art shows that in the automotive industry in the field of trim parts, the weight is reduced by chemical or physical foaming and that certain functional elements can be molded. However, foamed components have a more complex process control and usually lower impact resistance.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur effizienten Herstellung von Leichtbauteilen anzugeben, das es ermöglicht, ein leichtes NFK-Bauteil mit einer hohen Gestaltungsfreiheit, einer beliebig ausgeprägten Oberfläche und einem deutlich reduzierten Nachbearbeitungsaufwand zu fertigen. It is therefore the object of specifying a method for the efficient production of lightweight components, which makes it possible to produce a lightweight NFK component with a high degree of design freedom, an arbitrarily pronounced surface and a significantly reduced reworking effort.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt. The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are shown in the dependent claims.
Die Erfindung nutzt durch eine Verfahrenskombination die Vorteile der Press-, Spritzgieß- und Beschichtungstechnologie. Dabei werden die Einzelverfahren in einem Prozess zusammengeführt. Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, dass sowohl mit Standardhalbzeugen (Naturfaserhalbzeug) als auch mit Standardanlagen gearbeitet werden kann, zum Beispiel mit einer Spritzgießmaschine mit Tauchkantenwerkzeug, mit Wendeplatte, mit Schiebetisch, oder mit Drehteller. The invention utilizes the advantages of the press, injection molding and coating technology by a combination of processes. The individual procedures are in one process merged. It is to be regarded as particularly advantageous that it is possible to work both with standard semi-finished products (natural fiber semi-finished products) and with standard systems, for example with an injection molding machine with dipping edge tool, with a turning plate, with a sliding table or with a turntable.
Das Verfahren sieht dazu die folgenden Schritte vor: a) Einlegen eines Naturfaserhalbzeugs (Halbzeug) in ein Spritzgießwerkzeug; The method provides for the following steps: a) inserting a natural fiber semi-finished product (semifinished product) into an injection mold;
b) Verpressen und/oder Umformen sowie Konsolidieren des Naturfaserhalbzeugs zu einem Formteil im Spritzgießwerkzeug;  b) pressing and / or forming and consolidating the natural fiber semi-finished product to form a molded part in the injection mold;
c) Anspritzen von Funktionselementen, insbesondere von Befestigungselementen und/oder Verstärkungsstrukturen, an das Formteil auf der Befestigungsseite des Leichtbauteils in Freiräume im Spritzgießwerkzeugs, wobei nur auf einem Teil der Fläche der Befestigungsseite die Funktionselemente, insbesondere die Befestigungselemente und/oder die Verstärkungsstrukturen, angespritzt werden, d) Aufbringen der Oberflächenkomponente in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils bzw. des Leichtbauteils.  c) injection molding of functional elements, in particular of fastening elements and / or reinforcing structures, to the molded part on the mounting side of the lightweight component in free spaces in the injection mold, wherein only on a part of the surface of the fastening side, the functional elements, in particular the fastening elements and / or the reinforcing structures, are molded , d) applying the surface component in a predetermined region of the visible side of the molded part or the lightweight component.
Nach dem Verfahrensschritt b) liegt sozusagen ein Formteil mit zwei Seiten vor. Die eine Seite bildet die Befestigungsseite, während die andere Seite die Sichtseite bildet. Der Schritt c) betrifft die Befestigungsseite wohingegen der Schritt d) die Sichtseite des Formteils betrifft. Die Oberflächenkomponente wird also auf der den Funktionselementen abgewandten Seite des Formteils aufgebracht. Als Ergebnis liegt somit ein oberflächenendbearbeitetes Leichtbauteil vor, das auf einer Seite Funktionselemente und auf der anderen Seite eine fertige Oberfläche besitzt. Eine Nachbearbeitung oder eine nachträgliche Oberflächenbehandlung ist nicht mehr erforderlich. After process step b), so to speak, there is a molded part with two sides. One side forms the attachment side, while the other side forms the visible side. The step c) relates to the attachment side whereas the step d) relates to the visible side of the molding. The surface component is thus applied to the side facing away from the functional elements of the molding. As a result, there is thus a lightweight finished component finished on the surface, which has functional elements on one side and a finished surface on the other side. Post-processing or subsequent surface treatment is no longer required.
Als Naturfaserhalbzeug wird im Folgenden ein meist mattenartig ausgebildetes textiles Material mit einem Naturfaseranteil bevorzugt zwischen 30 Gew.-% und 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 40 Gew.-% und 90 Gew.-%, bezeichnet. Der verbleibende prozentuale Anteil wird durch Füllmaterialien, wie bspw. Granulate oder Kunstfasern sowie Schmelzfasern gebildet. Besonders bevorzugt sind hier zwei Halbzeugvarianten: As a natural semi-finished fiber product, a textile material with a natural fiber content, which is usually mat-like, is preferably between 30% by weight and 100% by weight, particularly preferably between 40% by weight and 90% by weight. The remaining percentage is formed by fillers, such as. Granules or synthetic fibers and melt fibers. Particularly preferred here are two semifinished product variants:
- verbreitete Halbzeugausführung mit Thermoplastmatrix (Schmelzfasern) und 50 Gew.-%. Naturfaseranteil - widespread semi-finished product with thermoplastic matrix (melt fibers) and 50% by weight. Natural fiber content
- Halbzeugvariante mit 100 Gew.-%. Naturfaseranteil, wobei das reaktive Matrixharz (Duroplast) erst unmittelbar vor dem Umformen auf die Matte aufgetragen (aufgesprüht) wird.  Semifinished product variant with 100% by weight. Natural fiber content, wherein the reactive matrix resin (thermoset) is applied (sprayed) only immediately before forming on the mat.
Das Verfahren wird bevorzugt in einer Spritzgießmaschine, besonders vorzugsweise in einer Wendeplatten-Spritzgießmaschine durchgeführt. Es können aber auch Spritzgießmaschinen mit Schiebetisch oder mit Drehteller verwendet werden. The method is preferably carried out in an injection molding machine, particularly preferably in a insert injection molding machine. However, injection molding machines with a sliding table or turntable can also be used.
Es wird erfindungsgemäß ein vorbehandeltes Naturfaserhalbzeug; auch Komponente 1 genannt, in ein Werkzeug (Spritzgießwerkzeug) eingelegt und durch die Schließkraft zu einem Formteil verpresst und/oder umgeformt und konsolidiert. Das so gebildete Formteil bildet einen gepressten Bauteilträger mit einem hohen Leichtbaugrad. It is according to the invention a pretreated natural fiber semi-finished; Also called component 1, inserted into a tool (injection mold) and pressed by the closing force to a molding and / or reshaped and consolidated. The molded part thus formed forms a pressed component carrier with a high degree of lightweight construction.
Anschließend werden partiell Funktionselemente, insbesondere Befestigungselemente, wie etwa Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen, wie z. B. Rippen, angespritzt (auch Komponente 2 genannt). In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anspritzen parallel zum Pressen oder wird nach einer gewissen Presshaltezeit im Werkzeug bereits begonnen. Pressen zu einem Formteil und Anspritzen erfolgen dann parallel oder teilweise parallel. Subsequently, partially functional elements, in particular fasteners, such as retainers, and / or reinforcing structures, such. B. ribs, molded (also called component 2). In a preferred embodiment, the injection molding takes place parallel to the pressing or is already started after a certain press-holding time in the tool. Pressing to a molding and injection molding then take place parallel or partially parallel.
Im nächsten Schritt wird auf der Sichtseite des Verbundbauteils eine Oberflächenkomponente aufgebracht (auch Komponente 3 genannt), die auf der Sichtseite durch eine entsprechende Präparation der formgebenden Werkzeugoberfläche eine beliebige vorgegebene Strukturierung (beispielsweise Lederoptik) erhalten und der Bauteiloberfläche die erwünschte Haptik (zum Beispiel einen Soft-Touch-Effekt) und/oder eine hohe Kratzfestigkeit verleihen kann. In the next step, a surface component is applied on the visible side of the composite component (also called component 3), which receive on the visible side by an appropriate preparation of the forming tool surface any predetermined structuring (for example, leather look) and the component surface the desired haptic (for example, a soft -Touch effect) and / or can impart a high scratch resistance.
Somit entsteht vorteilhaft ein dreidimensional geformtes, oberflächenendbearbeitetes Verbundbauteil mit sehr geringen Eigenspannungen und einer hohen Formstabilität. Das Verbundbauteil kann somit ohne weiteren Bearbeitungsschritt einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Das Verbundbauteil kann unmittelbar an ein hierfür vorgesehenes Bauteil angebracht werden. This advantageously produces a three-dimensionally shaped, surface-finished composite component with very low residual stresses and a high dimensional stability. The composite component can thus be supplied to another use without further processing step. The composite component can be attached directly to a component provided for this purpose.
Als Naturfasern im Naturfaserhalbzeug werden bevorzugt Materialien wie Holz-, Hanf-, Flachs-, Kokos-, Sisalfasern etc. oder auch Mischungen von Naturfasern, verwendet. Das Naturfaserhalbzeug weist bevorzugt einen definierten Schmelzfaseranteil auf. Dieser Schmelzfaseranteil liegt vorzugsweise im Bereich von 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 30 Gew.-% bis 50 Gew.-%. Die Schmelzfasern weisen dabei bevorzugt Polypropylen als Schmelzkomponente auf. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Halbzeug vor dem Einlegen in das Werkzeug temperiert. Dazu wird bevorzugt eine Kontaktheizung oder eine Heizstrahler-Einrichtung eingesetzt. Die dabei eingesetzte Temperatur und die Heizdauer sind von der Zusammensetzung des Naturfaserhalbzeugs und dabei insbesondere von Art und Anteil der Schmelzkomponente abhängig. Ziel der Temperierung ist es, die Schmelzkomponente aus dem festen in den flüssigen oder halbflüssigen Zustand zu überführen. Diese Schmelzkomponente verteilt sich unter Pressdruck gleichmäßig in der Verbundstruktur und umschließt und verklebt die Verstärkungsfasern. Nach dem Konsolidieren durch Abkühlung wird diese Schmelzkomponente zur Matrix des Verbundwerkstoffs. As natural fibers in natural semi-finished fiber materials such as wood, hemp, flax, coconut, sisal fibers, etc. or mixtures of natural fibers are preferably used. The Natural semi-finished fiber preferably has a defined melt fiber content. This melt fiber content is preferably in the range of 10 wt% to 70 wt%, and more preferably in the range of 30 wt% to 50 wt%. The melt fibers preferably have polypropylene as the melt component. In a preferred embodiment, the semi-finished product is tempered prior to insertion into the tool. For this purpose, a contact heater or a radiant heater device is preferably used. The temperature used here and the heating time depend on the composition of the natural fiber semi-finished product and, in particular, on the type and proportion of the melt component. The aim of tempering is to convert the melt component from the solid to the liquid or semi-liquid state. This melt component is distributed evenly under pressure in the composite structure and encloses and bonds the reinforcing fibers. Upon consolidation by cooling, this melt component becomes the matrix of the composite.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Naturfaserhalbzeug vor dem Einlegen auf die erforderlichen Maße konfektioniert (getrennt). Dieses Trennen erfolgt bevorzugt durch Ausstanzen oder Beschneiden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug mit einer Stanzvorrichtung kombiniert, so dass der Zuschnitt des Naturfaserhalbzeugs in den Pressvorgang integriert ist. In a preferred embodiment, the natural fiber semi-finished product is assembled (separated) to the required extent prior to insertion. This separation is preferably carried out by punching or trimming. In a further preferred embodiment, the tool is combined with a punching device, so that the blank of the natural fiber semi-finished product is integrated into the pressing process.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit duroplastisch-gebundenen Naturfaserhalbzeugen gearbeitet. Dazu werden die Naturfaserhalbzeuge vor dem Einlegen in das Werkzeug mit einem Reaktionsharz (Matrixharz) (bevorzugt Polyurethan) besprüht oder mit einem aushärtbaren Matrixharz (Polyacrylatharz) in einem Tauchbad getränkt (z. B. im Foulardierprozess). In a further preferred embodiment, thermoset-bonded natural fiber semi-finished products are used. For this purpose, the natural semi-finished fiber products are sprayed with a reaction resin (matrix resin) (preferably polyurethane) or impregnated with a curable matrix resin (polyacrylate resin) in a dipping bath (eg in the padding process) before being placed in the mold.
Mit dem Schließen des Werkzeugs und Aufbringen der Schließkraft wird das Naturfaserhalbzeug geformt und verpresst. Der Vorgang kann beschleunigt werden, indem das Werkzeug bevorzugt zusätzliche Temperierelemente aufweist. Diese Temperierelemente sind zur Bearbeitung von wärmeabbindenden Matrixmaterialien als Heizelemente ausgebildet. Demgegenüber ist beim Einsatz von Schmelzfasern aus PP oder anderen im geschmolzenen Zustand erweichenden Materialien oder einer durch das Abkühlen konsolidiertenden Oberflächenkomponente (TPE) eine Ausführung der Temperierelemente vorzusehen, die eine Kühlung bewirken. Auf diese Weise wird vorteilhaft die notwendige Presszeit und damit die Zykluszeit verkürzt. With the closing of the tool and application of the closing force, the natural fiber semi-finished product is shaped and pressed. The process can be accelerated by the tool preferably has additional tempering. These tempering elements are designed for processing heat-releasing matrix materials as heating elements. On the other hand, when using melt fibers of PP or other materials softening in the molten state or a surface component (TPE) consolidating by cooling, an embodiment of the tempering elements is to be provided, which effects cooling. In this way, the necessary pressing time and thus the cycle time is advantageously shortened.
Die Funktionselemente, insbesondere Befestigungselemente (Retainer) und/oder Verstärkungsstrukturen, werden angespritzt, indem in Freiräume im Werkzeug das Material dieser Funktionselemente eingespritzt oder expandiert wird. Die Freiräume im Werkzeug werden dabei aufgefüllt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit das Naturfaserhalbzeug nicht auf der ganzen Fläche hinterspritzt, wodurch die erforderliche Schließkraft vorteilhaft deutlich reduziert wird. Die Freiräume im Werkzeug sind in einer bevorzugten Ausführungsform bereits beim Formen und Verpressen des Naturfaserhalbzeugs vorhanden. Dadurch wird vorteilhaft der Bereich des Halbzeugs, an dem Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen befestigt werden sollen, nicht einer Presskraft ausgesetzt, so dass die Oberfläche des Naturfaserhalbzeugs offenporig und vorteilhaft rau bleibt. Außerdem wird in diesen Bereichen das Naturfaserhalbzeug weniger stark gekühlt bzw. bleibt länger warm. Dies gewährleistet vorteilhaft eine feste Verbindung des Materials der Retainer und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Naturfaserhalbzeug. Durch den Einspritz-/Nachdruck wird auch an diesen Stellen das Naturfaserhalbzeug komprimiert. Eine optimale Anbindung und geringer Bauteilverzug werden durch Einspritzen des Kunststoffs während der Konsolidierung des Naturfaserhalbzeugs erreicht. Grundsätzlich können die Freiräume im Werkzeug beim Formen und Verpressen auch zunächst geschlossen gehalten und erst für das Anspritzen freigegeben werden, beispielsweise durch Verwendung geeigneter Schieber. Damit wird zwar auf die oben genannten Vorteile wie zum Beispiel die Offenporigkeit verzichtet, andererseits erfolgt damit aber eine gleichmäßigere Verpressung und Konsolidierung. The functional elements, in particular fastening elements (retainer) and / or reinforcing structures, are injection-molded by injecting or expanding the material of these functional elements into free spaces in the tool. The free spaces in the tool are filled up. In contrast to the prior art, the natural semi-finished fiber is thus not back-injected over the entire surface, whereby the required closing force is advantageously significantly reduced. The free spaces in the tool are already present in a preferred embodiment when forming and pressing the natural fiber semi-finished product. As a result, the region of the semifinished product to which attachment elements and / or reinforcement structures are to be fastened is advantageously not exposed to a pressing force, so that the surface of the natural fiber semifinished product remains open-pored and advantageously rough. In addition, the natural semi-finished fiber is cooled less in these areas or stays warm longer. This advantageously ensures a firm connection of the material of the retainers and / or reinforcing structures with the natural fiber semi-finished product. Due to the injection / holding pressure, the natural fiber semi-finished product is also compressed at these points. An optimal connection and low component distortion are achieved by injecting the plastic during the consolidation of natural semi-finished fiber. In principle, the free spaces in the mold during molding and compression can also initially be kept closed and only released for injection molding, for example by using suitable slides. Although this eliminates the above-mentioned advantages such as porosity, on the other hand, this results in a more uniform compression and consolidation.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entstehen die Freiräume im Werkzeug durch Verfahren entsprechender Werkzeugteile (z. B. einer Werkzeughälfte oder eines Schiebers). Eine besonders enge Verbindung der Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Naturfaserhalbzeug wird hier erreicht, wenn das Material der Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen mit dem Material des Schmelzfaseranteils im Naturfaserhalbzeug identisch ist oder eine sehr enge Verbindung mit diesem eingehen kann. In a further preferred embodiment, the free spaces in the tool are created by processing corresponding tool parts (eg a tool half or a slide). A particularly close connection of the retainers, and / or reinforcing structures with the natural semi-finished fiber is achieved here, if the material of the retainer, and / or reinforcing structures with the material of the melt fiber content in the natural semi-finished fiber is identical or can form a very close connection with this.
In Abhängigkeit von den Anforderungen wird als Material für Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen bevorzugt ein Thermoplast, ein Elastomer, ein thermoplastischer Elastomer (TPE) oder auch ein Duroplast verwendet werden. Der Zeitpunkt des Anspritzens der Komponente 2 nach Schließkraftaufbau ist variabel und wird vorteilhaft in Abhängigkeit vom Zustand der Komponente 1 festgelegt. Kriterium ist hierbei der bereits erreichte Aushärtungs- oder Konsolidierungsgrad des Naturfaserhalbzeugs. Depending on the requirements, a thermoplastic, an elastomer, a thermoplastic elastomer (TPE) or even a duroplastic may be used as the material for retainers and / or reinforcing structures. The time of injection molding of the component 2 after closing force build-up is variable and is advantageously determined depending on the state of the component 1. The criterion here is the already achieved degree of hardening or consolidation of the natural fiber semi-finished product.
Der für das Aufbringen der Oberflächenkomponente (Komponente 3) erforderliche Freiraum in der Werkzeugkavität wird bevorzugt durch das Auffahren eines Tauchkanten- Werkzeugs oder durch eine auswechselbare Werkzeughälfte oder einen auswechselbaren Werkzeugeinsatz geschaffen. Dieser Freiraum ist so groß, dass die Beschichtung im vorgesehenen Bereich der Sichtseite des Bauteils in der benötigten Stärke entstehen kann. Dies ist somit von der Dicke der vorgesehenen Materialschicht abhängig und beträgt bevorzugt für eine dünne Lackschicht zwischen. 0,1 mm und 1 mm, besonders bevorzugt 0,4, mm bis 0,6 mm. Für dickere Schichten sind bevorzugt 1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt ca. 2-10 mm vorzusehen. Ein Tauchkantenwerkzeug ist in der Regel ein Werkzeug, bei dem durch Verfahren der Formhälften relativ zueinander die Größe der Kavität verändert werden kann. Insbesondere kann ein Tauchkantenwerkzeug ein Werkzeug mit einer sogenannten Tauchkante sein, über die Stempel und Matrize ineinander fahren und die Form schon umlaufend geschlossen ist, wobei die Tiefenverstellung der Kavität noch möglich ist. The space required for the application of the surface component (component 3) in the mold cavity is preferably created by driving on a dipping edge tool or by a replaceable mold half or a replaceable tool insert. This free space is so large that the coating in the intended area of the visible side of the component can arise in the required strength. This is thus dependent on the thickness of the intended material layer and is preferably for a thin lacquer layer between. 0.1 mm and 1 mm, more preferably 0.4, mm to 0.6 mm. For thicker layers are preferably 1 mm to 20 mm, more preferably about 2-10 mm provided. A dipping edge tool is usually a tool in which the size of the cavity can be changed by moving the mold halves relative to each other. In particular, a dipping edge tool can be a tool with a so-called dipping edge, via which the punch and die move into one another and the mold is already circumferentially closed, wherein the depth adjustment of the cavity is still possible.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsteht der Freiraum für die Komponente 3, also für die Oberflächenkomponente, durch das Öffnen des Werkzeugs und den Transfer des Bauteils in eine andere Kavität bzw. dadurch, dass die mit dem Bauteil bestückte Formhälfte mit einer anderen Formhälfte zusammengebracht wird. Hierfür kommen zum Beispiel die sogenannte Wendeplattentechnologie oder die sogenannte Schiebetisch- Technologie oder die sogenannte Drehteller-Technologie zum Einsatz. Spritzgießmaschinen mit Wendeplattentechnologie, mit Schiebetisch-Technologie und mit Drehteller-Technologie sind dem Fachmann geläufig und brauchen daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden. In a further preferred embodiment, the free space for the component 3, ie for the surface component, is created by opening the tool and transferring the component into another cavity or by bringing the mold half equipped with the component together with another mold half. For this purpose, for example, the so-called insert technology or the so-called sliding table technology or the so-called turntable technology are used. Injection molding machines with insert technology, with sliding table technology and turntable technology are familiar to the expert and therefore need not be described in detail at this point.
Als Komponente 3 kommt vorzugsweise eine fließfähige Masse zum Einsatz, die entweder beim Abkühlen oder durch das Vernetzen von reaktiven Komponenten formstabil wird. Komponente 3 ist vorzugsweise eine Polyurethan-Schicht mit Soft-Touch-Effekt oder eine PU-Lackschicht. Die fließfähige Masse kann dabei auch relativ dünnflüssig sein, beispielsweise ein wässriges Reaktiv-Lacksystem. Das Einbringen der Oberflächenkomponente erzielt eine vorgegebene Optik und Haptik nach dem Aushärten. Als Komponente 3 wird weiterhin bevorzugt TPE (thermoplastischer Elastomer) eingespritzt oder alternativ Polyurethan oder ein ähnliches Material wie bspw. expandierbares Polypropylen eintragen. Die Reaktionszeit der Oberflächenkomponente ist vom verwendeten Material der Oberflächenkomponente abhängig und beträgt für PU-Systeme bevorzugt zwischen ca. 40 und 180 s. As component 3 is preferably a flowable composition is used, which is dimensionally stable either when cooling or by the crosslinking of reactive components. Component 3 is preferably a polyurethane layer with soft-touch effect or a PU lacquer layer. The flowable mass can also be relatively thin, for example an aqueous reactive lacquer system. The introduction of the surface component achieves a predetermined look and feel after curing. TPE (thermoplastic elastomer) is furthermore preferably injected as component 3 or, alternatively, polyurethane or a similar material, such as, for example, expandable polypropylene, is introduced. The reaction time of the surface component depends on the material used for the surface component and is preferably between about 40 and 180 s for PU systems.
Die Oberflächenkomponente wird in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils aufgebracht. Dieser vorgegebene Bereich kann die gesamte Sichtseite oder auch nur ein oder mehrere Teile davon sein. The surface component is applied in a predetermined region of the visible side of the molding. This predetermined area may be the entire visual page or just one or more parts thereof.
Es ist möglich, durch zusätzliche Heizelemente beim Einbringen der Oberflächenkomponente die Zykluszeit vorteilhaft zu verkürzen. It is possible to advantageously shorten the cycle time by additional heating elements when introducing the surface component.
Als ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anzusehen, dass eine Nachbearbeitung entfällt bzw. lediglich das Anguss-System entfernt werden muss und ein endkonturnahes Bauteil erzielt wird. As a significant advantage of the method according to the invention is to be considered that a post-processing is omitted or only the sprue system must be removed and a near-net shape component is achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Zuschnitt des Bauteils, inklusive des Naturfaserhalbzeugs, erst nach dem Aufbringen der Oberflächenkomponente, also nach der Beschichtung mit bspw. TPE/PU und somit außerhalb des Spritzgießwerkzeugs, dass dazu eingesetzt wird. In a further preferred embodiment, the cutting of the component, including the natural fiber semi-finished, takes place only after the application of the surface component, ie after the coating with, for example, TPE / PU and thus outside of the injection mold that is used for this purpose.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in die Oberfläche des Naturfaserhalbzeugs, die der Sichtoberfläche des Bauteils zugewandt ist, eine Dekorfolie eingearbeitet und im Pressvorgang mit der Matte verbunden. Im Prozessschritt der Ausbildung der Oberflächenkomponente wird im Schritt d. des Verfahrens gemäß Anspruch 1 vorteilhaft mit einem Polyurethan-Lacksystem geflutet. Das mit der Dekorfolie versehene und somit quasi „folienkaschierte" Bauteil wird somit zusätzlich mit transparentem Lack überflutet. Auf diese Art und Weise läßt sich eine entsprechende Optik am fertigen Verbundbauteil erzielen. Beispielsweise könnte eine in Wurzelholzoptik bedruckte Dekorbzw. Kaschierfolie mit einem kratzfestem Lack beschichtet werden. In a further preferred embodiment of the method, a decorative film is incorporated into the surface of the natural fiber semi-finished product, which faces the visible surface of the component, and connected to the mat in the pressing process. In the process step of the formation of the surface component, in step d. of the method according to claim 1 advantageously flooded with a polyurethane lacquer system. The component provided with the decorative film and thus virtually "foil-laminated" component is thus additionally flooded with transparent lacquer, in this way a corresponding appearance on the finished composite component can be achieved For example, a decal or laminating film printed in root wood optics could be coated with a scratch-resistant lacquer ,
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, mehr als drei Komponenten einzusetzen und bspw. die Oberflächenkomponente nach dem Aushärten zu bedrucken oder zu konturieren. Bevorzugt werden mehrere übereinander angeordnete Schichten von Oberflächenkomponenten in der Verfahrensweise von Schritt d. ausgebildet. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte auf, die eine geschlossene Kavität ausbilden und die Form des angestrebten Leichtbauteils vorgeben. Die erste Werkzeughälfte weist Freiräume auf, die zur Aufnahme des Materials der Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen geeignet sind. Die Freiräume können mit einem oder mehreren Materialreservoirs für das Material der Befestigungselemente und/oder Verstärkungsstrukturen verbunden werden, wobei dieses Material unter Druck eingespritzt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine oder beide der Werkzeughälften temperierbar. Dazu wird bevorzugt eine in die Werkzeughälften integrierte elektrische Widerstandsheizung verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil der ersten Werkzeughälfte verfahrbar, so dass die Freiräume erst während oder nach dem Pressprozess ausgebildet werden. Die zweite Werkzeughälfte ist im Falle eines Tauchkanten- Werkzeugs in ihrer Gesamtheit gegenüber der ersten Werkzeughälfte und dem eingelegten Halbzeug verfahrbar oder, im Falle eines Wendeplatten-, Schiebetisch- oder Drehteller-Werkzeugs austauschbar, so dass ein Freiraum entsteht, der die gesamte Sichtseite des Formteils soweit freigibt, so dass die notwendige Menge von Oberflächenkomponente in diesen Freiraum eingebracht werden kann. Bevorzugt wird eine Wendeplatten-Spritzgießmaschine verwendet, deren Werkzeug Greifelemente zum Festhalten der Naturfaser-Halbzeugmatte aufweist. Das Verfahren wird somit vorzugsweise auf sogenannten Horizontal-Spritzgießmaschinen ausgeführt, d.h. das Halbzeug wird in einer im wesentlichen vertikalen Lage zwischen die geöffneten Formhälften eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt. Insbesondere bei Verwendung einer Wendeplatten-Spritzgießmaschine können auf beiden Seiten der Wendeplatte zeitgleich Formgebungsprozesse durchgeführt werden. A further preferred embodiment provides for using more than three components and, for example, for printing or contouring the surface component after curing. Preference is given to a plurality of superimposed layers of surface components in the procedure of step d. educated. The apparatus for carrying out the method has a first mold half and a second mold half, which form a closed cavity and predetermine the shape of the desired lightweight component. The first tool half has free spaces which are suitable for receiving the material of the fastening elements and / or reinforcing structures. The free spaces may be connected to one or more material reservoirs for the material of the fasteners and / or reinforcing structures, which material may be injected under pressure. In a preferred embodiment, one or both of the mold halves can be tempered. For this purpose, an integrated in the tool halves electrical resistance heater is preferably used. In a preferred embodiment, a part of the first mold half is movable, so that the free spaces are formed only during or after the pressing process. The second mold half is in the case of a dipping edge tool in its entirety relative to the first mold half and the inserted semi-finished movable or, in the case of indexable insert, sliding table or turntable tool interchangeable, so that a free space is created, the entire visible side of the molding so far releases, so that the necessary amount of surface component can be introduced into this space. Preferably, a insert injection molding machine is used, the tool has gripping elements for holding the natural fiber semi-finished mat. The method is thus preferably carried out on so-called horizontal injection molding machines, ie the semi-finished product is inserted in a substantially vertical position between the open mold halves of an injection mold. In particular, when using a insert injection molding machine molding processes can be performed simultaneously on both sides of the insert.
Die beiden Werkzeughälften können mit Druck ineinander gepresst werden, wobei die Druckerzeugung durch ein Aggregat nach dem Stand der Technik erfolgt. Dazu werden bspw. hydraulische Antriebe der Spritzgießmaschine genutzt. The two tool halves can be pressed together with pressure, wherein the pressure is generated by a unit according to the prior art. For example, hydraulic drives of the injection molding machine are used for this purpose.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben werden. Es zeigen: The invention will be described in more detail by means of embodiments and with reference to Figures 1 and 2. Show it:
Ausführung des Verfahrens unter Verwendung eines Tauchkantenwerkzeug oder eines Werkzeugs mit austauschbaren Formhälften; Execution of the method using a dipping edge tool or a tool with exchangeable mold halves;
Figur 2 Ausführung des Verfahrens unter Verwendung einer Wendeplatten-FIG. 2 embodiment of the method using a reversing plate
Spritzgießmaschine. In der Figur 1 ist das allgemeine Verfahrensschema, wie es im Anspruch 1 angeführt ist, dargestellt. Schritt 1 zeigt das Bereitstellen des Halbzeugs (1) zwischen erster Werkzeughälfte (4) links des Halbzeugs und zweiter Werkzeughälfte (5) rechts des Halbzeugs. In Schritt 2 erfolgt das Verpressen des Naturfaser-Halbzeugs (1) in dem Spritzgießwerkzeug (bestehend aus erster und zweiter Werkzeughälfte), wobei die beiden Formhälften bzw. die beiden Werkzeughälften relativ zueinander verfahren werden. Schritt 3 umfasst das Hinterspritzen des Naturfaser-Halbzeugmaterials an den Stellen, an denen Funktionselemente wie insbesondere Retainer und/oder Verstärkungsstrukturen vorgesehen sind. Das Kunststoff- Material (2) für die Funktionselemente, insbesondere für Retainer und/oder Verstärkungsstrukturen, füllt die Hohlräume der ersten Werkzeughälfte aus. Da im Bereich der Hohlräume für die Komponente (2) das Naturfaser-Halbzeug (1) nicht einem Pressdruck ausgesetzt war und somit dort noch nicht voll konsolidiert ist, kann während des Anspritzens eine sehr gute Verbindung durch Stoffschluss erreicht werden; das angespritzte Kunststoff- Material (2) kann in diesen Bereichen in das Faserhalbzeug eindringen. In Schritt 4 wird die zweite Werkzeughälfte (5) etwas zurückgezogen - wie im Falle eines Tauchkanten- Werkzeugs - oder gegen eine andere Werkzeughälfte mit einer angepassten Kavität ausgetauscht, um in den vorgegebenen Bereichen Freiraum für die Oberflächenkomponente (3) zu schaffen. Anschließend wird in diesen Freiraum die Oberflächenkomponente (3) eingetragen. Injection molding machine. FIG. 1 shows the general process scheme as stated in claim 1. Step 1 shows the provision of the semifinished product (1) between the first mold half (4) to the left of the semifinished product and the second mold half (5) to the right of the semifinished product. In step 2, the compression of the natural fiber semi-finished product (1) takes place in the injection mold (consisting of first and second tool half), wherein the two mold halves and the two tool halves are moved relative to each other. Step 3 comprises the injection molding of the natural fiber semifinished material at the locations where functional elements such as in particular retainers and / or reinforcing structures are provided. The plastic material (2) for the functional elements, in particular for retainers and / or reinforcing structures, fills the cavities of the first mold half. Since in the region of the cavities for the component (2) the natural fiber semi-finished product (1) was not subjected to a compressive pressure and thus is not fully consolidated there, can be achieved during injection molding a very good connection by material adhesion; the molded plastic material (2) can penetrate into the semi-finished fiber in these areas. In step 4, the second mold half (5) is slightly withdrawn - as in the case of a dipping edge tool - or replaced with another mold half with a matched cavity to provide clearance in the given areas for the surface component (3). Subsequently, the surface component (3) is entered into this space.
Anhand der Figur 2 soll der Prozessablauf auf einer Wendeplatten-Spritzgießmaschine erläutert werden. The process flow on an insert molding machine will be explained with reference to FIG.
Eine auf ca. 200-230 °C vortemperierte Naturfaser-Halbzeugmatte (beispielsweise Flachs/Polypropylen 50/50) wird vom Handling (11) aus der Heizstation (12) (hier einer Heizpresse) entnommen und in das Werkzeug (14) eingehängt. Danach erfolgt das Verpressen des Halbzeugs durch das Schließen des Werkzeugs (14) mit dem zugehörigen Werkzeug auf der Wendeplatte (16). Nach einer definierten Verzögerungszeit von zum Beispiel 10 Sekunden wird die umgeformte Naturfaser-Halbzeugmatte über das Spritzaggregat (15) mit Kunststoffmasse (beispielsweise Polypropylen) partiell hinterspritzt. Das Hinterspritzen erfolgt vorzugsweise derart, dass die Kunststoffmasse durch das Halbzeug hindurch oder über eine Schmelzekanalumlenkung in eine wendeplattenseitige Kavität in dem Werkzeug auf der Wendeplatte (16) eingespritzt wird. Die dabei angespritzten Funktionselemente wie Retainer und/oder Verstärkungsstrukturen befinden sich also in einer zwischen dem Halbzeug und dem Werkzeug der Wendeplatte (16) gebildeten Kavität. Die Sichtseite des Formteils ist von der Wendeplatte (16) abgewandt. Parallel dazu wird vom Handling (11) ein nächstes Halbzeug vom Halbzeug- Stapel (13) in die Heizstation (12) eingelegt. Nach Ablauf der Reaktionszeit der Oberflächenkomponente (diese wird auch bei dem hier vorliegenden Einfahrschritt der Anlage eingehalten, da bereits im nächsten Durchlauf auf der anderen Seite der Wendeplatte die Oberflächenkomponente eingebracht sein wird) wird das Werkzeug (14) geöffnet und die Wendeplatte (16) mit dem hinterspritzten Pressbauteil um 180° gedreht. Im nächsten Schritt wird vom Handling (19) das Trennmittel in die Werkzeughälfte (17) eingetragen und zeitgleich vom Handling (11) die temperierte Halbzeugmatte aus der Heizstation (12) entnommen und in die Werkzeughälfte (14) eingehängt. Nach dem Schließen der Werkzeuge erfolgt in der Werkzeughälfte (17) das Überfluten des Pressbauteils mit einem Polyurethan- System, welches die Oberflächenkomponente (3) bildet (hier PU-System: Elalstolit R 8919/100/WE35 mit Iso 134/7) mittels des Mischkopfes (18) und zeitgleich das Pressen und Hinterspritzen der Halbzeugmatte in der Werkzeughäflte (14). Parallel dazu wird ein nächstes Halbzeug in die Heizstation (12) eingelegt. Nach Ablauf der Reaktionszeit des eingesetzten Polyurethan-Systems von zum Beispiel 45 Sekunden wird das Werkzeug geöffnet und das fertige Bauteil vom Handling (19) entnommen. Anschließend wird die Wendeplatte (16) wieder um 180° gedreht und in die Werkzeughälfte (17) das Trennmittel eingetragen. Dieser Prozess wird beliebig oft wiederholt. A preheated to about 200-230 ° C natural fiber semi-finished mat (for example, flax / polypropylene 50/50) is removed from the handling (11) from the heating station (12) (here a hot press) and hooked into the tool (14). Thereafter, the pressing of the semifinished product by closing the tool (14) with the associated tool on the insert (16). After a defined delay time of, for example, 10 seconds, the reshaped natural fiber semi-finished mat is partially back-injected via the injection unit (15) with plastic compound (for example polypropylene). The injection molding is preferably carried out in such a way that the plastic compound is injected through the semifinished product or via a melt channel deflection into a insert-side cavity in the tool on the insert (16). The case-molded functional elements such as retainers and / or reinforcing structures are thus located in one between the semifinished product and the Tool of the insert (16) formed cavity. The visible side of the molding is remote from the insert (16). At the same time, a next semi-finished product from the semifinished product stack (13) is inserted into the heating station (12) by the handling unit (11). After the reaction time of the surface component (this is also observed in the present entry step of the plant, as already in the next run on the other side of the insert surface component will be introduced), the tool (14) is opened and the insert (16) the back-injected pressed component rotated by 180 °. In the next step, the release agent is introduced into the mold half (17) by handling (19) and at the same time taken from the handling (11) the tempered semi-finished mat from the heating station (12) and hooked into the mold half (14). After closing the tools takes place in the mold half (17) the flooding of the pressing member with a polyurethane system, which forms the surface component (3) (here PU system: Elalstolit R 8919/100 / WE35 with Iso 134/7) by means of Mixing head (18) and at the same time the pressing and injection molding of the semi-finished mat in the tool housing (14). Parallel to this, a next semi-finished product is inserted into the heating station (12). After expiry of the reaction time of the polyurethane system used of, for example, 45 seconds, the tool is opened and the finished component removed from the handling (19). Subsequently, the insert (16) is again rotated by 180 ° and registered in the mold half (17) the release agent. This process is repeated as often as desired.
In Abwandlung des vorbeschriebenen Verfahrensablauf kann auch vorgesehen werden, dass die Sichtseite des Formteils auf Seiten des Wendeplattenwerkzeugs liegt und die Kunststoffmasse für die Funktionselemente auf derjenigen Seite des Halbzeugs angespritzt wird, die dem Werkzeug (14) bzw. dem Spritzaggregat (15) zugewandt ist. Nach dem Drehen der Wendeplatte (16) ist dann in dem Wendeplatten Werkzeug selbst eine Kavität für das Polyurethan- System zu schaffen, beispielsweise durch geeignete Schieber oder dergleichen. In diesem Fall wird das Polyurethan- System also nicht über das Werkzeug (17) zugeführt, sondern über die auf der Wendeplatte (16( befindliche Formhälfte. Hierzu kann in geeigneter Weise an Andocken und Abheben des Mischkopfes (18) an dieser Formhälfte vorgesehen werden. Bezugszeichenliste In a modification of the above-described procedure can also be provided that the visible side of the molding is on the side of the insert tool and the plastic composition for the functional elements is molded on that side of the semifinished product, which faces the tool (14) or the injection unit (15). After turning the insert (16) is then in the inserts themselves a cavity for the polyurethane system to create, for example by suitable slide or the like. In this case, the polyurethane system is thus not supplied via the tool (17), but via the mold half located on the insert (16) .This can be suitably provided by docking and lifting the mixing head (18) on this mold half. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Naturfaser-Halbzeug  1 natural fiber semi-finished product
2 Material für Retainer, und/oder Verstärkungsstrukturen 2 Material for retainers, and / or reinforcement structures
3 Oberflächenkomponente 3 surface component
4 erste Werkzeughälfte  4 first half of the mold
5 zweite Werkzeughälfte  5 second half of the mold
11 Handling - Handhabungsroboter  11 Handling - Handling robots
12 Heizstation  12 heating station
13 Naturfaser-Halbzeug- Stapel  13 natural fiber semi-finished stacks
14 erste Werkzeughälfte  14 first half of the mold
15 Spritzaggregat  15 injection unit
16 Wendeplatte  16 insert
17 zweite Werkzeughälfte  17 second half of the mold
18 Mischkopf  18 mixing head
19 Handling - Handhabungsroboter  19 Handling - Handling robots

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, das eine Sichtseite und eine Befestigungsseite aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Herstellungsschritte: a) Einlegen eines Naturfaserhalbzeugs in ein Spritzgießwerkzeug, 1. A method for producing a lightweight component, which has a visible side and a fastening side, characterized by the following production steps: a) inserting a natural fiber semi-finished product into an injection mold,
b) Verpressen und/oder Umformen sowie Konsolidieren des Naturfaserhalbzeugs zu einem Formteil im Spritzgießwerkzeug,  b) pressing and / or forming and consolidating the natural fiber semi-finished product into a molded part in the injection molding tool,
c) Anspritzen von Funktionselementen, insbesondere von Befestigungselementen und/oder von Verstärkungsstrukturen, an das Formteil auf der Befestigungsseite des Leichtbauteils in Freiräume im Spritzgießwerkzeug, wobei nur auf einem Teil der Fläche der Befestigungsseite die Funktionselemente, insbesondere die Befestigungselemente und/oder die Verstärkungsstrukturen, angespritzt werden,  c) Injection of functional elements, in particular of fastening elements and / or reinforcing structures, to the molded part on the mounting side of the lightweight component in free spaces in the injection mold, wherein only on a part of the surface of the fastening side, the functional elements, in particular the fastening elements and / or the reinforcing structures, molded become,
d) Aufbringen der Oberflächenkomponente in einem vorgegebenen Bereich der Sichtseite des Formteils.  d) applying the surface component in a predetermined region of the visible side of the molding.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug einen definierten Schmelzfaseranteil aufweist. 2. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semi-finished product has a defined melt fiber content.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug aus Schritt a. vor dem Einlegen insbesondere mit einer Kontaktheizung oder einem Heizstrahler, vortemperiert, wird, wenn es sich um Halbzeug mit einem Schmelzfaseranteil handelt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the natural fiber semi-finished product from step a. prior to insertion, in particular with a contact heater or a heater, preheated, is when it is semi-finished with a melt fiber content.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug vor Schritt a. in einem Tauchbad mit Matrixharz getränkt oder mittels Sprühens mit Matrixharz versehen wird, wenn das Naturfaserhalbzeug keine Schmelzfasern aufweist. 4. The method according to claim 1, characterized in that the natural fiber semi-finished product before step a. impregnated in a dipping bath with matrix resin or provided by spraying with matrix resin, if the natural fiber semi-finished product has no melt fibers.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug duroplatisch gebunden ist. 5. The method according to claim 1, characterized in that the natural semi-finished fiber is thermoset bonded.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b. und c. parallel oder teilweise parallel erfolgen. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the steps b. and c. parallel or partially parallel.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Naturfaserhalbzeugs durch zusätzliches Aufheizen oder durch Kühlen beschleunigt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that step b. is accelerated by additional heating or by cooling depending on the composition of the natural fiber semi-finished product.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. mit einem Trenn- insbesondere einem Stanzvorgang kombiniert wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that step b. is combined with a separating, in particular a punching operation.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c. die Freiräume im Spritzgießwerkzeug gebildet werden, indem nach Schritt b. Teile des Spritzgießwerkzeugs verfahren werden und so die Freiräume freigeben. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step c. the free spaces are formed in the injection mold by after step b. Parts of the injection mold are moved and thus release the free space.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Schritt d. das Leichtbauteil in eine zweite Kavität verfahren wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for step d. the lightweight component is moved into a second cavity.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Schritt d. ein Teil des Spritzgießwerkzeugs verfahren wird und so einen Freiraum auf der Sichtseite des Leichtbauteils freigibt, in den die Oberflächenkomponente eingetragen werden kann. 11. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that for step d. a part of the injection mold is moved and thus releases a free space on the visible side of the lightweight component, in which the surface component can be registered.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d. in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Oberflächenkomponente durch zusätzliches Aufheizen oder durch Kühlen beschleunigt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that step d. is accelerated depending on the composition of the surface component by additional heating or by cooling.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug mit einer der Sichtseite des Leichtbauteils zugewandten Dekorfolie versehen ist und dass die Oberflächenkomponente in Schritt d. ein Lacksystem ist. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semi-finished product is provided with a visible side of the lightweight component facing decorative film and that the surface component in step d. a paint system is.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfaserhalbzeug auf der Sichtseite mit mehreren Lagen von gleicher oder unterschiedlicher Oberflächenkomponenten versehen wird. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the natural fiber semi-finished product is provided on the visible side with multiple layers of the same or different surface components.
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