GABRIEL, Frank (Landwehrstraße 29, Darmstadt, 64293, DE)
SCHMIDT, Arne (Wienerstraße 58, Darmstadt, 64287, DE)
EBERLE, Christian (Hofmannstraße 37, Griesheim, 64347, DE)
SCHRÖBEL, Sven (Rückertstraße 16, Darmstadt, 64285, DE)
POTH, Marc (Gartenstraße 16a, Reinheim, 64354, DE)
EVONIK RÖHM GMBH (Kirschenallee, Darmstadt, 64293, DE)
EICHLSEDER, Martin (Ottenberg 1, Tettenweis, 94167, DE)
GABRIEL, Frank (Landwehrstraße 29, Darmstadt, 64293, DE)
SCHMIDT, Arne (Wienerstraße 58, Darmstadt, 64287, DE)
EBERLE, Christian (Hofmannstraße 37, Griesheim, 64347, DE)
SCHRÖBEL, Sven (Rückertstraße 16, Darmstadt, 64285, DE)
POTH, Marc (Gartenstraße 16a, Reinheim, 64354, DE)
| Ansprüche 1 . Prägewerkzeug für die Herstellung eines beschichteten Trägerelementes, umfassend - eine erste Formwerkzeughälfte (12), - eine relativ zur ersten Formwerkzeughälfte (12) bewegliche zweite Formwerkzeughälfte (14), - wobei beide Formwerkzeughälften (12, 14) zur Ausbildung von unterschiedlich großen Kavitäten relativ zueinander beweglich sind, - in zumindest einer Formwerkzeughälfte (12) ein Flutungskanal (20) vorgesehen ist, der eine Öffnung (30) in eine Kavität aufweist, - eine vergrößerte Kavität einstellbar ist, in der das Flutungsmaterial über den Flutungskanal (20) und durch die Öffnung (30) in einen Flutungsspalt (24) zwischen dem Trägerelement (22) und einer Kavitätenwand einbringbar ist, - eine gegenüber der vergrößerten Kavität kleinere Kavität einstellbar ist, in der das Flutungsmaterial (26) auf seine Enddicke durch Komprimieren des Lackvolumens einstellbar ist, wobei sich die eingestellte Schließkraft gegenüber dem Artikel abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (30) in einem Bereich der Kavitätswand angeordnet ist, der beim späteren Produkt in einem nicht sichtbaren Bereich liegt. 2. Prägewerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es Heizeinrichtungen (18), bevorzugt Temperierkanäle, umfasst, mit denen das Flutungsmaterial (26) im Bereich eines Schrumpfspaltes (32) selektiv ausgehärtet werden kann. 3. Prägewerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es Heizeinrichtungen (18) umfasst, welche derart angeordnet sind, dass nur Teile des Flutungsmaterials (26) im Bereich des Flutungsspaltes (32) selektiv ausgehärtet werden können. 4. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Trägerelementes, wobei ein Trägermaterial (22) in eine Kaviät eines Formwerkzeugs (12, 14) eingebracht wird, wobei das Formwerkzeug (12, 14) zur Ausbildung eines Flutungsspaltes (24) auf eine vergrößerte Kavität eingestellt wird, und wobei in die vergrößerte Kavität ein Flutungsmaterial (26) eingebracht und eine Prägeschritt durchgeführt wird, bei dem die vergrößerte Kavität zum Verprägen des Flutungsmaterials (26) verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flutungsmaterial (26) an einer Position des Formwerkzeugs (12, 14) in die Kavität eingebracht wird, welche beim späteren Produkt in einem nicht sichtbaren Bereich des verbauten Produktes liegt. 5. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Trägerelementes, wobei ein Trägermaterial (22) in eine Kaviät eines Formwerkzeugs (12, 14) eingebracht wird, wobei das Formwerkzeug (12, 14) zur Ausbildung eines Flutungsspaltes (24) auf eine vergrößerte Kavität eingestellt wird, und wobei in die vergrößerte Kavität ein Flutungsmaterial (26) eingebracht und ein Prägeschritt durchgeführt wird, bei dem die vergrößerte Kavität zum Verprägen des Flutungsmaterials (26) verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schrumpfvorgang des Trägermaterials (22) gebildete Schrumpfspalte (32) dazu verwendet werden, um zumindest ein Teil der beim Prägevorgang zu verdrängenden Luft aus dem Formwerkzeug (12, 14) auszupressen und/oder um überfließendes Flutungsmaterial darin auszuhärten und eine erstarrte Fließfront (38, 48) auszubilden. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formwerkzeugteil zumindest abschnittsweise und benachbart zu zumindest einem durch Schrumpfvorgang ausgebildeten Schrumpfspalt (32) zur Aushärtung des überfließenden Flutungsmaterials beheizt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitatenwand in Verbindung mit dem gespritzten Trägermaterial beim Prägen eine Tauchkante aus Kunststoff bildet. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formprägewerkzeug (12, 14) verwendet wird, wobei in einem ersten Schritt eine Kavität erster Größe eingestellt wird, in die das Trägermaterial (22) eingebracht wird, wobei das Formprägewerkzeug (12, 14) zur Ausbildung eines Flutungsspalts (24) zu einer vergrößerten Kavität aufgezogen wird, und wobei das Flutungsmaterial (26) in die so vergrößerte Kavität eingebracht wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Trägermaterial (22) zumindest teilweise aushärtet, wobei zumindest teilweise Schrumpfspalte (32) durch den Schrumpfvorgang gebildet werden. |
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Trägerelements
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Trägerelements, welche es insbesondere erlauben, beschichtete Trägerelemente herzustellen, bei denen der Lackanspritzpunkt nicht auf der sichtbaren Oberfläche zu erkennen ist.
Es ist bekannt, Trägerelemente (nachfolgend auch Substrate genannt) bereits in einem Werkzeug mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen. Dabei gibt es bereits eine Reihe von Vorrichtungen und Verfahren zum Lackieren und Überfluten insbesondere von spritzgegossenen Kunststoffformteilen, wodurch eine Oberflächenschicht, bei der es sich beispielsweise um eine funktionale Oberflächenschicht handeln kann, aufgebracht wird. In der Regel befindet sich der Anspritzpunkt zum Aufbringen des sogenannten Flutungsmaterials auf derjenigen Seite des Formteils, auf der sich auch die später lackierte bzw. überflutete Oberfläche befindet. In diesem Zusammenhang kann es zur Ausbildung von unerwünschten Markierungen auf der Oberfläche kommen. Überdies hinterlässt eine als Nadelverschlussdüse ausgeführte Lackdüse am Lack-Anspritzpunkt immer eine Markierung auf der sichtbaren Lackoberfläche. Ist diese Markierung auf dem Artikel nicht erlaubt, muss mit einer Nebenkavität gearbeitet werden, die später vom Artikel abgetrennt wird. Nachteil sind die Mehrkosten der Nacharbeit. Nachteilig ist auch, dass durch diese Nebenkavität eine größere projektierte Fläche entsteht, die eine größere Zuhaltekraft benötigt.
Überdies wird beim Aufbringen der Flutungsschicht in der Regel ein Kompressionsschritt durchgeführt, bei dem das Flutungsmaterial in eine zunächst vergrößerte Kavität eingebracht und anschließend auf die gewünschte Dicke komprimiert wird, wodurch es in der Regel über das Formwerkzeug verteilt und zu der letztendlichen Dicke verpresst wird. Bei diesem Komprimierungsschritt ist es oftmals problematisch, die in dem Kavitätsspalt befindliche Luft zu evakuieren.
Zum Stand der Technik wird vorliegend auf die EP 825 007 A1 sowie die DE 20 2009 009 389 verwiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die eine verbesserte Beschichtung eines Trägerelements ermöglichen; insbesondere sollen optische Sichtmarkierungen beim beschichteten Trägerelement vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüchen 1 , 4 und 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen bzw. Abwandlungen werden in den abhängigen Ansprüchen bzw. in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt.
Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Öffnung für den Flutungskanal in der Kavitätswand in einem solchen Bereich angeordnet ist, der beim späteren Produkt in einem nicht sichtbaren Bereich liegt. Dadurch werden sichtbare Markierungspunkte im späteren sichtbaren Oberflächenbereich vermieden.
Überdies ist ein Gedanke der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, zunächst das Trägerelement in einem Formwerkzeug herzustellen, wobei es beim Aushärten des Materials für das Trägerelement zu einem Schrumpfvorgang kommt, aufgrund dessen sich Spalte - auch Schrumpfspalte genannt - zwischen dem Trägerelement und der Kavitätsoberfläche bilden. Diese so gebildeten Spalte können beim Prägevorgang, also wenn die Luft durch ein Zufahren des Prägewerkzeugs aus der Kavität verdrängt wird, ausgepresst werden.
Dabei kann es ohne weiteres vorkommen, dass ein niedrig viskoses Flutungsmaterial selbst in diese Schrumpfspalte eindringt. Um ein zu starkes Eindringen in diese Spalte und damit einen zu starken Austritt aus der eigentlichen Kavität zu verhindern bzw. einen Austritt aus dem gesamten Formwerkzeug zu vermeiden, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, zumindest abschnittsweise in einem Teil des Prägewerkzeugs eine Temperierung in Form einer Beheizung durchzuführen, die zu einer sehr schnellen Aushärtung des Flutungsmaterials im Bereich der Schrumpfspalte führt. Eine solche Heizung kann beispielsweise mit elektrischen und/oder fluidbetriebenen Heizelementen, die vorzugsweise schalt- oder steuerbar sind, realisiert werden. Die Aushärtung wird insbesondere durch den dünnen Schrumpfspalt und die Temperatur bewirkt. Je nach Material, Temperatureinwirkung und Spaltdicke kann ein Aushärten in Sekundenbruchteilen erfolgen. Da insbesondere bei der Verwendung von reaktiven Flutungsmaterialien das Aushärten ein Vernetzungsvorgang ist, der bei höheren Temperatur eine kürzere Vernetzungszeit hat, kann auf diese Art und Weise das Flutungsmaterial in definierter Weise und örtlich festgelegt erstarren und ein weiteres Austreten verhindert werden. Das erstarrte Flutungsmaterial dient überdies als Barriere und zur Abdichtung der Kavität für das übrige Flutungsmaterial in der Kavität.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die Kanten und Radien bis zum kompletten Auslauf mit Flutungsmaterial geflutet werden können und somit gegen Fremdeinflüsse geschützt sind. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Trägerelement gegen Umwelteinflüsse empfindlich ist. So ist beispielsweise PMMA (Polymethylmetacrylat) als amorpher Kunststoff spannungsrissempfindlich. Würde ein PMMA-Trägerelement ohne Kantenschutz beispielsweise mit Sonnencreme in Berührung kommen, so könnte die Beschichtung unterwandert und zerstört werden.
Wird nur ein bestimmter Teil der Kavitätswand geheizt und ein flächiger Bereich auf der Oberfläche vollumfassend thermisch abgeschirmt, so kann auf diese Weise auch ein Flächenbereich auf dem Trägermaterial vom Flutungsmaterial freigehalten werden. Mit anderen Worten kann damit eine Ausnehmung im Bereich der Oberflächenbeschichtung erzeugt werden. Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Hinblick auf ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben Diese dienen der Erläuterung und dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, schränken diese aber in keiner Weise ein. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung eines Prägewerkzeugs, wobei in dem dargestellten Arbeitsschritt in einer ersten Kavitätsgröße ein Substratmaterial/Trägermaterial eingebracht ist und aushärtet,
Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung eines Prägewerkzeugs in einem
Verfahrensschritt nach der Herstellung des Substrats/Trägermaterials, bei dem in einem gebildeten Flutungsspalt ein Flutungsmaterial eingebracht wird,
Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung eines Prägewerkzeugs wie in den Fig. 1 und 2, bei dem ein Prägeschritt erfolgt ist und das Flutungsmaterial verpresst wurde,
Fig. 4. eine vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Prägewerkzeugs wie in
Fig. 1 bis 3 mit einer Darstellung des Schrumpfspaltes und
Fig. 5. eine schematische Teildarstellung einer auf einem Prägewerkzeug aufgebrachten Oberflächenschicht mit ausgespartem Beschichtungsbereich.
In dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird anhand eines Prägeverfahrens und in Darstellungen mit Teilschnittzeichnungen die vorliegende Erfindung näher beschrieben. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass Prägewerkzeuge und Überflutungsschritte an sich bekannt sind und nach dem Stand der Technik ausgeführt werden. Neu dabei ist, dass die seitliche Abdichtung des gespritzten Bauteils als Tauchkante zur Lackabdichtung dient. Ein eigenes Tauchkantenwerkzeug ist dann nicht mehr erforderlich.
In den Fig. 1 - 5 sind jeweils Teilschnittdarstellungen von Prägewerkzeugen gezeigt, die jeweils eine erste (z. B. feste) Werkzeughälfte 12 und eine bewegliche Werkzeughälfte 14 aufweisen. Diese sind in den Zeichnungen lediglich teilweise dargestellt. Werden die beiden Werkzeughälften 12 und 14 zusannnnengefahren, so ergibt sich aus dem Maß des Zusammenfahrens ein gegenüber der Außenumgebung abgeschlossener Kavitätsraum zwischen den beiden Werkzeugteilen.
In der beweglichen Werkzeughälfte können optional Temperierkanäle, Auswerfer etc. integriert sein.
In dem dargestellten Teil der festen Formwerkzeughälfte 12 ist vorliegend ein Flutungskanal 20 angeordnet, über den Flutungsmaterial 26 durch eine Öffnung 30 in die Kavität eingebracht wird. Überdies sind in der festen Werkzeughälfte 12 Temperierkanäle 18 vorgesehen, die benachbart von vordefinierten Kavitätsbereichen angeordnet sind. Die Temperierkanäle 18 sind vorliegend im Schnitt zu erkennen.
Aus den Zeichnungen nicht ersichtlich ist, dass sich im Flutungskanal 20 ein Ventilstift befinden kann, der im vorgeschobenen Zustand bündig mit der Kavitätswand abschließt und die Kavitätswand gleichsam vervollständigt. Der Flutungskanal 20 kann durch ein Zurückziehen des Ventilstiftes zur Flutung freigegeben werden. Diesbezüglich wird auf die DE 20 2009 009 389 verwiesen, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich mit aufgenommen wird. Bei der Herstellung eines beschichteten Trägerelements 22 gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der vorliegenden Ausführungsform zunächst das Trägerelement 22 selbst, auch Substrat genannt, hergestellt. Dazu wird das Formwerkzeug 12, 14 in eine erste Position verfahren, bei der sich eine Kavität ergibt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. In diese Kavität wird über einen nicht dargestellten Anspritzkanal ein Material für das Trägerelement 22, beispielsweise ein PMMA-Material, eingespritzt. Natürlich können auch alle anderen Kunststoffmaterialien, die zur Ausbildung eines Trägerelementes geeignet sind, in die Kavität eingebracht werden.
Anschließend lässt man das Trägerelement zumindest teilweise aushärten. Nunmehr wird zunächst der Druck im Flutungsmaterial, z.B. im Lack, aufgebaut und der den Flutungskanal 20 verschließende Ventilstift herausgezogen, wodurch der Flutungskanal 20 geöffnet wird. Sodann wird die bewegliche Werkzeughälfte 14 des Prägewerkzeugs so verfahren, dass sich zum einen ein Flutungsspalt 24 bildet und zum anderen die in die Kavität mündende Öffnung 30 des Flutungskanals 20 durch ein Wegbewegen des vorher die Öffnung verschließenden Trägerelementes 22 immer mehr frei wird. Dies ist im Übergang von Fig. 1 zu Fig. 2 zu erkennen. Ist die in Fig. 2 dargestellte Position erreicht, wird über den Flutungskanal 20 und die Öffnung 30 das Flutungsmaterial 26 in den Flutungsspalt 24 eingebracht. Dabei wird das für die benötigte Lackschichtstärke berechnete Lackvolumen zugeführt. Dieses füllt den Flutungsspalt 24 aufgrund des zunächst größeren Expansionshubs im Vergleich zur Lackdicke nur zum Teil (vgl. Fig. 2).
Bevor nun der Prägeschritt erläutert wird, ist darauf hinzuweisen, dass beim Aushärten des Trägerelements 22 (noch im Zustand der Fig. 1 ) ein Schrumpfvorgang beim eingebrachten Substratmaterials eintritt, was dann zur Bildung von Schrumpfspalten führt, wenn diese Schrumpfung nicht vollständig durch ein weiteres Nachführen von Substratmaterial im einem Nachdruckschritt ausgeglichen wird. Die Ausbildung eines Schrumpfspaltes im Seitenbereich des Trägerelementes 22 in diesem erfindungsgemäßen Beispiel ist beispielsweise aus Fig. 4 zu erkennen, wo zwischen der Kavitätswand und dem geschrumpften Trägerelement 22 ein Schrumpfungsspalt 32 entstanden ist. Unterhalb des Endes des Substrats ist überdies noch ein weiteres Schrumpfungsvolumen 34 entstanden.
Wird jetzt das Flutungsmaterial, beispielsweise der Lack, in der zunächst teilgefüllten Kavität durch das Aufbringen der Schließkraft verprägt (Übergang von Fig. 2 zu Fig. 3), so wird er zum einen in dem enger werdenden Flutungsspalt 24 auseinandergedrückt und zum anderen auch in die Schrumpfspalte 32 verpresst. Die Schrumpfspalte 32 wird zur Entlüftungsspalte und dient dabei insbesondere auch zur Abfuhr des aus dem Flutungsspalt 24 zu verdrängenden Luftvolumens.
Um zu verhindern, dass das in den Schrumpfspalt 32 eintretende Flutungsmaterial sich nicht übermäßig ausbreitet und eventuell sogar aus dem Werkzeug austritt oder das Trägerelement auf seiner Rückseite hinterspült, werden Bereiche der Kavität mittels der Temperierkanäle 18 beheizt. Dies führt im Zusammenspiel mit dem sehr dünnen Schrumpfspalt 32 zu einem sehr raschen Erstarren des Flutungsmaterials 26 in diesen Bereichen, so dass sich zunächst eine starre Fließfront 38 an den Rändern des Flutungsmaterial in den Schrumpfspalten 32 ausbildet, die zur Abdichtung gegenüber des weiteren Flutungsmaterials dient.
Dabei kann man durch eine entsprechende Anordnung der Heizeinrichtung (z.B. Temperierkanäle, Heizwendel, heizbares keramisches Element etc.) die Beschichtungsgrenzen recht genau festlegen. In Fig. 5 ist dargestellt, wie durch Anordnung eines ringförmigen Temperierkanals 42 (strichliniert dargestellt) in einer Werkzeughälfte die Fließfront 46 eines Beschichtungsmaterials 44 (schraffierte Fläche) kreisförmig gestoppt werden kann, wodurch ein nicht beschichteter Bereich frei bleibt. In diesem Bereich kann später beispielsweise eine Ausnehmung eingebracht, z.B. eingestanzt, werden. Durch das Verprägen kann das Flutungsmaterial über die gesamte Artikeloberfläche verteilt werden. Zugleich hat der Anspritzpunkt, nämlich die Öffnung 30, durch das Zufahren der Werkzeughälfte 14 - wie aus Fig. 3 zu ersehen ist - wieder einen Bereich des Artikels erreicht, der im späteren Zustand nicht sichtbar ist. Damit bleibt die Sichtseite des Artikels makellos.
Zur Vernetzung des Flutungsmaterials, beispielsweise des Lacks, wird die Temperatur in der gesamten Kavität durch nicht weiter dargestellte Temperaturmittel erhöht. Ist die Oberflächenschicht schließlich zumindest teilweise ausgehärtet, wird das Prägewerkzeug auf eine gewünschte Formtemperatur abgekühlt. Vorzugsweise ist das Flutungsmaterial, z.B. der Lack, dann nicht mehr wandhaftend und kann leicht von der Kavitätswand abgelöst werden. Auf diese Weise ist das fertig hergestellte Produkt problemlos aus dem Werkzeug zu entnehmen.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Flutungsmaterial nach der Vernetzung„staubtrocken" ist, da dann der Artikel problemlos mit einem Handling entnommen werden kann.
Insgesamt bietet sich mit der vorgenannten Erfindung die Möglichkeit der kostengünstigen Herstellung eines zu beschichtenden Trägerelements, wobei der Lackanspritzpunkt nicht zu erkennen ist, ein Austreten des Flutungsmaterials verhindert wird und Durchbrüche in der Beschichtungsoberfläche hergestellt werden können, und das ohne Nacharbeit des beschichteten Artikels.
Bevorzugt wird ein Prägewerkzeug verwendet, in dem sowohl das Trägermaterial eingespritzt wird als auch das Flutungsmaterial eingebracht wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das von dem Trägermaterial gebildete Substrat 22 in ein anderes Formwerkzeug umzusetzen und zwar unter Beibehaltung des Schrumpfspaltes bzw. unter Ausbildung des Schrumpfspaltes in dem anderen Formwerkzeug. Bezugszeichenliste Prägewerkzeug (Teilschnittansicht)
Feststehende Prägewerkzeughälfte
Bewegliche Prägewerkzeughälfte
Tempeherkanäle
Kanal für Flutungsmaterial
Substratmaterial
Flutungsspalt
Flutungsmaterial
Verpresstes Flutungsmaterial
Eintrittsöffnung des Kanals für das Flutungsmaterial in die Kavität Schrumpfspalt
Schrumpfvolumen
Flutungsmaterial im Schrumpfspalt
Erstarrte Fließfront
Kavitätsteilausschnitt
Ringförmiger Temperierkanal in Werkzeughälfte
Oberflächenschicht
Erstarrte Fließfront
Unbeschichteter Bereich