Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von Mehrschichtkunststoffformteilen bestehend aus mindestens zwei Werkzeughälften und einer Kavität, in der der Kunststoff aufgenommen wird, und einem Angusssystem mit einem Angusskanal sowie ein Verfahren zur Her- Stellung von Mehrschichtkunststoffformteilen.

Die Herstellung von mehrschichtigen Kunststoffformteilen ist aus dem Stand der Technik bekannt. EP 197 496 B beschreibt ein Verfahren, bei dem zwischen zwei trennbaren Formwerkzeughälften ein Substrat eingespritzt wird. Sobald das Substrat ausreichend gehärtet ist, wird ein Überzug mit einem Druck wesentlich über den Formhohlraumdruck eingespritzt und über die gesamte Ober- fläche oder über Oberflächenteilbereiche des Substrates gezwungen.

In DE 43 16 154 C ist ein Verfahren zur sichtseitigen Beschichtung eines Bauteils beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das unbeschichtete Bauteil in ein spritzgussähnliches Formwerkzeug eingelegt und anschließend auf die sichtseitige Oberfläche unter Druck und Wärme ein Harz oder ein Lack aufgetragen. Während der gesamten Aushärtezeit wird auf das abbindende Harz bzw. auf den Lack ein zeitlich gleich bleibender Druck ausgeübt, der so gewählt ist, dass eventuell vorhandene Luft in dem flüssi -goe-n Harz bzw. Lack gelöst bleibt.

EP 934 808 A offenbart ein Verfahren zum Beschichten in einer Form, welches in einem ersten Schritt das Herstellen eines Formkörpers aus einem synthetischen Harz beispielsweise mit einem Spritzgießverfahren umfasst. Dies geschieht durch Anwenden eines Klemmdrucks auf eine Form, die eine fixierte und eine bewegliche Formhälfte besitzt. In einem zweiten Schritt wird der

Klemmdruck vermindert oder die fixierte und die bewegliche Formhälfte auseinander genommen. Danach wird ein Beschichtungsmittel zwischen eine innere Oberfläche und die Oberfläche des Formkörpers in die Form eingespritzt. Das Aushärten des Beschichtungsmittels erfolgt unter einem speziellen Druckprofil.

WO 2006/072366 A offenbart ein Verfahren zum Formen und Beschichten eines Substrates in einem Formwerkzeug mit wenigstens zwei Kavitäten, wobei zunächst ein Substrat in einer Kavität in einem Formwerkzeug vorzugsweise mit einem Spritzgießverfahren geformt wird. Das hergestellte Substrat wird danach in eine zweite Kavität des Formwerkzeuges eingebracht und in einem weiteren Schritt mit einem Lack unter Druck beschichtet.

Bei den oben beschriebenen Verfahren werden vorzugsweise reaktive Harz- oder Lacksysteme zum Beschichten eingesetzt, die gut auf den Substraten haften müssen. Die Oberfläche der Beschichtung wird vorzugsweise durch ein metallisches Formwerkzeug abgebildet, an der zum Zwecke der guten Entformbarkeit keine Haftung der Beschichtung vorliegen soll. Daher werden im Stand der Technik auf die die Oberfläche abbildende Kavitätsinnenfläche häufig externe Trennmittel aufgebracht und/oder dem Beschichtungsmaterial selbsttrennende interne Trennmittel zugegeben und/oder eine selbsttrennende permanente Beschichtung der Kavitätsinπenoberfläche eingesetzt. Dies ist besonders für den Angussbereich des Formwerkzeuges notwendig, über den das Beschichtungsmaterial in die Kavität eingespritzt wird. Während des Einspritzvorganges liegen an dieser Stelle hohe Drucke und Scherkräfte vor, die dazu führen, dass das eingebrachte externe Trennmittel schnell abgetragen wird und die Trennwirkung an dieser Stelle rasch verloren geht.

Externe Trennmittelsysteme sind beispielsweise in Form von Lösungen oder Dispersionen bekannt, die üblicherweise auf die Oberfläche des Formteilwerkzeuges aufgesprüht werden.

Derartige Trennmittelsysteme bestehen aus trennaktiven Wirkstoffen (beispielsweise Wachs) und einem Trägermedium, in der Regel organischen Lösemitteln oder Wasser. Die Verwendung von externen Trennmitteln wird beispielsweise in DE 1 131 873 A und DE 38 27 595 C offenbart.

Externe Trennmittel müssen häufig vor jedem Formteilherstellungsschritt in die Kavität einge- bracht werden. Dies verursacht Produktionskosten und verlangsamt den Produktionsprozess.

Zudem können die Trennmittel die Formteileigenschaften beeinflussen und verbleibende Reste auf der Oberfläche können in nachfolgenden Verarbeitungsschritten (Lackieren, Beschichten, Kaschieren usw.) Schwierigkeiten verursachen. Ferner können die Lösungsmittel aus den Trennmitteln in die Umwelt gelangen und die Gesundheit der Produktionsmitarbeiter gefährden.

Ein besonderer Nachteil bei der Verwendung von externen Trennmitteln insbesondere im Bereich des Angusses zur Ausbildung der Beschichtungsschicht besteht darin, dass durch den Einspritzvorgang das externe Trennmittel abgetragen und auf die Grenzfläche zwischen Trägersubstrat und Beschichtung transportiert wird. Schlechte Haftung zwischen dem Substrat und der Beschichtung sind dann die Folge.

Zusätzlich oder als Alternative können den Komponenten des Beschichtungssystems innere Trennmittel beigegeben werden. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise in DE 38 37 351 C beschrieben. Dort wird bei der Herstellung von Polyurethan- bzw. Polyharnstoffkörpern flüssiges Polybutadien der Polyol- bzw. der Polyaminkomponente beigegeben. Weitere Darstellungen dieser Vorgehensweise finden sich in „Innere Trennmittel für Polyurethan-Systeme", P. Hörn, H.-U. Schmidt und G. Ramlow, Kunststoffberater 10/1987, S. 24 - 26 und in „Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane", hrsg. von Günter Oertel, 3. neu bearb. Aufl., 1993, S. 370, Hanser-Verlag.

Nachteilig bei internen Trennmitteln ist, dass sie ihre trennende Wirkung auch gegenüber dem zu beschichtenden Substrat entfalten können. Eine gute Trennwirkung zum Werkzeug geht dann einher mit schlechter Haftung zum Substrat. Zudem können die internen Trennmittel die Eigenschaften der Beschichtung und mithin die des Bauteils erheblich beeinflussen. Ein nachträgliches Ausdiffundieren an die Oberfläche mit entsprechend negativen Konsequenzen für das Bauteil (Optik, Haptik, Emissionen aus dem Bauteil) kann nicht ausgeschlossen werden.

Weiterhin kommen beim Stand der Technik neben internen und externen Trennmitteln permanente

Werkzeugbeschichtungen zum Einsatz. In EP 0 841 140 A und DE 100 34 737 A werden Verfahren zur Verbesserung des Ablösens des Formteils aus dem Formteilwerkzeug beschrieben, bei dem durch eine Plasmabeschichtung die Oberflächenenergie herabgesetzt wird. Diese Schichten sind so einzustellen, dass die Beschichtungssysteme keine chemischen Reaktionen mehr mit der Oberfläche eingehen. Derartige Trennschichten sind allerdings nicht ausreichend mechanisch stabil und besitzen zu kurze Standzeiten. Ein häufiges und entsprechend teures Erneuern der Beschichtung ist erforderlich. Da das Werkzeug hierfür aus dem Produktionsprozess herausgelöst werden muss, kommt es zudem zu einer längeren Produktionsunterbrechung.

Neben Plasmabeschichtungen werden im Stand der Technik auch Nickel- und Chrombeschich- tungen beschrieben. Aus „Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane", hrsg. von Günter Oertel, 3. neu bearb. Aufl., 1993, S. 362-363, Hanser-Verlag ist bekannt, zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Formwerkzeugen eine chemische Vernickelung oder eine Hartbeschichtung des Formwerkzeuges vorzunehmen.

EP 0 973 960 B offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Formschaumteils in einem Form- Werkzeug, dessen formgebende Oberflächen mit einer Antihaftbeschichtung auf Chrombasis in

Form einer Galvanoschicht versehen ist. Zusätzlich wird ionisiertes Gas oder ein Gasgemisch in das Formwerkzeug eingeblasen.

Nachteilig bei den permanenten Antihaftbeschichtungen ist, dass ihre Wirkung im Zusammenhang mit Polyurethansystemen unzureichend ist, die Antihaftwirkung insbesondere bei Beschädigung schnell verloren geht und eine Erneuerung der Antihaftschicht erheblichen Aufwand in

Verbindung mit einer längeren Produktionsunterbrechung bedeutet.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen mit herausnehmbaren Werkzeugeinsätzen gearbeitet wird. EP 1 320 451 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen unter zur Hilfenahme von herausnehmbaren Werkzeugteilen und mindestens einem herausnehmbaren elastischen Futter, das über die herausnehmbaren Werkzeugteile gelegt wird.

Aufgabe des elastischen Futters ist es, Nahtabzeichnungen durch die herausnehmbaren Werkzeugteile auf dem Formteil zu vermeiden. Nachteilig ist, dass das elastische Futter bei jeder Formteil- Herstellung mit entformt und wieder neu eingelegt werden muss. Dies bedeutet wiederum einen erhöhten Arbeitsaufwand.

Die Firma Cannon, Trezzano, Italy vertreibt eine Technologie unter dem Namen "Film & Foam"

(http://www.thecannongroup.com/default.asp), bei der eine dünne Trennfohe in das Formwerkzeug vor der Formteilherstellung eingelegt wird. Diese Folie ist durch Tiefziehen im

Formwerkzeug an die Oberflächenkontur des Formteils angepasst und ersetzt das Trennmittel.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Strukturierung der Oberfläche durch die

Eigenschaften der Folie begrenzt ist, Hmterschnitte nicht möglich sind, durch das Einlegen und

Thermoformen der Folie zusätzliche Arbeitsschritte nötig sind und die Trennfohe nach einer gewissen Zeit als Abfall entsorgt werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Werkzeug und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, dass anstelle der bisher eingesetzten Werkzeuge ein Werkzeug mit herausnehmbaren Trenneinsätzen eingesetzt wird. Die Em- sätze weisen dieselben Oberflächenkonturen wie das Werkzeug auf und werden passgenau vorzugsweise unter Verwendung von Schnellspannvorrichtungen (z.B. mit pneumatischen oder magnetischen Vorrichtungen) eingelegt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Werkzeug zur Herstellung von Mehrschichtkunststoffformteilen bestehend aus mindestens zwei Werkzeughälften und einer Kavität, in der der Kunststoff aufge- nommen wird, und einem Angusssystem mit einem Angusskanal und

a) einem auswechselbaren Trennwerkzeugeinsatz entweder mit einem externen Trennmittel oder ohne ein externes Trennmittel oder

b) einem auswechselbaren Trennwerkzeugeinsatz mit einer permanenten oder semipermanenten Trennschicht oder

c) einem auswechselbaren Trenn Werkzeugeinsatz bestehend aus einem permanent trennenden

Material (z.B. Teflon).

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkunst- stoffformteilen umfassend die folgenden Schritte:

i) Formen eines Substrates in einer ersten Kavität eines Formwerkzeuges, ii) Ausbilden einer zweiten Kavität, indem das in i) hergestellte Substrat in ein zweites Formwerkzeug eingebracht wird oder indem eine Werkzeughälfte des Formwerkzeugs zusammen mit dem in i) hergestellten Substrat in ein zweites Formwerkzeug eingebracht wird oder indem eine zweite Kavität auf der Oberseite des Substrates durch eine teilweise Werkzeugöffnung erzeugt wird,

iii) Beschichten des gemäß i) hergestellten Substrates in der zweiten Kavität mit einem Lack oder einem Kunststoff oder einem Reaktionsgemisch zur Erzeugung eines Lackes oder eines Kunststoffes, wobei der Lack oder der Kunststoff oder das Reaktionsgemisch zur Erzeugung eines Lackes oder eines Kunststoffes über ein Angusssystem mit einem Anguss- kanal und einem auswechselbaren Trennwerkzeugeinsatz zugeführt wird,

iv) Entformen des unter iii) hergestellten Formteils und gegebenenfalls Abtrennen der Form- teilüberstände,

v) Austausch des Trennwerkzeugeinsatzes bei Nachlassen der Trennwirkung des Einsatzes durch Verschleiß oder Beschädigung.

Tm Folgenden werden der Lack, der Kunststoff und das Reaktionsgemisch zur Erzeugung eines

Lackes oder eines Kunststoffes gemeinsam Lack oder Lacksystem genannt.

Das Formen des Substrates unter Schritt i) erfolgt vorzugsweise mittels Spritzgusstechnologie durch Spritzgießen, Spritzprägen, Pressen, Schäumen oder Reaktionsspritzgießen. Das Beschichten des Substrates unter Schritt iii) erfolgt vorzugsweise mittels Reaction Injection Molding (RIM)- Verfahren, insbesondere unter Verwendung von Lacken (z.B. Zweikomponenten-Reaktionsgemischen), beispielsweise auf Basis von aromatischen Polyurethansystemen, Polyharnstoffsystemen oder aliphatischen Polyurethansystemen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Werkzeuges und des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen unter anderem darin, dass Werkzeugeinsätze mit guten Trenneigenschaften an den im Hinblick auf die Trennung des Formteils vom Werkzeug kritischen Stellen verwendet werden können. Dies gilt für den Angussbereich aber auch für Überlaufkanäle, Dichtkanten oder für die formgebende Oberfläche der Formwerkzeuge oder Teile derselben. Weiterhin sind Werkzeugeinsätze preiswerter, so dass bei Verlust der Trennwirkung oder Beschädigung nur der Trennwerkzeugeinsatz ausgetauscht und nicht das gesamte Werkzeug ausgetauscht oder repariert werden muss. Die zeitliche Verfügbarkeit des Werkzeuges erhöht sich deutlich. - o -

Ebenfalls ist es möglich, mehrere Werkzeugeinsätze parallel zu nutzen. Die Aufbringung einer Trennschicht kann außerhalb des Werkzeugs erfolgen. Bei Verlust der Trennwirkung wird ein neu beschichteter Einsatz für einen alten, abgenutzten Einsatz eingesetzt.

Das Einbringen des Einsatzes in das Werkzeug kann beispielsweise mittels eines Roboters in Ver- bindung mit einem entsprechenden Adapter-System erfolgen. Ein Adapter-System kann ein

Schnellkupplungssystem enthalten, das beispielsweise mittels Unterdruck oder über einen elektrischen Magneten den Werkzeugeinsatz im Formwerkzeug fixiert. Zum Wechseln des Einsatzes wird der Magnet oder der Unterdruck entlastet, und der Einsatz kann leicht entnommen werden.

Ferner kann das Werkzeug über eine Vorrichtung zur Messung der Entformungskraft verfügen. Die Messvorrichtung für die Entformungskraft ist mit einem Mechanismus gekoppelt, der, sobald eine erhöhte Entformungskraft festgestellt wird, einen Mechanismus startet, der automatisch den Trennwerkzeugeinsatz gegen einen neuen austauscht.

Als Material für den Trennwerkzeugeinsatz eigenen sich alle Werkstoffe, die die erforderliche Oberflächenqualität und Festigkeit besitzen. Besonders geeignet sind Stahl und entsprechende Legierungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Trennwerkzeugeinsatz das Angusssystem zum Einspritzen des Lackes oder den an die Kavität für den Lack angrenzenden Teil des Angusssystems. Dies hat den Vorteil, dass dieser Bereich von externem Trennmittel frei gehalten werden kann und somit beim Einspritzen des Lackes durch das Einströmen des Lackes kein Trennmittel mitgerissen wird und in die Grenzschicht zwischen Substrat und Lack gelangt. In diesem Fall sind die Anforderungen an den Trennwerkzeugeinsatz hinsichtlich Oberflächenqualität und Festigkeit geringer.

Als trennende Beschichtungsmaterialen auf dem Trennwerkzeugeinsatz eigenen sich alle Materialien und Beschichtungen, die eine ausreichende Trennwirkung gegenüber dem verwendeten Lacksystem haben und eine ausreichende Standzeit besitzen.

Es können insbesondere die im Stand der Technik bekannten permanenten Trennschichten für Lacksysteme, insbesondere PUR-Systeme eingesetzt werden.

Weiterhin können semipermanente Trennlacke auf die Trennwerkzeugeinsätze aufgebracht werden. Beispielsweise eignen sich reaktive und Lösungsmittel enthaltende Silikon-Polymer- Systeme die mittels Sprühen, Tauchen oder Streichen auf den Trennwerkzeugeinsatz aufgetragen werden. Nach Verlust der Trennwirkung kann der Trennwerkzeugeinsatz leicht wieder gereinigt und wiederbeschichtet werden. Derartige Systeme werden u.a. unter dem Handelsnamen Renodiv von der Firma Rhein Chemie Rheinau GmbH, Mannheim kommerziell angeboten.

Ferner können beispielsweise permanente Chrom-Nickel-Beschichtungen, Verchromungen, Nickel-, Nickelfluoπdbeschichtungen und polymere Beschichtungen aufgebracht werden. Gradierte Schichten und mehrlagige Schichten insbesondere zur Verbesserung der Standzeit sind möglich. Als Beschichtungsverfahren eignen sich u.a. chemische Verfahren, galvanische Verfahren, vakuumbasierte Beschichtungsverfahren (z.B. physical vapor deposition-Beschich- rungsverfahren) und Plasma-Beschichtungsverfahren.

Auch können Trennwerkzeugeinsätze oder deren Oberflächenschicht aus Materialien mit einer niedrigen Oberflächenspannung eingesetzt werden. Beispielsweise können Fluorpolymere (z.B.

Teflon) oder Polyolefine (z.B. Polyethylen, Polypropylen) Verwendung finden.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Trennwerkzeugeinsatz beispielsweise im Angusssystem, in der Trennkante oder als Teil von Überlaufkanälen eine dünne Folie oder ein Plättchen eingelegt Das eingelegte Material erfordert keine gesonderte Trenneigenschaften, denn der Einsatz wird unmittelbar vor der Formteilherstellung, z.B. mit einem Roboter, eingelegt und mit dem Formteil entformt. Der Trennwerkzeugeinsatz wird mit dem daran anhauenden Anguss oder dem überlaufenden Lack vom eigentlichen Formteil abgetrennt und könnte gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung wieder verwendet werden.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Die Figuren 1 bis 3 zeigen den prinzipiellen Verfahrensablauf. In Figur 1 ist ein Spπtzgießwerkzeug zur Herstellung des Substrates bestehend aus einer ersten (1) und einer zweiten Werkzeughälfte (2) dargestellt. Das Substrat wird über den Angusskanal (3) in die Substratkavität (4) gespritzt. Seitlich der Sub- stratkavität befinden sich die Trennwerkzeugeinsätze (5).

Nachdem das Substrat eine ausreichende Festigkeit erreicht hat, wird die zweite Werkzeug- hälfte (2) gegen eine dritte Werkzeughälfte (6) ausgetauscht (Figur 2). Die dritte Werkzeughälfte (6), die Trennwerkzeugeinsätze (5) und das erstarrte Substrat (7) bilden nun die Kavität (8) für den Lack. Externes Trennmittel muss gegebenenfalls auf die innere Oberfläche der Werkzeughälfte (6), nicht aber auf den Trennwerkzeugeinsatz aufgebracht werden. Über das Angusssystem (9) wird der Lack in die Kavität für die Beschichtungsschicht (8) eingefüllt.

Nachdem der Lack ausgehärtet ist, kann das in Figur 3 dargestellte beschichtete Bauteil (Formteil) entformt werden. Das Formteil besteht aus dem Substratmateπal (7), dem Lack (10) und seitlichen Überständen (1 1), die nach der Entformung vom Formteil abgetrennt werden.