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Kunststofftechnik

Glänzende Aussichten

| Redakteur: Güney Dr.S.

Das Thermoformen erzeugt Class-A-Oberflächen beim Folienhinterspritzen hochwertiger Teile

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( Archiv: Vogel Business Media )

Dachte man vor etwa zwanzig Jahren beim Begriff „Kunststoffbauteil“ noch an eine meist genarbte spritzgegossene Oberfläche, so verlangt man heutzutage mehr und mehr hochwer-tige, glänzende und vor allem individuell dekorierte Oberflächen.Diesen Wunsch nach der so genannten Class-A-Oberfläche versuchte man zunächst durch nachträgliches Lackieren des Kunststoffbauteils zu erfüllen. Systembedingte Nachteile des Lackierens, wie Verluste durch Overspray, hoher Reinigungs- und Entsorgungsaufwand, führten aber letztendlich zum Folienhinterspritzen, das zudem unbegrenzte Variantenvielfalt ermöglicht.Bei Dekorteilen im Fahrzeuginnenraum oder bei Handy-Gehäusen konnte man den Wandel vom reinen Spritzgießteil über nachträglich lackierte Oberflächen bis zur hinterspritzten Folie gut verfolgen. In diesen Marktsegmenten ist das Folienhinterspritzen bereits fest etabliert. Dass aber auch die Anwendung dieser Technik bei KFZ-Außenteilen möglich ist, hat die Kiefel AG als Thermoformmaschinenbauer bereits auf der K 2001 in Kooperation mit entsprechenden Systempartnern am Beispiel einer Kofferraumklappe eindrucksvoll demonstriert.Selbstverständlich ist bei der Herstellung von hinterspritzten Class-A-Teilen in der gesamten Fertigungskette höchste Qualität gefordert (Bild 1). Dies gilt besonders für die Vorformung der Folien. Kiefel hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, das Thermoformen auf die verfahrensspezifischen Besonderheiten der Hinterspritztechnik, durch optimierte Maschinen, Werkzeuge und Prozesse, abzustimmen.Partikelvermeidungerfordert ReinraumtechnikEines der wichtigsten Kriterien beim Verformen von Class-A-Folien ist die Partikelvermeidung. Es ist unbedingt dafür zu sorgen, dass Partikel weder in die Maschine eingeschleppt werden, noch in dieser entstehen können. Daher hat es sich bewährt, die Formanlage in einem Reinraum zu betreiben (Bild 2). In Zusammenarbeit mit der Max Petek Reinraumtechnik, Radolfzell, hat Kiefel aber auch wesentlich kostengünstigere Lösungen entwickelt, bei denen die Maschine derart modifiziert wird, dass sie selbst einen kleinen Reinraum darstellt. Dies wird durch eine erweiterte Schutzeinhausung und die Integration von Laminar-Flow-Einheiten realisiert. In jedem Fall ist es aber unumgänglich, eine Folienreinigung vorzulagern, die mit ionisierter Luft die Folie abreinigt und partikelfrei der Formmaschine zuführt. Genauer Folienbeschnitt erforderlichWie auch bei Kiefel-Anlagen für medizintechnische Produkte üblich, sind sämtliche produktberührenden Maschinenteile entweder aus eloxiertem Aluminium oder Edelstahl gefertigt. Das Maschinengestell ist so gestaltet, dass sich kein Schmutz ablagern kann. Anlagen von Kiefel haben servomotorische Antriebe für alle qualitätsrelevanten Bewegungen, um die hohen Ansprüche, die von Class-A-Teilen erwartet werden, einhalten zu können.Der exakte Beschnitt der geformten Folien ist von höchster Wichtigkeit für das anschließende Hinterspritzen (Bild 3). Es hat sich daher als sinnvoll erwiesen, das Beschneiden in einer separaten nachgeschalteten Station vorzunehmen. Innerhalb der Formmaschine wird ein Grobbeschnitt mittels Bandstahlmessers durchgeführt. Bei kleinen Bauteilen wie Interieur-Zierleisten oder Handy-Gehäusen erfolgt der anschließende Exaktbeschnitt meist mit Durchfallschnittwerkzeugen. Für großflächige Teile wie Kotflügel und Dachmodule wird überwiegend Laserbeschnitt angewandt.Die Abstimmung des Formwerkzeugs auf das Hinterspritzwerkzeug ist eine besondere Herausforderung. Das geformte und beschnittene Teil soll schließlich genau in das betriebswarme Spritzgießwerkzeug passen. Dazu muss der Schwund in allen drei Dimensionen erfasst werden. Dies gilt insbesondere für stark dreidimensionale oder großflächige Teile, zum Beispiel Kotflügel oder Dachmodule.Bei Kiefel wurde dazu ein Verfahren entwickelt, bei dem im ersten Anlauf ein perfektes Formwerkzeug erstellt werden kann. Konstruktiv unterstützt wird die Werkzeuggestaltung durch FEM-Simulationsberechnungen. Bei den geforderten Hochglanzoberflächen der Bauteile muss zudem die Werkzeugoberfläche eine hohe Qualität haben. Das bedeutet: Frässpuren sind nicht zulässig und die Anzahl der Vakuumlöcher müssen auf ein Minimum reduziert werden. Darüber hinaus muss die Werkzeugtemperierung ins Werkzeug integriert und ausbalanciert sein.High-Pressure-Forming kann ersetzt werdenDie Herstellung von Handy-Schalen und Interieurzierteilen aus Polycarbonat wird derzeit meist noch im High-Pressure-Forming-Verfahren durchgeführt, das hinsichtlich der Formtiefe und Nutzfläche recht eingeschränkt und darüber hinaus mit Lizenzgebühren behaftet ist. Kiefel hatte es sich daher zum Ziel gesetzt, die bekannte Vakuum- oder Drucklufttechnik in dieses Marktsegment einzuführen. So ist es gelungen, mit modifizierten Maschinen der KMD- und KMV-Serie die gleiche Produktqualität bei deutlich höherer Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Möglich wurde dies durch Einsatz schneller und hochpräziser Vorschubsysteme, Druckmarkensteuerungen, einer exakten Regelung der Heizung sowie einer angepassten und optimierten Fahrweise. Dabei wurden Ausstoßleistungen von bis zu 16 Takten pro Minute durch den Mehrfachnutzen erreicht.Für Bauteile mit extremen Anforderungen hinsichtlich der Positionsgenauigkeit (<0,1 mm) stehen In-line- oder Drehtisch-Maschinen mit Tablettsystem zur Verfügung. Anstatt einer Folienrolle werden dabei bedruckte Zuschnitte verwendet, die in die Tabletts eingelegt werden. Im Zusammenspiel mit einem ausgeklügelten Zentriersystem wird höchste Präzision erreicht. Die richtige Balance zwischen der Formtemperatur und Werkzeugtemperatur stellt ein hervorragendes Oberflächenfinish bei perfekter Ausformung sicher.Hohe Gestaltungsfreiheiterschließt weitere FelderDem immer stärker werdenden Wunsch nach individueller Gestaltung von Gebrauchsgütern kommt das Folienhinterspritzen in idealer Weise entgegen. Insbesondere im Fahrzeugbereich können unterschiedliche Ausstattungsvarianten sehr einfach und kostengünstig durch Verwendung verschieden bedruckter Folien erzeugt werden. Neue Betätigungsfelder der Designer, wie die Durchleuchttechnik und Ambientebeleuchtung, werden erst durch diese Technik ermöglicht.Die Fertigung derartiger Teile mit Class-A-Oberfläche, stellt aus Sicht eines Maschinenherstellers wie Kiefel kein Problem mehr dar. Weil auch geeignete Folienwerkstoffe und Druckfarben verfügbar sind, dürfte es nur eine Frage der Zeit sein, bis sich noch weitere Betätigungsfelder eröffnen.