DE10027201A1

DE10027201A1 - Laborversuchsanlage

Info

Publication number: DE10027201A1
Application number: DE2000127201
Authority: DE
Inventors: Tim Soeltzer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laborversuchsanlage zur Ermittlung des Verhaltens von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass an einer schwenkbar gelagerten Heizfläche (10), an der die Bildung der gesinterten Formhaut erfolgt, ein lösbarer Pulverkasten (12) zur Aufnahme der zu untersuchenden Ausgangsstoffe angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laborversuchsanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Die Slushtechnologie wird zum weitaus größten Teil zur Herstellung von gesinterten Formhäuten eingesetzt, die insbesondere im Fahrzeugbau als Dekormaterial für Instrumententafeln Verwendung finden. Aus der WO 96/3306 und WO 97/48537 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer Slushhaut bekannt. Die Herstellung erfolgt in einer Galvanoform mit einer die Außenkontur der Slushhaut bestimmenden Form. In diese Galvanoform wird über einen Pulverkasten ein Polymerpulver eingebracht. Durch Rotation der Galvanoform bildet sich an einer beheizbaren Innenwandung der Galvanoform aus dem Polymerpulver eine Kunststoffschicht in Form einer kompakten Formhaut.

Für die Herstellung der entsprechenden Slushhäute ist es wichtig, dass man von den verschiedenen Polymerpulvern ihr Verarbeitungsverhalten beim Sintervorgang kennt, da die entsprechenden unterschiedlichen Pulverzusammensetzungen auch unterschiedliche Verarbeitungsmerkmale aufweisen. Zum Testen des Verarbeitungsverhaltens von verschiedenen Pulvermaterialien zur Herstellung von gesinterten Formhäuten, ist es bekannt, entsprechende Vorversuche durchzuführen. Dabei wird üblicherweise ein einfaches Metall- oder Aluminiumblech in einem Ofen erhitzt. Nach dem Erreichen einer bestimmten Verarbeitungstemperatur wird das Blech mit dem zu verarbeitenden Kunststoffpulver bestreut oder berieselt. Durch Schütteln oder Schwenken von einer bestimmten Dauer wird das Pulver auf dem Blech verteilt. Das Pulver geliert an dem heißen Blechboden und eine definierte Menge Pulver bleibt am Blech kleben. Nach der Kühlung des Bleches wird der nicht angelierte Teil des Pulvers abgeschüttet und ausgewogen. Aus der Temperatur des Bleches und der gelierten Pulvermenge werden entsprechende Rückschlüsse auf das Verarbeitungsverhalten des Kunststoffpulvers zur Erzeugung von gesinterten Formhäuten geschlossen.

In abgewandelter Form gibt es auch die Möglichkeit, das kalte Blech mit dem Pulver zu bestreuen und danach in den Ofen zu schieben. Nach einer entsprechenden Zeit und einer bestimmten Temperatur wird das Blech aus dem Ofen genommen und der Zustand der erzeugten Kunststoffhaut wird beurteilt. Anschließend wird das Blech mit dem aufgeschmolzenen Pulver wieder in den Ofen geschoben, damit das Pulver vollkommen durchgeliert und eine durchgehende Kunststoffhaut erzeugt wird. Danach wird das Blech wieder aus dem Ofen genommen und das Blech mit der Kunststoffhaut wird unter Wasser abgekühlt. Die Haut kann nun vom Blech entnommen werden und aufgrund der erhaltenen Daten können Rückschlüsse auf das Verarbeitungsverhalten des Kunststoffpulvers zur Erzeugung von gesinterten Formhäuten gezogen werden.

Die Nachteile dieser durchgeführten Voruntersuchungen bestehen darin, dass sie gegenüber den technologischen Herstellungsbedingungen erhebliche Abweichungen aufweisen. Gesicherte Rückschlüsse auf das Verhalten der Kunststoffpulver bei einer großtechnischen Herstellung lassen sich nicht ziehen. Durch die Aufgabe des Pulvers auf die Bleche ist weder eine Aussage zu einer gleichmäßigen Berieselung der Galvanoform noch über eine definierte Abschüttung des Pulvers möglich. Beim Herausnehmen des Bleches aus dem Ofen und anschließenden Bestreuen mit Pulver entsteht ein signifikanter Temperaturabfall, der eine Verfälschung der entsprechenden Ergebnisse zur Folge hat. Bei der Einführung des Bleches mit dem Kunststoffpulver in den Ofen erfolgt die Wärmezuführung nicht wie im technologischen Verfahren nur von der Galvanoseite her, sondern die Wärme wird von oben und unten dem Prüfkörper zugeführt. Diese Tatsache führt auch zu ungenauen Ergebnissen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Versuchsanlage zur Ermittlung des Verhaltens von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten zu schaffen, bei der die Bedingungen annähernd denen einer großtechnischen Herstellung von gesinterten Formhäuten entsprechen, und dass die daraus ermittelten Ergebnisse als Grundlage für die Auslegung der großtechnischen Verfahrensparameter genutzt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Laborversuchsanlage mit den in dem Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass an einer schwenkbar gelagerten Heizfläche, an der die Bildung der gesinterten Formhaut erfolgt, ein lösbarer Pulverkasten zur Aufnahme der zu untersuchenden Ausgangsstoffe angeordnet ist, werden praxisnahe Voraussetzungen zur Herstellung von gesinterten Formhäuten geschaffen. Durch die Zuführung der Wärme über die Heizfläche und der Anordnung des Pulverkastens werden die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile eines signifikanten Temperaturabfalls beim Herausnehmen des Bleches mit der Probe aus dem Ofen sowie die nicht praxisbezogene Zuführung der Wärme von unten und von oben vermieden. Mittels der Heizfläche können die für den Herstellungsprozess benötigten Temperaturen entsprechend eingestellt werden und durch die Schwenkung der Heizfläche mit dem Pulverkasten erfolgt eine definierte und gleichmäßige Berieselung der Heizfläche mit dem Kunststoffpulver, wodurch eine praxisnahe Simulierung des Herstellungsprozesses von gesinterten Formhäuten erzielt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden durch Einstellung der Temperatur der Heizfläche über den Regler und durch entsprechendes Schwenken der Anlage mittels der Schwenkvorrichtung die für das jeweilige Kunststoffpulver benötigten Parameter zur Herstellung der gesinterten Formhäute ermittelt, die die entsprechenden Grundlagen für die Auslegung der großtechnischen Verfahrensparameter liefern. Da die Versuchsanlage unter annähernd großtechnischen Bedingungen arbeitet, werden aussagekräftige Ergebnisse zu dem Verhalten von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten erlangt, die sich auch in dem praktischen Betrieb bestätigen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Versuchsanlage;

Fig. 2 die Draufsicht gemäß Fig. 1 ohne Pulverkasten und

Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Versuchsanlage.

Die Laborversuchsanlage zur Ermittlung des Verhaltens von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten besteht aus einer schwenkbar gelagerten Heizfläche 10, an der die Bildung der gesinterten Formhaut erfolgt, und aus einem daran lösbar befestigten Pulverkasten 12. Die Heizfläche 10, die aus einer Metallplatte, vorzugsweise aus einer Aluminium- oder Nickelplatte, besteht, ist über einem Heizelement 14 angeordnet und so miteinander verbunden, dass eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement 14 und der Heizfläche 10 ohne größere Wärmeverluste erfolgen kann. Unterhalb des Heizelementes 14 ist eine Wärmeisolierung 16 in Form einer Glimmerisolation angeordnet, die die entsprechenden Wärmeverluste nach unten minimiert.

Das Heizelement 14 ist eine elektrische Flachheizplatte, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel eine Größe von 140 × 140 mm mit einer Nennleistung von 4 W/cm² besitzt. Die Einstellung eines gewünschten Temperaturniveaus des Heizelementes 14 erfolgt über einen Regler 30 und ein entsprechendes Oberflächenthermoelement 18, das auf der Heizfläche 10 angeordnet ist. Der Regler 30 ist über ein Kabel 34 mit dem Heizelement 14 und über ein weiteres Kabel mit dem Oberflächenthermoelement 18 verbunden. An dem Heizelement 14 ist ein Kabelhalter 32 angeordnet, der die Zuführung des Kabels 34 zu dem Heizelement 14 und des Kabels zu dem Oberflächenthermoelement 18 erleichtert. Das Oberflächenthermoelement 18 ist durch eine hohe Messgeschwindigkeit gekennzeichnet. In Verbindung mit dem Regler 30 wird dadurch die Temperatur der Heizfläche 10 mit einer Genauigkeit von ±2°C eingestellt.

Auf der Heizfläche 10 befindet sich eine Justiervorrichtung 24, die den Pulverkasten 12 auf der Heizfläche 10 in einer bestimmten Lage fixiert. Damit wird auch sichergestellt, dass sich der Pulverkasten 12 jedes Mal auf dem effektiven Teil der Heizfläche 10 befindet. Die Lage und die Größe der effektiven Heizfläche 11 entspricht somit der Grundfläche des Pulverkastens 12, wenn dieser durch die Justiervorrichtung 24 auf der Heizfläche 10 fixiert ist. Dadurch, dass die effektive Heizfläche 11 kleiner als die gesamte Heizfläche 10 ist, werden die Wärmeverluste zu den Seiten minimiert, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung der effektiven Heizfläche erreicht wird. Die Befestigung des Pulverkastens 12 auf der Heizfläche 10 erfolgt mittels eines Schnellverschlusses 38. Durch Einschwenken eines Hebels des Schnellverschlusses 38 erfolgt über ein Gestänge und eine Gegenhalterung die Verspannung des Pulverkastens 12 mit der Heizfläche 10. Zur Verhinderung von eventuellen Materialaustritten ist zwischen der Heizfläche 10 und dem Pulverkasten 12 eine Dichtung 36 angeordnet. Vorteilhafterweise ist dabei die Dichtung 36 an dem Pulverkasten 12 fest angeordnet. Zur Vermeidung einer Wärmeübertragung von der Heizfläche 10 zu dem Pulverkasten 12 besteht die Dichtung 36 aus einem wärmeisolierenden Material. Damit wird vermieden, dass sich die Wandungen des Pulverkastens 12 aufheizen können und dass das Kunststoffpulver sich an Innenwänden des Pulverkastens 12 angelieren kann. Außerdem wird dadurch eine saubere Trennung der erzeugten Kunststoffhaut von dem überschüssigen Kunststoffpulver beim Lösen des Pulverkastens 12 ermöglicht.

Die schwenkbare Lagerung der Heizfläche 10 und des Pulverkastens 12, zur Simulation der Vorgänge bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten, erfolgt über eine Halterung 20 und eine Schwenkvorrichtung 22, die schwenkbar in den Trägern 26 gelagert ist. Die Halterung 20 ist dabei mit der Heizfläche 10 fest verbunden, während die Träger 26 mit einer Grundplatte 28 fest verbunden sind. Die Schwenkung der Heizfläche 10 und des Pulverkastens 12 über die Schwenkvorrichtung 22 kann manuell als auch maschinell erfolgen.

Zur Simulation der Vorgänge bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten wird dem Pulverkasten 12 das zu untersuchende Kunststoffpulver zugeführt und der Pulverkasten 12 wird über den Schnellverschluss 38 mit der Heizfläche 10 verspannt. Dabei befindet sich der Pulverkasten 12 in der unteren Stellung. Das heißt, das Kunststoffpulver befindet sich auf dem Boden des Pulverkastens 12 und hat keinen Kontakt mit der Heizfläche 10. (Die Heizfläche 10 und der Pulverkasten 12 ist gegenüber Fig. 1 um 180° gedreht.) Danach erfolgt eine Aufheizung der Heizfläche 10 entsprechend dem gewünschten Temperaturniveau. Durch Schwenkung der Heizfläche 10 und des Pulverkastens 12 mittels der Schwenkvorrichtung 22 erfolgt eine definierte und gleichmäßige Berieselung der effektiven Heizfläche 11 mit dem zu untersuchenden Kunststoffpulver. Die effektive Heizfläche 11 stellt dabei die Galvanoform im großtechnischen Betrieb dar. Von der vorhin beschriebenen unteren Stellung erfolgt eine Schwenkung der Heizfläche 10 und des Pulverkastens 12 um vorzugsweise zirka 270°. Entsprechend den zu untersuchenden Bedingungen erfolgt eine ein- oder mehrmalige Schwenkung der Vorrichtung, wobei bei einer mehrmaligen Schwenkung bei Erreichen der jeweiligen Endstellung die Vorrichtung vor- beziehungsweise zurückgeschwenkt wird. Eine Schwenkung der Heizfläche 10 und des Pulverkastens 12 von der beschriebenen Ausgangslage um 360° oder nur um 180° ist ebenfalls denkbar. Bei einer Schwenkung von 180° von der Ausgangslage erfolgt ebenfalls eine vollständige Verteilung des zu untersuchenden Kunststoffpulvers über die effektive Heizfläche 11. Diese Situation ist jeweils in Fig. 1 und in Fig. 3 dargestellt. Durch die entsprechende Temperatur der effektiven Heizfläche 11 und durch deren Berieselung mit dem Kunststoffpulver bildet sich an der effektiven Heizfläche 11 eine gesinterte Formhaut. Durch Einstellung der Temperatur der Heizfläche 10 beziehungsweise der effektiven Heizfläche 11 über den Regler 30 und durch entsprechendes Schwenken der Anlage mittels der Schwenkvorrichtung 22 werden die für das jeweilige Kunststoffpulver benötigten Parameter zur Herstellung der gesinterten Formhäute ermittelt.

Nach Beendigung des Bildungsvorganges der gesinterten Formhaut wird die Versuchsanlage durch Druckluft abgekühlt und der Pulverkasten 12 wird durch Lösen des Schnellverschlusses 38 von der Heizfläche 10 getrennt. Von der effektiven Heizfläche 11 wird die gesinterte Formhaut entfernt, während sich das überschüssige Kunststoffpulver in dem Pulverkasten 12 befindet. Anhand der ermittelten Ergebnisse können praxisbezogene Rückschlüsse auf das Verhalten der untersuchten Kunststoffpulver bei der großtechnischen Herstellung gezogen werden. Somit stellt die erfindungsgemäße Laborversuchsanlage ein wertvolles Hilfsmittel zur Ermittlung des Verhaltens von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten dar.

Bezugszeichenliste

10

Heizfläche

11

effektive Heizfläche

12

Pulverkasten

14

Heizelement

16

Wärmeisolierung

18

Oberflächenthermoelement

20

Halterung

22

Schwenkvorrichtung

24

Justiervorrichtung

26

Träger

28

Grundplatte

30

Regler

32

Kabelhalter

34

Kabel

36

Dichtung

38

Schnellverschluss

Claims

1. Laborversuchsanlage zur Ermittlung des Verhaltens von unterschiedlichen Kunststoffpulvern bei der Herstellung von gesinterten Formhäuten, dadurch gekennzeichnet, dass an einer schwenkbar gelagerten Heizfläche (10), an der die Bildung der gesinterten Formhaut erfolgt, ein lösbarer Pulverkasten (12) zur Aufnahme der zu untersuchenden Ausgangsstoffe angeordnet ist.

2. Laborversuchsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (10) aus einer Metallplatte besteht, unter der ein Heizelement (14) angeordnet ist.

3. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (10) eine Aluminiumplatte oder Nickelplatte ist.

4. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (14) eine elektrische Flachheizplatte ist.

5. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Heizelementes (14) eine Wärmeisolierung (16) angeordnet ist.

6. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (16) eine Glimmerisolation ist.

7. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizelementes (14) regelbar einstellbar ist.

8. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Temperatur des Heizelementes (14) auf der Heizfläche (10) ein Oberflächenthermoelement (18) angeordnet ist.

9. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenthermoelement (18) und das Heizelement (14) mit einem Regler (30) zur Regelung der Heizleistung des Heizelementes (14) verbunden sind.

10. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkasten (12) mittels eines Schnellverschlusses (38) auf der Heizfläche (10) befestigt wird.

11. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Pulverkastens (12) auf der Heizfläche (10) an der Heizfläche (10) eine Justiervorrichtung (24) angeordnet ist.

12. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pulverkasten (12) und Heizfläche (10) eine Dichtung (36) angeordnet ist.

13. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (36) an dem Pulverkasten (12) fest angeordnet ist.

14. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (36) aus einem wärmeisolierenden Material besteht.

15. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fixierung des Pulverkastens (12) auf der Heizfläche (10) mittels der Justiervorrichtung (24) unterhalb der Grundfläche des Pulverkastens (12) auf der Heizfläche (10) eine effektive Heizfläche (11) gebildet wird.

16. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (10) über eine Halterung (20) mit einer Schwenkvorrichtung (22) verbunden ist.

17. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (22) schwenkbar in den Trägern (26) gelagert ist.

18. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (22) manuell oder maschinell betätigt wird.

19. Laborversuchsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung der Temperatur der Heizfläche (10) über den Regler (30) und durch entsprechendes Schwenken der Anlage mittels der Schwenkvorrichtung (22) die für das jeweilige Kunststoffpulver benötigten Parameter zur Herstellung der gesinterten Formhäute ermittelt werden.