DE10105770A1

DE10105770A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Formteils

Info

Publication number: DE10105770A1
Application number: DE2001105770
Authority: DE
Inventors: Eric Bach
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles, wobei an einer Kontur einer Galvanoform (12) eine erste Kunststoffschicht (14) erzeugt wird, anschließend auf der ersten Kunststoffschicht (14) eine zweite expandierende Kunststoffschicht (16) erzeugt wird, deren Innenkontur durch eine Patrize (22) eines Formstempels (10) erzeugt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass zur Verhinderung der Lunkerbildung in der expandierenden Kunststoffschicht (16), das bei dem Formgebungsprozess zwischen der expandierenden Kunststoffschicht (16) und der Patrize (22) des Formstempels (10) eingeschlossene Gasvolumen durch die gasdurchlässige Wandung der Patrize (22) abgeführt wird, beziehungsweise dass die Patrize (22) des Formstempels (10) gasdurchlässig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 und 5 genannten Merkmalen sowie die dazugehörige Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 6 genannten Merkmalen.

Aus der WO 96/33060 und WO 97/48537 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles, insbesondere einer Doppelslushhaut, bekannt. Diese Doppelslushhäute werden in Verbindung mit einem Instrumententräger unter anderem für automobile Instrumententafeln eingesetzt. Die Herstellung erfolgt in einer Galvanoform mit einer die Außenkontur der Doppelslushhaut bestimmenden Form. In diese Galvanoform wird ein Polymerpulver eingebracht. Durch Rotation der Galvanoform bildet sich an einer beheizbaren Innenwandung der Galvanoform aus dem Polymerpulver eine erste Kunststoffschicht in Form einer kompakten Formhaut. Anschließend wird der Galvanoform ein zweites, mit Treibmitteln beaufschlagtes Polymerpulver zugeführt. Durch erneute Rotation der Galvanoform bildet sich an der bereits vorhandenen kompakten Formhaut eine Schaumschicht. Als nächster Schritt wird in die Galvanoform eine die Innenkontur der Doppelslushhaut definierende Gegenform, in Form eines Formstempels, eingefahren. In dem dabei entstehenden Hohlraum zwischen der Innenkontur der Galvanoform beziehungsweise der ersten Kunststoffschicht und der Außenkontur der Gegenform beginnt danach der Schäumungsprozess durch Expansion des mit Treibmitteln beaufschlagten Polymerpulvers, wobei durch den Formstempel die Innenkontur der Kunststoffschicht erzeugt wird. Problematisch ist bei großen Teilen vor allem, dass sich zwischen der expandierenden Schaumschicht und dem Formstempel abgeschlossene gasgefüllte Bereiche bilden. Diese führen bei einem weiteren Einfahren des Formstempels in die Galvanoform oder bei einem weiteren Aufschäumen des Materials zur Bildung von Lunkern in der Schaumschicht oder zu Beulen auf der Innenoberfläche des herzustellenden Kunststoff-Formteils. Außerdem führt die Gasverdrängung beim Einfahren des Formstempels in die Galvanoform auch zu inhomogenen Zellstrukturen und -verteilungen in der herzustellenden Schaumschicht.

Gemäß einer Variante des oben beschrieben Verfahrens zur Herstellung einer Doppelslushhaut erfolgt das Aufschäumen des zwischen Galvanoform und Formstempel befindlichen Materials zur Bildung der zweiten Kunststoffschicht in einem entsprechenden Ofen. Die beim Aufschäumprozess entstehenden Gase führen ebenfalls zu der oben beschrieben Lunkerbildung und zu inhomogenen Zellstrukturen und -verteilungen.

Aus der DE 21 12 652 ist es bekannt, dass beim Aufschäumverfahren die Luft aus dem Form-Hohlraum durch Abflusslöcher abgeleitet wird. Dabei sind mehrere Abflusslöcher in der Form angeordnet, durch die beim Schäumprozess die Luft entweicht. Gleichzeitig fließt während des Schäumprozesses ein Teil des Materials mit durch die Abflusslöcher ab. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch den zusätzlichen Materialabfluss hohe und nicht zu vertretende Materialverluste auftreten. Außerdem wird eine zusätzliche Nacharbeit der so hergestellten Kunststoff-Formteile notwendig, um die entsprechenden Materialauslaufstutzen von dem Formteil zu entfernen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, dass bei einer Erzeugung einer nahezu gleichmäßigen Zellstruktur und Zellverteilung in der Schaumschicht eine Qualitätsminderung durch Lunkerbildung und durch eine ungleichmäßige Oberfläche der Innenkontur des Formteiles weitestgehend vermieden wird und mit dem ein problemloses Entformen des hergestellten Kunststoff-Formteils von dem Formstempel erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 genannten Merkmalen, sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen gelöst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles ist vorgesehen, dass zur Verhinderung der Lunkerbildung in der expandierenden Kunststoffschicht das bei dem Formgebungsprozess zwischen der expandierenden Kunststoffschicht und der Patrize des Formstempels eingeschlossene Gasvolumen durch eine gasdurchlässige Wandung der Patrize abgeführt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass nach dem Aushärtungsprozess der expandierenden Kunststoffschicht und Herausfahren des Formstempels mit dem Kunststoff- Formteil aus der Galvanoform zum Entformen des Kunststoff-Formteils der Oberfläche der Kunststoffschicht über eine gasdurchlässige Wandung der Patrize Druckluft zugeführt wird.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff- Formteiles ist vorgesehen, dass die Patrize des Formstempels gasdurchlässig ist.

Durch die aufgezeigten Mittel wird erreicht, dass beim Schäumungsprozess und beim Formgebungsprozess Gaseinschlüsse zwischen der expandierenden Kunststoffschicht und der Patrize des in die Galvanoform einfahrenden Formstempels weitestgehend vermieden werden. Durch die gasdurchlässige Ausbildung der Patrize werden die beim Schäumprozess entstehenden Gase und die in der Kavität zwischen der Galvanoform und der Patrize eingeschlossene Luft abgeleitet. Durch die Entgasung der Kavität zwischen der Galvanoform und der Patrize wird eine Lunkerbildung und eine unerwünschte Gasblasenbildung in der herzustellenden Schaumschicht des Kunststoff-Formteiles weitestgehend vermieden. Gleichzeitig wird dadurch eine gleichmäßige Zellstruktur und Zellverteilung in der herzustellenden Schaumschicht erreicht, da die Schaumbildung nicht mehr durch die in die Schaumschicht hineingedrückten Gase beeinflusst wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass nach dem Aushärten der Schaumschicht das hergestellte Kunststoff-Formteil durch die über die gasdurchlässige Patrize zugeführte Druckluft problemlos von der Patrize entformt werden kann. Beschädigungen am Kunststoff- Formteil beim Herunterziehen vom Formstempel beziehungsweise von der Patrize werden somit weitestgehend vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Patrize des Formstempels als Hohlkörper ausgebildet, bei der die Patrize aus einem porösen gasdurchlässigen Material besteht, oder in der, in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, über den Umfang verteilt mehrere Bohrungen angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Patrize kann eine effektivere Kühlung der Innenfläche der Patrize und somit der Patrize infolge einer vergrößerten Oberfläche erfolgen.

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 Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Teilansicht des mit X bezeichneten Bereiches gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Variante des mit X bezeichneten Teilbereiches gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 erfolgt die Herstellung eines Kunststoff-Formteiles, wie beispielsweise einer Doppelslushhaut, die aus einer ersten Kunststoffschicht 14 und einer zweiten Kunststoffschicht 16 besteht, nach der an sich bekannten Doppelslushtechnik in einer Galvanoform 12. Dabei wird zunächst an der Innenkontur der Galvanoform 12 eine erste Kunststoffschicht 14 erzeugt. Anschließend wird mittels eines Schäumungsprozesses auf der ersten Kunststoffschicht 14 eine zweite expandierende Kunststoffschicht 16 erzeugt. Durch Einbringen eines Formstempels 10 in die Galvanoform 12 wird durch eine Patrize 22 des Formstempels 10 die Innenkontur der Doppelslushhaut bestimmt.

Erfindungsgemäß wird das beim Einbringen der Patrize 22 in die Galvanoform 12 zwischen der expandierenden Kunststoffschicht 16 und der Patrize 22 eingeschlossene Gasvolumen durch die gasdurchlässige Patrize 22 abgeführt. Dabei wird sowohl das beim Expandieren der Kunststoffschicht 16 entstehende Prozessgas als auch die durch die Patrize 22 in dem Formhohlraum 24 eingeschlossene Luft durch die gasdurchlässige Patrize 22 eliminiert. Durch die Abführung des Gases werden Lunkerbildungen sowie inhomogene Zellstrukturen und Zellverteilungen in der herzustellenden Schaumschicht 16 weitestgehend vermieden. Die eingeschlossenen Gase werden aus dem Formhohlraum 24 abgeführt und haben somit keine Möglichkeit mehr, bei einem weiteren Einfahren der Patrize 22 in die Galvanoform 12 durch diese in die Schaumschicht 16 gedrückt zu werden, um dort die oben beschriebenen Wirkungen in der sich bildenden Schaumschicht 16 hervorzurufen.

Zur Abführung der zwischen der expandierenden Kunststoffschicht 16 und der Patrize 22 eingeschlossenen Gase ist die Patrize 22 des Formstempels 10 gasdurchlässig gestaltet. Erfindungsgemäß wird das einerseits dadurch erreicht, dass die Patrize 22 aus einem gasdurchlässigen porösen Material besteht. Andererseits wird das dadurch erreicht, dass in der Patrize 22 über deren Umfang verteilt mehrere Bohrungen 26 angeordnet sind. In beiden Fällen werden die eingeschlossenen Gase durch die Wandung der Patrize 22 abgeführt. Die Patrize 22 ist als Hohlkörper ausgebildet, so dass die Gase über den Hohlraum 28 des Formstempels 10 ins Freie gelangen können.

In dem Fall, dass die Patrize 22 aus einem gasdurchlässigen porösen Material besteht, wird bei der Herstellung der Patrize 22 darauf geachtet, dass die in dem Material vorhandenen Poren 20 in Richtung Forminnenkörper offen und in Richtung Patrizenoberfläche nahezu geschlossen und nur durch entsprechende Mikrolöcher 18 mit den Poren 20 verbunden sind.

Die Herstellung eines gasdurchlässigen porösen Materials mit den entsprechenden Anforderungen ist allgemein bekannt und stellt keinen Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung dar. Dadurch, dass die Poren 20 in Richtung Forminnenkörper offen und in Richtung Patrizenoberfläche mit Mikrolöchern 18 versehen sind, wird erreicht, dass durch die Mikrolöcher 18 und die Poren 20 das durch die Patrize 22 eingeschlossene Gas abgeführt wird. Andererseits wird eine verhältnismäßig glatte Oberfläche der Patrize 22 erzielt, so dass beim Formgebungsprozess durch die Patrize 22 eine definierte Innenkontur des herzustellenden Kunststoff-Formteiles mit einer glatten Oberfläche erzeugt wird. Die Erzeugung einer definierten Innenkontur mit einer entsprechenden Oberflächenqualität ist insbesondere für eine spätere passgenaue Verbaubarkeit des hergestellten Kunststoff- Formteiles unerlässlich.

Als poröses gasdurchlässiges Material kommt ein entsprechendes Sintermaterial, Gussmaterial oder ein Galvanomaterial zum Einsatz. Zur Erzeugung einer entsprechenden Oberflächenqualität der Patrize 22 kann die Oberfläche der Patrize 22 mit einer zusätzlichen galvanischen Beschichtung versehen werden.

An dem Formstempel 10 ist eine Kühlluftzuführung 30 angeordnet, mit der Kühlluft in den Hohlraum 28 des Formstempels 10 geblasen wird. Durch die Kühlluft wird die Innenfläche der Patrize 22 gekühlt, so dass zwischen der expandierenden Kunststoffschicht 16 und der Oberfläche der Patrize 22 ein Temperaturunterschied entsteht. Durch die zusätzliche Kühlung der Patrize 22 entsteht auf der der Patrize 22 zugewandten Oberfläche der expandierenden Kunststoffschicht 16 eine Kunststoffhaut. Durch die Bildung der Kunststoffhaut wird ein Eindringen von expandierendem Material in die Poren 20 und in die Mikrolöcher 18 beziehungsweise in die Bohrungen 26 der Patrize 22 weitestgehend ausgeschlossen, so dass die durch die Patrize 22 eingeschlossene Gasmenge durch die Wandung der Patrize 22 ohne größere Beeinträchtigung abgeführt werden kann. Die Abkühlung der Patrize 22 wird durch die vergrößerte Oberfläche infolge des Einsatzes von porösem Material beziehungsweise durch die in der Wandung der Patrize 22 eingebrachten Bohrungen 26 zusätzlich verstärkt, wodurch die Hautbildung auf der Oberfläche der Schaumschicht verstärkt wird.

In dem Fall, dass in der Wandung der Patrize 22 mehrere Bohrungen 26 zur Abführung des in dem Formhohlraum 24 eingeschlossenen Gasvolumens angeordnet sind, kann die Patrize 22 entsprechend den Materialbedingungen des herzustellenden Kunststoff-Formteiles aus Stahl, Aluminium, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material gefertigt werden. Die Bohrungen 26 in der Wandung der Patrize 22 sind, wie in Fig. 3 dargestellt, konisch ausgeführt. Der kleinere Bohrungsquerschnitt befindet sich dabei auf der Seite der Patrizenoberfläche, während der größere Bohrungsquerschnitt sich auf der Innenseite der Patrize 22 befindet. Durch die Anordnung der Bohrungen 26 werden hinsichtlich der Gasabführung und der Kühlung der Patrize 22 prinzipiell die gleichen Effekte erzielt, die auch bei der Verwendung eines porösen gasdurchlässigen Materials eintreten.

Nach dem Aushärtungsprozess der expandierenden Kunststoffschicht 16 und Herausfahren des Formstempels 10 mit dem Kunststoff-Formteil aus der Galvanoform 12 wird das so hergestellte Kunststoff-Formteil von der Patrize 22 entformt. Erfindungsgemäß wird dabei zum Entformen des Kunststoff-Formteils von der Patrize 22 der Oberfläche der Kunststoffschicht 16 über die gasdurchlässige Wandung der Patrize 22 Druckluft zugeführt. Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Druckluftzuführung über die am Formstempel 10 angeordnete Kühlluftzuführung 30. Die über die gasdurchlässige Wandung der Patrize 22 zugeführte Druckluft bewirkt, dass sich zwischen der Oberfläche der Patrize 22 und der Kunststoffschicht 16 ein Luftpolster bildet und somit das hergestellte Kunststoff-Formteil ohne Beschädigungen von der Patrize 22 abgenommen werden kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass bei der Herstellung eines Kunststoff-Formteiles die in der Herstellungsform eingeschlossenen Gasansammlungen abgeführt und somit Lunkerbildungen in der Schaumschicht und eine ungleichmäßige Oberfläche der Innenkontur des Formteiles weitestgehend vermieden werden. Eine Beeinträchtigung der Zellstruktur und Zellverteilung durch die mittels Formstempel in die Schaumschicht gedrückten Gase wird somit auch vermieden. Dadurch werden insgesamt die Qualität und die Maßhaltigkeit des herzustellenden Kunststoff-Formteiles verbessert. Außerdem werden Beschädigungen am Kunststoff-Formteil beim Entformen des Formteils vom Formstempel beziehungsweise von der Patrize weitestgehend vermieden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Formstempel

12

Galvanoform

14

erste Kunststoffschicht

16

zweite Kunststoffschicht

18

Mikroloch

20

Materialpore

22

Patrize

24

Formhohlraum

26

Bohrungen

28

Hohlraum

30

Kühlluftzuführung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles, wobei an einer Kontur einer Galvanoform (12) eine erste Kunststoffschicht (14) erzeugt wird, anschließend auf der ersten Kunststoffschicht (14) eine zweite expandierende Kunststoffschicht (16) erzeugt wird, deren Innenkontur durch eine Patrize (22) eines Formstempels (10) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung der Lunkerbildung in der expandierenden Kunststoffschicht (16) das bei dem Formgebungsprozess zwischen der expandierenden Kunststoffschicht (16) und der Patrize (22) des Formstempels (10) eingeschlossene Gasvolumen durch eine gasdurchlässige Wandung der Patrize (22) abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des abgeführten Gasvolumens ein beim Expandieren der Kunststoffschicht (16) entstehendes Prozessgas ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des abgeführten Gasvolumens die zwischen Patrize (22) und expandierender Kunststoffschicht (16) eingeschlossene Luft ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Hohlraum (28) des Formstempels (10) Kühlluft zugeführt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles, wobei an einer Kontur einer Galvanoform (12) eine erste Kunststoffschicht (14) erzeugt wird, anschließend auf der ersten Kunststoffschicht (14) eine zweite expandierende Kunststoffschicht (16) erzeugt wird, deren Innenkontur durch eine Patrize (22) eines Formstempels (10) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aushärtungsprozess der expandierenden Kunststoffschicht (16) und Herausfahren des Formstempels (10) mit dem Kunststoff- Formteil aus der Galvanoform (12) zum Entformen des Kunststoff-Formteils der Oberfläche der Kunststoffschicht (16) über eine gasdurchlässige Wandung der Patrize (22) Druckluft zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles mit einer die Außenkontur des Kunststoff-Formteiles bestimmenden Galvanoform (12) und einer die Innenkontur des Kunststoff-Formteiles definierenden Patrize (22) eines Formstempels (10), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) gasdurchlässig ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) aus einem porösen gasdurchlässigen Material besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) aus einem porösen gasdurchlässigen Sintermaterial besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) aus einem porösen gasdurchlässigen Gussmaterial besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) aus einem porösen gasdurchlässigen Galvanomaterial besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (20) in der Patrize (22) in Richtung Forminnenkörper offen und in Richtung Patrizenoberfläche mit wenigstens einem Mikroloch (18) versehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (22) des Formstempels (10) als Hohlkörper ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Patrize (22) des Formstempels (10) über den Umfang verteilt mehrere Bohrungen (26) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Patrize (22) angeordneten Bohrungen (26) konisch ausgebildet sind, wobei der kleinere Bohrungsquerschnitt auf der Seite der Patrizenoberfläche angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Patrize (22) galvanisch beschichtet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Formstempel (10) eine Kühlluftzuführung (30) angeordnet ist, die in einen Hohlraum (28) des Formstempels (10) mündet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entformen des Kunststoff-Formteils von der Patrize (22) des Formstempels (10) über die Kühlluftzuführung (30) und der gasdurchlässigen Patrize (22) Druckluft zuführbar ist.