DE60315625T2

DE60315625T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE60315625T2
Application number: DE60315625T
Authority: DE
Inventors: Franco Cesano
Original assignee: CRS Srl CT RICERCHE E SPERIMEN; Centro Ricerche e Sperimentazioni Srl CRS
Current assignee: CRS Srl CT RICERCHE E SPERIMEN; Centro Ricerche e Sperimentazioni Srl CRS
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: DE60315625D1; EP1495850A1; EP1495850B1; ES2291566T3; ATE369960T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses, das aus thermoplastischen und wärmehärtbaren Materialien gemäß den Oberbegriffen der angehängten Ansprüche 1, 5 hergestellt wird.
Die Erfindung wurde insbesondere für die Herstellung von Erzeugnissen entwickelt, die durch Formpressen einer oder mehrerer Platten oder eines Sandwiches zwischen zwei erhitzten Halbformen, die mit entsprechenden Formpressflächen versehen sind, geformt werden. Für die Herstellung der Erzeugnisse aus einem wärmehärtbaren Material werden Platten oder Lagen verwendet, die aus Fasern bestehen, die in einem wärmehärtbaren Kunstharz, zunächst in dem viskosen oder plastischen Zustand, eingefügt sind. Das Material in der Lagen- oder Plattenform wird zwischen den Formpressflächen von zwei Halbformen gepresst, die mit Bezug aufeinander zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position beweglich sind. Während der Kompression in der Form wird das wärmehärtbare Material in Kontakt mit den zwei Halbformen erhitzt, bis die Polymerisation und Härtung des wärmehärtbaren Kunstharzes erreicht wird.
In vielen technischen Bereichen, insbesondere in der Automobilindustrie, besteht ein Bedarf dafür, Verstärkungsbereiche oder Befestigungsmaterialien zur Verfügung zu stellen, die aus einem thermoplastischen Material auf einer oder mehreren Flächen eines Erzeugnisses hergestellt sind, das aus einem wärmehärtbaren Material hergestellt wird, und das durch Formpressen erhalten wird. Die gegenwärtige Technologie für die Herstellung von Erzeugnissen für die Automobilindustrie, die durch Formpressen eines wärmehärtbaren Materials erhalten werden, erfordert, dass separat durch Spritzgießen Verstärkungselemente oder Befestigungselemente hergestellt werden, die in einem Schritt, der dem Thermo – Formpressen des wärmehärtbaren Materials folgt, an einer oder mehreren Seiten des Erzeugnisses, das aus einem wärmehärtbaren Material hergestellt ist, durch Kleben, Schweißen oder durch mechanische Befestigungsmittel befestigt werden.
In dem Bereich des Formens von Erzeugnissen, die aus einem pressgeformten thermoplastischen Material hergestellt werden, ist bereits ein Verfahren zum Formen mithilfe von Spritzgießen einer Komponente, die an einer Oberfläche einer Platte verankert wird, die aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist, während die genannte Platte zwischen zwei sich gegenseitig gegenüberliegenden Oberflächen von zwei Halbformen formgepresst wird, vorgeschlagen worden. Es offenbart z.B. das Dokument EP -A- 1 153 725 von demselben Anmelder ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Spritzgießhohlraum zur Verfügung stellen, der in einer der zwei Halbformen erhalten wird, und der auf der Formpressfläche derselben Halbform durch einen verengten Abschnitt endet, um zu verhindern, dass das Spritzgießmaterial die Formpressplatte beschädigt.
Diese Technologie kann jedoch nicht direkt auf den Bereich des Thermo-Formpressens von Erzeugnissen transferiert werden, die aus wärmehärtbaren Materialien hergestellt sind. Während des Formpressens kann das wärmehärtbare Material an den Platten in den Bereich eindringen, in den das thermoplastische Material zu spritzen ist. Dieses ist aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens von wärmehärtbaren Materialien im Verhältnis zu thermoplastischen Materialien während des Formpressens insbesondere der Fall, wenn eine Spritzgusskomponente auf einem ausgedehnten Oberflächenbereich eines Erzeugnisses ausgebildet werden soll, das aus einem wärmehärtbaren Material hergestellt ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses durch Formpressen zur Verfügung zu stellen, das aus einem wärmehärtbaren Material hergestellt ist, und zum gleichzeitigen Ausbilden von Hilfskomponenten durch Spritzgießen, die aus thermoplastischem Material hergestellt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das genannte Ziel durch eine Vorrichtung und durch ein Verfahren erreicht, die die Eigenschaften aufweisen, die in den Ansprüchen 1, 5 dargelegt sind. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die vorliegende Erfindung soll nunmehr in Ausführlichkeit mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, die lediglich als nicht einschränkende Beispiele zur Verfügung gestellt werden, in denen:
1 bis 3 schematische Ansichten sind, die drei Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
4 eine schematische perspektivische Ansicht des Teils ist, der durch den Pfeil IV in 1 bezeichnet ist,
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Erzeugnisses ist, das mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden kann, und
6 und 7 eine Schnittansicht und eine Draufsicht gemäß der Linie VI-VI und gemäß dem Pfeil VII von 5 sind.
Mit Bezug auf die 1 bis 3 bezeichnen die Bezugszeichen 10 und 12 schematisch zwei Halbformen einer Formpressvorrichtung insbesondere zum Thermo-Formpressen von wärmehärtbaren Kunststoffmaterial. Die Halbformen 10, 12 sind mit jeweiligen Formflächen 14, 16 versehen, und sie sind zwischen einer offenen Position, die in 1 gezeigt ist, und einer geschlossenen Position, die in den 2 und 3 gezeigt ist, beweglich. Die Halbformen 10, 12 sind aus einem metallischen Material hergestellt und sind mit bekannten Heizmitteln (nicht gezeigt) versehen, um die Halbformen auf eine Temperatur zu bringen, die der Polymerisationstemperatur des zu formenden Materials gleich ist oder darüber liegt.
Mit Bezug insbesondere auf 4 wird in zumindest einer der zwei Halbformen 10, 12, z.B. in der unteren Halbform 12, zumindest ein Spritzgießbereich erhalten, der mit 18 bezeichnet ist. Der Spritzgießbereich 18 ist mit der Formfläche 16 verbunden und steht in einer Fluidverbindung mit zumindest einem Einspritzkanal 20, der mit einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Kunststoffmaterials unter Druck (nicht gezeigt) verbunden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Spritzgießbereich 18 eine Mehrzahl von Abstandselementen, die so positioniert sind, dass sie verhindern, dass durch Thermopressen zwischen den Flächen 14, 16 der Halbformen 10, 12 zu formendes Material den Spritzgießbereich 18 füllt. In der lediglich als Beispiel in den Figuren veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Spritzgießbereich 18 eine untere Fläche 24, die relativ zu der Formfläche 16 emiedrigt ist, und von der eine Mehrzahl an Abstandselementen 22 hervorragen, die z.B. zapfenförmig sind, und vorzugsweise in der Halbform integriert sind. Die Abstandselemente 22 haben jeweilige obere Stützflächen 26, die sich oberhalb oder unterhalb einer Ebene tangential zu der Formfläche 16 erstrecken können. Der Spritzgießbereich 18 kann mit Aufnahmen oder Hohlräumen versehen werden, die dazu gedacht sind, mit eingespritztem Kunststoffmaterial gefüllt zu werden. In dem Beispiel, das in den Figuren veranschaulicht wird, ist der Spritzgießbereich 18 mit einer Rille 28 mit einem V-förmigen Querschnitt versehen, deren Basis auf der unteren Fläche 24 des Spritzgießbereichs 18 endet, und deren Scheitelbereich mit zumindest einem Einspritzkanal 20 verbunden ist. Die Form der Aufnahmen oder Hohlräume, die in dem Spritzgießbereich 18 zur Verfügung gestellt werden, kann von Fall zu Fall variieren und wird zu derjenigen der Komponente oder der Komponenten komplementär sein, die durch Spritzgießen zu formen ist oder zu formen sind.
Mit Bezug auf 1 werden in dem ersten Arbeitsschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung eine oder mehrer Platten 30 aus einem wärmehärtbaren Material in dem plastischen Zustand zwischen den Halbformen 10, 12 in geöffneter Position platziert. Es sollte sich verstehen, dass eine Bezugnahme hierin auf eine Platte aus einem wärmehärtbaren Material immer die Verwendung von zwei oder mehr Platten oder von sogenannten Sandwiches oder Agglomeraten, die in dem Bereich von Formkomponenten, die aus einem wärmehärtbaren Material hergestellt werden, wohl bekannt sind, einschließt. Die anfängliche Dicke der Platte aus einem wärmehärtbaren Material 30 wird mit S bezeichnet.
In einem zweiten Arbeitsschritt, der schematisch in 2 gezeigt ist, sind die Halbformen 10, 12 geschlossen, und es wird das wärmehärtbare Material 30 zwischen den Formpressflächen 14, 16 gepresst, bis es eine Dicke S' erreicht, die merklich kleiner als die anfängliche Dicke S ist. Wie es in 2 gezeigt ist, dienen die Abstandselemente dem Zweck, während des Pressens der Platte aus einem wärmehärtbaren Material 30 von der anfänglichen Dicke S zu der endgültigen Dicke S2 das Material, das die Platte 30 bildet, daran zu hindern, in den Spritzgießbereich 18 zu gelangen und das Volumen zu füllen, das dazu gedacht ist, mit eingespritztem Material gefüllt zu werden. Die Form, die Abmessungen und die Anzahl der Abstandselemente 22 kann gemäß der Form und den Abmessungen des Spritzgießbereichs 18 und gemäß der Art des Materials, das die Platte 30 bildet, und dem Grad der Kompression, der die Platte unterliegt, variieren.
In dem Arbeitsschritt, der schematisch in 2 gezeigt ist, erwärmt sich die Platte aus einem wärmehärtbaren Material 30 in Kontakt mit den Halbformen 10, 12, bis die Poly merisationstemperatur des wärmehärtbaren Materials erreicht wird. Gleichzeitig oder nach einer ausreichenden Zeit, um die Bedingungen einer teilweisen oder vollständigen Aushärtung der Platte 30 zu erreichen, wird ein thermoplastisches Material in den Spritzgießbereich 18 durch den Einspritzkanal oder die Einspritzkanäle 20 eingespritzt. Das thermoplastische Material wird bei einer Temperatur eingespritzt, die merklich höher als die Temperatur der Halbformen 10, 12 ist. z.B. können die Halbformen 10, 12 auf eine Temperatur der Größenordnung 110-130 °C erhitzt werden, während das thermoplastische Material in den Spritzgießbereich 18 bei einer Temperatur von z.B. in der Größenordnung 210-230 °C eingespritzt wird. Das Material, das in den Spritzgießbereich 18 eingespritzt wird, kühlt sich in Kontakt mit den Wänden, die den Spritzgießbereich 18 bilden, auf eine Temperatur ab, die es erlaubt, eine hinreichende Kompaktheit des Einspritzkunststoffmaterials zu erhalten, so dass es seine eigene Form beibehalten wird. 3 zeigt den Spritzgussschritt, der sofort nachdem oder während die zumindest teilweise gehärtete wärmehärtbare Platte 30 zwischen den Halbformen 10, 12 gepresst worden ist oder gepresst wird. Am Ende des Einspritzens und teilweisen Kühlens und Härtens des eingespritzten thermoplastischen Materials werden die Halbformen 10, 12 geöffnet, und es wird das fertiggestellte Erzeugnis herausgenommen.
Die 5, 6 und 7 zeigen schematisch das Erzeugnis, das an dem Ende des Formverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Das genannte Erzeugnis umfasst eine oder mehrere Platten, ein Sandwich oder Agglomerat, 30 aus einem wärmehärtbaren Material, das durch Thermopressen geformt ist, und zumindest eine spritzgegossene Komponente 32, die integral auf einer Oberfläche der Platte 30 ausgebildet ist. Die Komponente 32 hat eine Form, die derjenigen des Spritzgießbereichs 18 komplementär ist, und sie umfasst in dem Beispiel, das in den Figuren gezeigt ist, einen Sockel 34, von dem eine Rippe 36 mit einem V-förmigen Abschnitt herausragt. Auf dem Sockel 34 ist eine Mehrzahl von Öffnungen 38 in Übereinstimmung mit den Abstandselementen 22 ausgebildet.

Claims

Vorrichtung zum Formen eines aus wärmehärtbarem und thermoplastischem Material hergestellten Erzeugnisses, umfassend: – eine erste und eine zweite Halbform (10, 12), die mit jeweiligen Formpressflächen (14, 16) versehen sind, die geeignet sind, eine oder mehrere aus wärmehärtbarem Material hergestellte Platten (30), Sandwich oder Agglomerat, zwischen ihnen zu pressen; und – wenigstens einen Spritzgießbereich (18), der eine Kammer umfasst, die mit wenigstens einer der Formpressflächen (14, 16) in Verbindung steht und in die bei Gebrauch thermoplastisches Material eingespritzt wird; dadurch gekennzeichnet, dass sie Abstandseinrichtungen (22), die in dem Spritzgießbereich (18) bereitgestellt sind, umfasst, wobei sich die Abstandseinrichtungen (22) in der Kammer erstrecken und so positioniert sind, dass verhindert wird, dass die Platte (30) in den Spritzgießbereich (18) eindringt, wenn sie zwischen den Formpressflächen (14, 16) gepresst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandseinrichtungen mit einer der Halbformen (10, 12) integral sind und von wenigstens einer Fläche (24) des Spritzgießbereichs (18) vorstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandseinrichtungen eine Vielzahl zapfenförmiger Elemente (22) umfasst, die von einer unteren Fläche (24) des Spritzgießbereichs (18) vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Elemente (22) jeweilige Tragflächen (26) aufweisen, die dazu bestimmt sind, mit einer Fläche der Platte (30) in Kontakt zu kommen.
Verfahren zum Formen eines aus wärmehärtbarem und thermoplastischem Material hergestellten Erzeugnisses, die folgenden Schritte umfassend: – Pressen einer Platte aus formbarem wärmehärtbarem Material zwischen zwei einander gegenübertiegenden Formflächen (14, 16); – Bereitstellen wenigstens eines Spritzgießbereichs (18), der eine Kammer umfasst, die mit wenigstens einer der Formflächen (14, 16) in Verbindung steht; und – Einspritzen thermoplastischen Materials in Kontakt mit einem Flächenabschnitt der Platte (30) in die Kammer des Spritzgießbereichs (18); dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Bereitstellens von Abstandseinrichtungen (22) in dem Spritzgießbereich (18) umfasst, die sich in der Kammer erstrecken und so positioniert sind, dass das Eindringen der Platte (30) in den Spritzgießbereich (18) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Erwärmens der Platte (30) in Kontakt mit den Halbmasken (10, 12) bis zum Erreichen einer Polymerisationstemperatur des Kunststoffmaterials, das die Platte (30) bildet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Erwärmens des thermoplastischen Materials vor dessen Einspritzung in den vorgenannten Spritzgießbereich (18) und des Abkühlens des thermoplastischen Materials in Kontakt mit den Halbformen (10, 12) herunter auf eine Temperatur partieller Härtung umfasst.