DE10062557A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles durch ein Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen insbesondere eines Fahrzeuginnenausstattungs-Formteiles durch ein Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren oder ein daraus abgeleitetes Spritzguss-Integralschaum-Verfahren, wobei eine mit Treibmittel versehene thermoplastische Kunststoffmasse in den Formhohlraum eines geeigneten Werkzeuges eingebracht und danach durch Vergrößerung des Formhohlraumes aufgeschäumt wird. Erfindungsgemäß werden vor der Vergrößerung des Formhohlraumes am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken ausgebildet, die maximal in der Größenordnung von 1,5 mm bis 2,5 mm liegen. Dabei können vor der Vergrößerung des Formhohlraumes (1) am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken mit verschiedenen Maßen ausgebildet werden. Am Formteil kann zumindest ein Bereich vorgesehen sein, in welchem kein Aufschäumen der Kunststoffmasse erfolgt oder zugelassen wird. Die Vergrößerung des Formhohlraumes kann durch teilweises Öffnen des Werkzeuges und/oder durch Verlagerung eines bspw. in der beweglichen Werkzeug-Formhälfte vorgesehenen Schiebers erfolgen, wobei die Verlagerungsrichtung des Schiebers ungleich der Bewegungsrichtung dieser Werkzeug-Formhälfte ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen Kunststoff-Formteiles, insbesondere eines Fahrzeuginnenausstattungs-Formteiles durch ein Ther­ moplast-Schaumspritzgießverfahren oder ein daraus abgeleitetes Spritz­ guss-Integralschaum-Verfahren, wobei eine mit Treibmittel versehene ther­ moplastische Kunststoffmasse in den Formhohlraum eines geeigneten Werkzeuges eingebracht und danach durch Vergrößerung des Formhohl­ raumes aufgeschäumt wird.

Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE-OS 24 16 694 verwiesen.

Grundsätzlich ist das bekannte Verfahren nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, zur Durchführung dessen in der genannten Schrift eine Vorrich­ tung beschrieben ist und das auch unter der Bezeichnung "Atmungs- Verfahren" bekannt ist, vorteilhaft, da mit relativ kurzen Arbeitstakt- Zyklenzeiten Formteile mit relativ glatter Oberfläche gefertigt werden können. Tatsächlich erstarrt nämlich mit dem Einbringen der Kunststoffmasse in den noch nicht vergrößerten Formhohlraum die mit der Formhohlraum- Oberfläche in direkten Kontakt kommende Kunststoffmasse blasenfrei, wäh­ rend die sich weiter innen (zentraler) im Formhohlraum befindende Kunst­ stoffmasse nach Vergrößerung des Formhohlraumes aufschäumt.

Dieses bekannte Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 kann nun mit der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden, indem vor der Vergrößerung des Formhohlraumes am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken ausgebildet werden, die maximal in der Größenordnung von 1,5 mm bis 2,5 mm liegen (= Aufgabe und Lösung der vorliegenden Erfin­ dung). Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Grundsätzlich besteht das Bedürfnis, Formteile bspw. für die Innenausstat­ tung von Fahrzeugen (insbesondere Personenkraftwagen) so leicht als mög­ lich, d. h. gewichtsreduziert oder gewichtsoptimiert zu fertigen.

Dies ist mit dem vorteilhaften Spritzguss-Integralschaum-Verfahren oder dgl. dann mög­ lich, wenn erfindungsgemäß das Formteil mit möglichst dünnen Wandstär­ ken ausgebildet wird. Werden nämlich an einem herkömmlichen, nicht nach dem sog. "Atmungs-Verfahren" gefertigten Spritzguss-Formteil dessen Wandstärken immer weiter reduziert, so wird dieses Formteil in sich instabil und es können Verzüge oder Verwerfungen auftreten. Dieser unerwünschte Effekt wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass ein Spritzguss- Integralschaum-Verfahren oder dgl. zur Anwendung kommt, d. h. dass das Formteil partiell aufgeschäumt wird, wodurch eine Stabilitätserhöhung erzielt wird. Dabei ist die angestrebte Gewichtsreduzierung dadurch erzielbar, dass das (noch nicht vollendete) Formteil vor dem Aufschäumen äußerst dünn­ wandig geformt wird, d. h. dass das noch nicht aufgeschäumte Formteil im wesentlichen keine Wandstärken aufweist, die oberhalb von 2,5 mm liegen. Dieser sog. Dünnwand-Spritzguss wurde bislang, d. h. im bekanten Stand der Technik, in Verbindung mit einem Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren oder einem daraus abgeleiteten Spritzguss-Integralschaum-Verfahren noch nicht realisiert. Nach dem (partiellen) Aufschäumen kann dann das Wand­ stärken-Maß des Formteiles durchaus in der Größenordnung von 4 mm lie­ gen, wobei lediglich soviel Kunststoffmasse vorhanden ist, wie für ein ver­ gleichbares unaufgeschäumtes Formteil mit maximal 2,5 mm Wandstärke benötigt wird.

Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens können vor der Vergrößerung des Formhohlraumes am noch nicht voll­ endeten Formteil Wandstärken mit verschiedenen Maßen ausgebildet wer­ den. Dies kann dazu führen, dass in Bereichen, in denen die Wandstärken vor dem Aufschäumen noch erheblich unter 1,5 mm liegen, nach Vergrößern des Formhohlraumes kein Aufschäumen erfolgt, da diese Bereiche bereits vor dem Vergrößern des Formhohlraumes erstarrt sind. Am fertigen (aufge­ schäumten) Formteil sind somit Abschnitte oder Bereiche mit extrem dünnen Wandstärken erzielbar, die ggf. - falls dies erwünscht ist - sogar leicht trans­ parent erscheinen können bzw. derart dünn ausgebildet sein können.

Es ist aber auch möglich, am Formteil zumindest einen Bereich vorzusehen, in welchem kein Aufschäumen der Kunststoffmasse zugelassen wird, d. h. dass in einem bestimmten Oberflächenbereich des Formteiles keine Vergrö­ ßerung des Formhohlraumes erfolgt, so wie dies auch in einer der beiden beigefügten und im folgenden erläuterten Prinzipskizzen dargestellt ist, die stark abstrahierte Schnitte durch ein Werkzeug jeweils bei zwei verschiede­ nen Verfahrensschritten zeigen. Dabei sind die beiden Werkzeuge gemäß den beigefügten Fig. 1 und 2 derart gestaltet, dass zumindest teilweise die hinsichtlich des Fertigungsablaufes vorteilhaften Merkmale der Ansprü­ che 4 bis 6 umgesetzt werden können, nämlich dass die Vergrößerung des Formhohlraumes durch Verlagerung eines bspw. in der beweglichen Werk­ zeug-Formhälfte vorgesehenen Schiebers erfolgt, wobei die Verlagerungs­ richtung des Schiebers ungleich der Bewegungsrichtung dieser Werkzeug- Formhälfte ist. Zusätzlich oder stattdessen kann auch das Werkzeug gering­ fügig geöffnet, d. h. eine Werkzeug-Formhälfte verlagert werden, wobei vor­ teilhafterweise für einen sich durch die Vergrößerung des Formhohlraumes an dessen Randbereich bildenden Spalt keine Tauchkante oder dgl. vorge­ sehen werden muss.

In jeder linken Bildhälfte der Fig. 1 und 2 ist jeweils der Zustand vor der Vergrößerung des Formhohlraumes und in jeder rechten Bildhälfte der Zu­ stand nach der Vergrößerung des Formhohlraumes dargestellt. Mit der Be­ zugsziffer 1 ist der sich selbstverständlich auch senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Formhohlraum eines Werkzeuges bezeichnet, das zum Her­ stellen insbesondere eines Fahrzeuginnenausstattungs-Formteiles durch ein Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren oder ein daraus abgeleitetes Spritzguss-Integralschaum-Verfahren herangezogen wird. Dieses Werkzeug besteht aus einer unbeweglichen Unterform 2 sowie einer beweglichen Werkzeug-Formhälfte 3, auch Oberform 3 genannt, die - wenn sich die Ober­ form 3 in den figürlich dargestellten Arbeitspositionen befindet - zwischen sich den Formhohlraum 1 einschließen. In diesem Formhohlraum 1 kann ein Formteil nach dem genannten Fertigungsverfahren, einem sog. Atmungs- Verfahren, hergestellt werden.

Die Bewegungsrichtung 4 der beweglichen Werkzeug-Formhälfte 3 verläuft vertikal, wobei nach erfolgter Herstellung eines Formteiles die Oberform 3 soweit von der Unterform 2 weggefahren wird, dass dieses (hier im Quer­ schnitt bspw. im wesentlichen U-förmige und dabei "auf dem Kopf stehen­ de") Formteil aus dem Werkzeug entnommen bzw. von der Unterform 2 abgenommen werden kann. Die Oberform 3 bzw. die bewegliche Formhälfte 3 ist jedoch mehrteilig aufgebaut und besteht neben einem Haupt- und Trägerteil 3a aus zwei in diesem ihrerseits beweglich gelagerten Schiebern 3b, 3b', die jeweils mittels sog. Schloss-Schieber 3c, 3c' gehalten bzw. geringfügig gegenüber dem Haupt- und Trägerteil 3a freigegeben werden. Hierzu sind die Schloss-Schieber 3c, 3c' geringfügig gemäß Peilrichtung 4 verfahrbar.

Die mögliche Verlagerungsrichtung 5 bzw. 5' der Schieber 3b, 3b' verläuft in Horizontalrichtung (und somit ungleich der Bewegungsrichtung 4 der gesam­ ten beweglichen Formhälfte 3) zueinander entgegengesetzt, d. h. der links­ seitige Schieber 3b' kann von der jeweils in der linken Bildhälfte bzw. Werkzeughälfte dargestellten Ausgangsposition gemäß Pfeilrichtung 5' geringfü­ gig nach links und der rechtsseitige Schieber 3b kann gemäß Pfeilrichtung 5 geringfügig nach rechts verlagert werden. Der rechtsseitige Schieber 3b ist bereits in seiner entsprechend verlagerten Position dargestellt. Dabei kann diese Verlagerung der Schieber 3b, 3b' erst dann erfolgen, wenn die jeweili­ gen Schloss-Schieber 3c, 3c' von ihrer (jeweils linksseitig dargestellten) Aus­ gangsposition aus geringfügig gemäß Peilrichtung 4 nach oben verfahren wurden, so wie dies für den rechtsseitigen Schloss-Schieber 3c gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf zunächst Fig. 1 ist der Fertigungsablauf für ein er­ findungsgemäß hergestelltes Formteil wie folgt:
Bei geschlossenem (linksseitig dargestellten) Werkzeug wird in dessen Formhohlraum 1 eine mit Treibmittel versehene thermoplastische Kunst­ stoffmasse eingebracht, wobei der angelegte bzw. anliegende Druck derart hoch ist, dass kein Aufschäumen dieser Kunststoffmasse - ausgelöst durch das Treibmittel - erfolgen kann. Die dann mit der Formhohlraum-Oberfläche in direkten Kontakt kommende Kunststoffmasse erstarrt blasenfrei, während die sich weiter innen (zentraler) im Formhohlraum 1 befindende Kunststoff­ masse flüssig bleibt. Danach werden die beiden Schloss-Schieber 3c, 3c' gelöst, d. h. geringfügig gemäß Pfeilrichtung 4 verfahren, wonach die beiden Schieber 3b, 3b' gemäß Pfeilrichtung 5 bzw. 5' verlagert werden, so wie dies in der rechten Bildhälfte (d. h. für die rechte Werkzeughälfte) dargestellt ist. Aufgrund dieser Vergrößerung des Formhohlraumes 1 sowie des daraus resultierenden Druckabbaus kann nun die noch nicht erstarrte Kunststoff­ masse aufschäumen, was eine entsprechende Wandstärkenvergrößerung des Formteiles bewirkt. Während nämlich die Wandstärke des noch nicht vollendeten Formteiles - diese entspricht dem linksseitig dargestellten Schenkel des U-förmigen (und dabei auf dem Kopf stehenden) Formhohl­ raumes 1 - das Maß x' besitzt, besitzt die Wandstärke des vollendeten Form­ teiles - diese entspricht dem rechtsseitig dargestellten Schenkel des U- förmigen Formhohlraumes 1 - das demgegenüber größere Maß x.

Wie ersichtlich erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Vergrößerung des Formhohlraumes 1 lediglich im Bereich von dessen bei­ den seitlichen Schenkeln, da lediglich die beiden Schieber 3b, 3b' geringfü­ gig verlagert werden. Im horizontalen, die beiden seitlichen Schenkel mitein­ ander verbindenden Abschnitt des Formhohlraumes 1 erfolgt hingegen keine Vergrößerung desselben, so dass in diesem Bereich des entsprechend ge­ fertigten Formteiles auch kein Aufschäumen der Kunststoffmasse erfolgt. In diesem besagten Bereich bleibt somit das ursprüngliche Wandstärkenmaß x' auch am fertigen (vollendeten) Formteil erhalten.

Abweichend hiervon erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine Vergrößerung des Formhohlraumes 1 nicht nur im Bereich von dessen bei­ den seitlichen Schenkeln, sondern auch im horizontalen, die beiden seitli­ chen Schenkel miteinander verbindenden Abschnitt des Formhohlraumes 1. Hierzu werden nach dem Befüllen des Formhohlraumes 1 mit unter entspre­ chendem Druck stehender und mit Treibmittel versehener Kunststoffmasse nicht nur die beiden Schiebern 3b, 3b' geringfügig verlagert, sondern es wird auch das Haupt- und Trägerteil 3a geringfügig gemäß Bewegungsrichtung 4 verfahren. Dabei erfolgt auch in dieser Bewegungsrichtung 4 eine Relativ­ bewegung zwischen dem Haupt- und Trägerteil 3a der Oberform 3 und den Schiebern 3b, 3b' dieser beweglichen Werkzeug-Formhälfte 3. Die Trennfu­ ge 6 zwischen den Schiebern 3b, 3b' und der Unterform 2 bleibt somit ge­ schlossen (wobei jedoch grundsätzlich auch die Schieber 3b, 3b' zurückge­ zogen werden könnten).

Wie aus der Figurendarstellung ersichtlich wird, wird durch die zusätzliche geringfügige Verschiebebewegung des Haupt- und Trägerteiles 3a auch im horizontalen, die beiden seitlichen Schenkel miteinander verbindenden Ab­ schnitt des Formhohlraumes 1 die Wandstärke ausgehend vom Maß x' auf das Maß x vergrößert, so dass auch in diesem Bereich des Formteiles ein Aufschäumen erfolgt. Besonders sei darauf hingewissen, dass sich bei die­ sem Ausführungsbeispiel durch die vertikale Verlagerung des Haupt- und Trägerteils 3a gegenüber den (gemäß der Schilderung und der Figurendar­ stellung hier) lediglich horizontal verlagerten Schiebern 3b, 3b zwar der rechtsseitg dargestellte, hier horizontal verlaufende Spalt zwischen dem Haupt- und Trägerteil 3a und den Schiebern 3b, 3b' bildet, d. h. im Randbe­ reich des Formhohlraumes 1 liegt dann ein Spalt im Werkzeug vor. Jedoch stellt dieser Spalt insofern kein Problem dar, als die (bei noch nicht verlager­ ter Formhälfte) bereits abgekühlte Kunststoffhaut des zu formenden Formtei­ les mit Entstehen dieses Spaltes lediglich geringfügig gedehnt und dabei geringfügig in den Spalt hineingedrückt wird, dabei jedoch bereits stabil ge­ nug ist, um die noch flüssige Kunststoffschmelze zurückzuhalten und somit nicht in den Spalt austreten zu lassen.

Wie bereits vor der Beschreibung der beiden Figuren ausführlich erläutert wurde, werden vor der Vergrößerung des Formhohlraumes 1 am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken ausgebildet, die maximal in der Größen­ ordnung von 1,5 mm bis 2,5 mm liegen, d. h. das Wandstärken-Maß x' liegt in der Größenordnung von 1,5 mm bis 2,5 mm. Das demgegenüber größere Wandstärkenmaß x des vollendeten Formteiles bzw. des durch Verlagerung der Schieber 3b, 3b' und /oder des Haupt- und Trägerteiles 3a vergrößerten Formhohlraumes 1 kann dabei in der Größenordnung von 4,0 mm liegen. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Vergrößerung des Formhohlraumes 1 auch alleine durch entsprechendes Verschieben der Oberform 3, d. h. durch ein teilweises Öffnen des Werkzeu­ ges erfolgen kann, wie überhaupt eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein bzw. durchgeführt werden kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen insbesondere eines Fahrzeuginnenaus­ stattungs-Formteiles durch ein Thermoplast-Schaumspritzgieß­ verfahren oder ein daraus abgeleitetes Spritzguss-Integralschaum- Verfahren, wobei eine mit Treibmittel versehene thermoplastische Kunststoffmasse in den Formhohlraum (1) eines geeigneten Werk­ zeuges eingebracht und danach durch Vergrößerung des Formhohlraumes (1) aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vergrößerung des Formhohl­ raumes (1) am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken (x') ausgebildet werden, die maximal in der Größenordnung von 1,5 mm bis 2,5 mm liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vergrößerung des Formhohl­ raumes (1) am noch nicht vollendeten Formteil Wandstärken mit ver­ schiedenen Maßen ausgebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Formteil zumindest ein Bereich vorgesehen ist, in welchem kein Aufschäumen der Kunststoffmasse erfolgt oder zugelassen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung des Formhohlrau­ mes (1) durch Verlagerung einer Werkzeug-Formhälfte erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung des Formhohlrau­ mes (1) durch Verlagerung eines in einer Werkzeug-Formhälfte (3) vorgesehen0en Schiebers (3b, 3b') erfolgt, wobei die Verlagerungs­ richtung (5, 5') des Schiebers (3b, 3b') ungleich der Bewegungsrich­ tung (4) dieser Werkzeug-Formhälfte (3) ist.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für einen sich durch die Vergrößerung des Formhohlraumes an dessen Randbereich bildenden Spalt keine Tauchkante oder dgl. vor­ gesehen ist.