DE102004023582A1

DE102004023582A1 - Fertigungseinrichtung zur Herstellung einer IMG-Tiefziehfolie mit indirektem Hinterschäumungsprozess von Trägerteilen für Komponententeile, Armaturentafeln, Türverkleidungen und Abdeckungen, jeweils mit oder ohne Hinterschnitte

Info

Publication number: DE102004023582A1
Application number: DE200410023582
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hess
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Eine Hinterschäumungsanlage (1) zur Herstellung von Kunststoffteilen für Kraftfahrzeuge hat einen Folienvorformbereich (2) mit einer Folienabwickelstation (4) und mit einem Formbereich (7) mit einem Formstempel (13), mit einem Übergabestempel (14) und mit einer Hinterschneidungen aufweisenden, einteiligen Tiefziehform (12) zum Umformen und Versehen eines Kunststofffolienabschnitts mit einer Narbung. Außerdem ist ein Schäum- und Aushärtetischbereich (3) mit einem Drehtisch (9) vorgesehen, der ein Schäumwerkzeug (10) zur Aufnahme des Kunststofffolienabschnitts hat. Mit einer Schäumstation (11) wird Kunststoffschaum in den Kunststofffolienabschnitt eingebracht, wobei das Schäumwerkzeug (10) zum erleichterten Entnehmen von Gebilden mit Hinterschneidungen aufklappbar ausgestaltet oder mit beweglichen Schiebern versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung einer IMG-Tiefziehfolie mit indirektem Hinterschäumungsprozess von Trägerteilen für Komponententeile, Armaturentafeln, Türverkleidungen und Abdeckungen, jeweils mit oder ohne Hinterschnitte.
Im Stand der Technik werden solche Herstellungsverfahren insbesondere zur Herstellung von Armaturenbrettern für Kraftfahrzeuge verwendet. Dabei wird die Oberfläche mit einer Narbung versehen, die auch als "Graining" bezeichnet wird. Besonders wenig aufwendig sind dabei so genannte "in-mould-graining"-Prozesse (IMG = in-mould-graining), bei denen die Narbung bereits beim Negativ-Tiefziehen des Kunststoffteils in einer Galvanoform hergestellt wird. So sind Prozesse bekannt, bei denen eine ungenarbte Schaumfolie in einem IMG-Presswerkzeug verformt genarbt und mit einem vorgefertigten Träger presskaschiert wird. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass sich nur wenig komplexe Gegenstände herstellen lassen.
Aus der EP 0 363 594 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen oder Gegenständen aus thermoverformbaren Kunststoffen nach dem Negativtiefziehverfahren bekannt. Dabei wird eine Kunststoffbahn erhitzt in eine Form eingebracht und unter Verwendung eines Druckunterschieds geformt. Weiterhin ist eine Herstellungseinrichtung bekannt, bei dem eine ungenarbte Kompaktfolie im IMG-Werkzeug verformt und dabei genarbt wird. Anschließend wird die verformte und genarbte Außenhaut hinterschäumt.
Schließlich ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine ungenarbte Schaumfolie in einem IMG-Presswerkzeug verformt, genarbt und mit einer Naturfaser zu einem Träger hinterpresst und kaschiert wird. Auch in diesem Verfahren sind nur wenig komplexe Bauteile herstellbar.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren und damit hergestellte Gegenstände bereitzustellen, die auf einfache Weise auch mit sehr komplexen Formen bereitstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind durch den Gegenstand der abhängigen Patentansprüche gegeben.
In einer sehr einfachen Form hat die Hinterschäumungsanlage zur Herstellung von Kunststoffteilen insbesondere für Kraftfahrzeuge einen Folienvorformbereich mit einer Folienabwickelstation und mit einem Formbereich mit einem Formstempel und mit einer Hinterschneidungen aufweisenden, einteiligen Tiefziehform zum Umformen und Versehen eines Kunststofffo lienabschnitts mit einer Narbung. Außerdem ist ein Schäum- und Aushärtetischbereich mit einem Drehtisch vorgesehen, an dem wenigstens ein Schäumwerkzeug zur Aufnahme des Kunststofffolienabschnitts vorgesehen ist. Mit einer Schäumstation wird Kunststoffschaum in den umgeformten Kunststofffolienabschnitt eingebracht. Das Schäumwerkzeug ist zum erleichterten Entnehmen von Gebilden mit Hinterschneidungen aufklappbar ausgestaltet oder mit beweglichen Schiebern versehen sind.
Zum Herstellen eines Kunststoffschaumteils mit genarbter Oberfläche wird zunächst eine Folie aus Kunststoff bereitgestellt. Danach wird ein Folienabschnitts der Folie mit Hilfe einer Hinterschneidungen aufweisenden, einteiligen Tiefziehform in eine gewünschte Endform gebracht, wobei der Folienabschnitt gleich mit einer Narbung versehen wird. Der Folienabschnitt wird aus der Tiefziehform entnommen in ein Schäumwerkzeug eingesetzt, das aufklappbar ausgestaltet oder mit beweglichen Schiebern versehen ist. Anschließend wird der Folienabschnitt auf seiner Innenseite mit Kunststoffschaum versehen. Schließlich wird das Schäumwerkzeug derart betätigt, dass der ausgeschäumte Folienabschnitt bequem entnommen werden kann.
Die Erfindung kann bei Kunststoffteilen wie Armaturentafeln, Türverkleidungsteilen und allgemeinen Verkleidungen eingesetzt werden. Mit der Erfindung brauchen keine Polyurethan-Sprühhäute oder PVC-Häute mehr eingesetzt werden. Die Erfindung stellt einen sehr kostengünstigen Herstellungsprozess bereit. Die Erfindung ermöglicht hohe Stapelkapazitäten, wodurch Transportkosten verringert werden. Es brauchen keine großen Investitionen an die Stellkostenlagerflächen mehrgetätigt werden.
Die Erfindung stellt ein Negativ-Tief ziehverfahren bzw. IMG-Verfahren bereit, bei dem über eine Folienrolle ungenarbtes TPO-Folienmaterial (thermoplastische Olefin-Folie), also ein teilkristalliner Kunststoff, der amorph ist, bereitgestellt. Diese Folie wird unter Einwirkung von Wärme in ein genarbtes Negativwerkzeug vorgestreckt und mittels Vakuum wird die Haut formschlüssig an die Formkontur angelegt. Somit wird mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine Formhaut mit prägnanter Narbe und Oberflächenqualität hergestellt, die optisch einer PU- oder PVC-Außenhaut gleichwertig ist. Typische Folienrollen haben eine Länge von ca. 150 Meter.
Die Erfindung verbindet ein Negativ-Tief ziehverfahren indirekt mit dem Hinterschäumen von Trägerteilen.
Die erfindungsgemäßen Verkleidungsteile usw. brauchen nicht mehr bei speziellen Herstellerfirmen gefertigt und dann in Spezial-Gestelle verpackt werden. Es ist nicht mehr notwendig, diese mit einem LKW zu einem Unterlieferanten oder Automobil-Hersteller zu transportieren, wo sie für ein späteres Zusammenbauteil hinterschäumt werden.
Die Erfindung stellt eine Lösung bereit, bei der sich niedrige Herstellungskosten ergeben, und zwar prozessbedingt durch die angewendete Fertigungsmethode. Es braucht kein hohes Investment für Fertigungseinrichtungen wie Galvanoformen oder Schäumanlagen mehr bereitgestellt werden. Es ist kein hohes Investment für Gestelle mehr nötig. Daraus ergeben sich niedrige Transportkosten, weil die Armaturenbretter bzw. Verkleidungen dort gefertigt werden, wo sie benötigt werden. Es ist kein großer Lagerbedarf für etwaige Gestelle mehr notwendig und ein hoher innerbetrieblicher Transportverkehr wird ver mieden. Hinzu kommt, dass die Teileherstellung aufgrund der verwendeten Einsatzmaterialien sehr kostengünstig ist.
Die Erfindung stellt ein Negativ-Tiefziehverfahren bereit, bei dem ein IMG-Prozess (in-mould-graining) ermöglicht wird. Sofort anschließend wird ein Hinterschäumprozess angesetzt, wodurch sich die Teileherstellungskosten bei ähnlich gleich bleibender Qualität erheblich reduzieren.
Der erfindungsgemäße Automat transportiert vorgewärmte TPO-Folie in eine Vorformungsstation der Tiefziehanlage. Danach wird ein Spannrahmen geschlossen. Die TPO-Folie wird über einen ersten Vorformstempel im IMG-Werkzeug vorgestreckt und mittels Vakuum wird die TPO-Folie im IMG-Unterwerkzeug angelegt. Anschließend fährt der Vorformstempel aus dem Unterwerkzeug heraus. Im industriellen Einsatz wird parallel zu diesem Vorgang ein zweiter Formstempel aus einer vorausgegangenen Taktfolge in ein übergebenes Schäum-Werkzeug eingefahren, in dem sich die vorgeformte IMG-Haut befindet.
In der nächsten Taktfolge fahren beide Fahreinheiten mit den Formstempeln parallel zurück in die Ausgangsposition. Der zweite Formstempel einschließlich der integrierten Beschneideeinheit fährt in das IMG-Tiefziehwerkzeug und trennt den hergestellten Nutzen von der übrigen TPO-Folie. Der Nutzen im IMG-Werkzeug wird dann über Ansaughilfen auf den Formkern übergeben. Danach fährt der zweite Formstempel mit der Formhaut aus dem Unterwerkzeug heraus.
Danach fahren beide Fahreinheiten parallel in Richtung Schäumanlage, wo der zweite Formstempel die tiefgezogene Haut in das Schäumwerkzeug vorfixiert und ablegt, wobei der erste Formstempel parallel bereits den nächsten Tiefziehprozess im IMG-Werkzeug durchführt.
Die im Schäumwerkzeug über dem Formstempel vorfixierte IMG-Haut wird in der nachfolgenden Schäumstation manuell in die formgebende Werkzeugkontur positioniert und über Vakuum wird die Haut formschlüssig im Werkzeug angelegt.
In der Schäumstation erfolgt der Schaumeintrag in die offene Schäumform. Anschließend wird über die Kulissenführung der Formdeckel automatisch geschlossen. Danach beginnt der Aushärteprozess, in dem der PU-Schaum ausgehärtet wird. Schließlich wird das geschäumte Teil aus dem Unterwerkzeug herausgenommen, die Werkzeuge werden gereinigt und der Träger wird am Formdeckel platziert.
Die erfindungsgemäße Anlage kann für eine Taktzeit von 45 Sekunden ausgelegt werden. In einem Dreischichtbetrieb liegt das Brutto-Jahresvolumen über 230 Tage pro Jahr bei ca. 400.000 Einheiten.
Die erfindungsgemäß hinterschäumten Kunststoffteile können vor Ort bei dem Verbraucher oder Unterlieferanten hergestellt werden, und zwar mit geringen Transportkosten und Lagerkosten, weil die Ware in Form von Folierollen angeliefert wird.
Für Außenhäute sind somit keine Spezialgestelle notwendig, wodurch sich eine erhebliche Verringerung der Transportkosten für Formhäute einschließlich der Lagerflächen ergibt. Durch das Wegfallen von Galvanoformen und entsprechenden Einrichtungen ergeben sich erhebliche Reduzierungen der Investitionskosten.
Die Schäumwerkzeuge sind von der konstruktiven Seite her ähnlich der heutigen Werkzeugausführung ausgelegt. Die Materialeigenschaften der TPO-Folie bezüglich der Alterung und Lichtechtheit sind ausgezeichnet. Das Folienmaterial ist im Übrigen recycelfähig. Die daraus resultierenden Abfälle können zur Herstellung der TPO-Unterfolie wieder verarbeitet werden. Die Erfindung ermöglicht einen taktgebundenen und daher sehr ökonomischen Prozessablauf. Im Übrigen können eingesetzte Anlagen oder deren Bestandteile für abgeänderte Modelleinrichtungen wieder verwendet werden. Typische Erwärmtemperaturen für die eingesetzte IMG-Folie betragen 80°C in der Vorwärmestation bzw. 210°C in der Heizstation.
Mit der Erfindung spart man erheblich an Formwerkzeugen ein. Durch die vorgeformte TPO-Folie wird nämlich bereits eine Form für das Einbringen der Schaummasse bereitgestellt. Dabei wird Vorteilhafterweise gleich die vorgeformte TPO-Folie als Formaußenhaut verwendet.
Die Erfindung ermöglicht es, den heutigen Design-Anforderungen in Bezug auf Beständigkeit, Haptik, enge Radien gerecht zu werden. Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Hinterschäumungsanlage in der Draufsicht;
2 zeigt die Hinterschäumungsanlage aus 1 in einem Querschnitt und
3 zeigt die Ausgangsposition der Formstempel einer Hinterschäumungsanlage im Querschnitt.
1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Hinterschäumungsanlage 1. Die Hinterschäumungsanlage 1 gliedert sich in einen Folienvorformbereich 2 sowie in einen Schäum- und Aushärtetischbereich 3.
Der Folienvorformbereich 2 hat eine Folienabwickelstation 4, eine Folienvorwärmstation 5, eine Heizstation 6, einen Formbereich 7 und eine Folienaufwickelstation 8. Der Formbereich 7 hat zwei parallel vertikal verschiebbare Formstempel 13 und 14. Dabei ist zusätzlich im Bereich unterhalb des Formstempels 13 eine Tiefziehform 12 vorgesehen, wie am besten in 2 zu sehen ist. Der Formstempel 14 dient als Übergabestempel und weist zusätzlich eine Folienbeschneideeinheit auf.
Der Schäum- und Aushärtetischbereich 3 hat einen Drehtisch 9 mit sechs Schäumwerkzeugen 10, eine Schäumstation 11 sowie in eine in dieser Ansicht nicht gezeigte Aushärtestation. Dabei sind die Schäumwerkzeuge 10 aufklappbar und mit Schiebern versehen, so dass darin Gebilde mit und ohne Hinterschneidungen hergestellt werden können. Die Tiefziehform 12 ist eine Galvanoform, die dementsprechend Hinterschneidungen aufweisen kann. In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung können hierzu auch bewegliche Schieber usw. vorgesehen sein. Die Oberfläche der Tiefziehform 12 ist mit einer Vielzahl von Vakuumöffnungen versehen. Die Tiefziehform 12 ist als einteilige Form ohne Kanten hergestellt.
Wie man am besten in 1 sieht, ist eine TPO-Folie 15 (thermoplastische Olefin-Folie der) vorgesehen, die sich im Folienvorformbereich 2 ausgehend von der Folienabwickelstation 4 bis zur Folienaufwickelstation 8 erstreckt.
Im Betrieb verhält sich die erfindungsgemäße Hinterschäumungsanlage 1 wie folgt. Die TPO-Folie 15 wird in der Folienvorwärmstation 5 vorgewärmt und in der Heizstation 6 auf eine Temperatur erwärmt, bei der diese leicht verformt werden kann. Wie man am besten in 2 sieht, drückt der Formstempel 13 beim Niederfahren die aufgewärmte TPO-Folie 15 in die Tiefziehform 12, und zwar bis auf eine vorgegebene Distanz zur Oberfläche der Galvanoform in der Tiefziehform 12. Durch die Vakuumlöcher in der Galvanoform wird die Folie ganz an die Oberfläche der Galvanoform herangezogen, und zwar auch in etwaige Hinterschneidungen in der Galvanoform hinein. Anschließend fährt der Vorformstempel 12 aus dem Unterwerkzeug 12 heraus.
In den nächsten Kontakte Folien fahren beide Fahreinheiten 13 und 14 zurück in die Ausgangsposition, wie in 3 gezeigt ist. Der zweite Formstempel, bzw. Übergabestempel 14 mit der integrierten Beschneideeinheit fährt nach der nächsten Taktfolge in das IMG-Tiefziehwerkzeug 12 und trennt den Nutzen von der übrigen TPO-Folie. Bevor der Formstempel 14 zurückfährt, wird zuerst der Nutzen, der sich im Unterwerkzeug 12 befindet, mit Druck beaufschlagt und an den Formstempel 14 gepresst. Zur Sicherstellung der Übergabe wird an dem Formstempel 14 Vakuum angelegt.
Beide Formstempel 13 und 14 fahren zuerst nach oben, anschließend parallel eine Station nach vorne, wo der Formstempel 14 die tiefgezogene Haut in das Schaumwerkzeuge 10 einfährt und übergibt, wie in 2 dargestellt ist. Parallel dazu wird ein neuer Tiefziehprozess in der Verformungsstation 7 eingeleitet. Die über der Heizstation 6 erwärmte TPO-Folie 15 wird über eine Fördereinrichtung zur Verformungsstation 7 transportiert und über dem Spannrahmen gehalten. Über den Formstempel 13 wird die TPO-Folie in dem Negativ-IMG-Werkzeug 12 formschlüssig vorgestreckt und mittels Vakuum wird die Haut konturgemäß an der Innenkontur des Werkzeuges angelegt.
Danach fahren beide Formstempel 13 und 14 aus den Werkzeugen nach oben. Die Schäumanlage 9 dreht sich um eine Position. Hier wird in einen manuellen Arbeitsgang die negativtiefgezogene Formhaut im Schaumwerkzeuge 10 positioniert und über das Vakuum wird die Haut formschlüssig im Werkzeug angelegt.
Nach einer weiteren Taktfolge wird das Werkzeug zur Schäumstation 11 transportiert. Hier erfolgt der PU-Schaum Eintrag in das offene Schaumwerkzeuge 10. Das Schaumwerkzeuge 10 wird über den Formendeckel 16 automatisch geschlossen. Dabei drückt der sich ausdehnende PU-Schaum den im Schäumwerkzeug 10 befindlichen Abschnitt der TPO-Folie 15 ganz an die Oberfläche des Schäumwerkzeugs 10 an, so dass auch Hinterschneidungen ausgefüllt werden. Nach dem Erwärmen und Aushärten des PU-Schaums wird das Schäumwerkzeug 10 aufgeklappt, etwaige Schieber werden zurückgezogen und das fertige ausgeschäumte Bauteil wird aus dem Schäumwerkzeug 10 entnommen. Nach dem Reinigungsprozess wird ein neues Trägerteil eingelegt.
Die erfindungsgemäße Hinterschäumungsanlage 1 wird dabei in einem Fertigungstakt betrieben, wodurch eine erhebliche Zeitersparnis erzielt wird. In 1 sieht man besonders gut, dass die TPO-Folie 15 nach einem Weiterbewegen durch den Formbereich 7 hindurch je einen Ausschnitt 17 aufweist. Dabei kann das Einpressen des Formstempels 13 in die Tiefziehform 12 gleichzeitig mit dem Absetzen eines vorgeformten Abschnitts der TPO-Folie 15 in ein Schäumwerkzeug 10 erfolgen, wie am besten in 2 zu sehen ist. Mit dem Weiterbewegen der TPO-Folie 15 durch den Formbereich 7 hindurch wird der Drehtisch 9 um eine Station weitergedreht. Das Aufheizen der TPO-Folie 15 in der Folienvorwärmstation 5 und in der Heizstation 6 erfolgt gleichzeitig mit dem Ausschäumen der Schäumwerkzeuge 10 bzw. mit dem Aushärten an dem nächsten Stationsschritt.

1.: Hinterschäumungsanlage
2.: Folienvorformbereich
3.: Schäum- und Aushärtetischbereich
4.: Folienabwickelstation
5.: Folienvorwärmstation
6.: Heizstation
7.: Formbereich
8.: Folienaufwickelstation
9.: Drehtisch
10.: Schäumwerkzeug
11.: Schäumstation
12.: Tiefziehform
13.: Formstempel
14.: Übergabestempel mit Folienbeschneideeinheit
15.: TPO-Folie
16.: Deckel
17. Ausschnitt

Claims

Hinterschäumungsanlage (1) zur Herstellung von Kunststoffteilen insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei die Hinterschäumungsanlage die folgenden Merkmale aufweist: – einen Folienvorformbereich (2) mit einer Folienabwickelstation (4) und mit einem Formbereich (7) mit einem Formstempel (13), mit einem Übergabestempel (14) mit Folienbeschneideeinheit und mit einer Hinterschneidungen aufweisenden, einteiligen Tiefziehform (12) zum Umformen und Versehen eines Kunststofffolienabschnitts mit einer Narbung, – einen Schäum- und Aushärtetischbereich (3) mit einem Drehtisch (9), an dem wenigstens ein Schäumwerkzeug (10) zur Aufnahme des Kunststofffolienabschnitts vorgesehen ist, und mit einer Schäumstation (11) zum Einbringen von Kunststoffschaum in den Kunststofffolienabschnitts, wobei das Schäumwerkzeug (10) bzw. die Schäumwerkzeuge (10) zum erleichterter Entnehmen von Gebilden mit Hinterschneidungen aufklappbar ausgestaltet und/oder mit beweglichen Schiebern versehen sind.
Schäumstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Tiefziehform (12) mit einer Vielzahl von Vakuumöffnungen versehen ist.
Schäumstation nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schäum- und Aushärtetischbereich (3) eine Aushärtestation zum Beaufschlagen des Schäumwerkzeugs (10) mit Wärme aufweist.
Schäumstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienvorformbereich (2) eine Folienvorwärmstation (5), eine Heizstation (6) und/oder einer Folienaufwickelstation (8) aufweist.
Schäumstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formbereich (7) zwei vertikal verschiebbare Formstempel (13) und (14) hat, die fahrbar gelagert sind.
Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffschaumteils mit genarbter Oberfläche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Folie aus Kunststoff, – Umformen eines Folienabschnitts der Folie mit Hilfe einer Hinterschneidungen aufweisenden, einteiligen Tiefziehform (12) in eine gewünschte Endform, wobei der Folienabschnitt mit einer Narbung versehen wird, – Entnehmen des Folienabschnitts aus der Tiefziehform und Einsetzen des Folienabschnitts in ein Schäumwerkzeug (10), das aufklappbar ausgestaltet und/oder mit beweglichen Schiebern versehen ist, – Beschichten des Folienabschnitts auf seiner Innenseite mit Kunststoffschaum, – Betätigen des Schäumwerkzeug (10) derart, dass der ausgeschäumte Folienabschnitt entnehmbar ist, und Entnehmen desselben und – Platzieren eines neuen Trägerteils am Formendeckel.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des Folienabschnitts die Folie in die Tiefziehform (12) gepresst wird, wobei der Folienabschnitt mit Hilfe von Vakuum an die Tiefziehform (12) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (23) vor dem Umformen erwärmt wird.