DE102005024175A1

DE102005024175A1 - Verfahren zur Herstellung eines einen porigen Kernbereich aufweisenden Kunststoff-Formteils

Info

Publication number: DE102005024175A1
Application number: DE102005024175A
Authority: DE
Inventors: Volkmar Abeck
Original assignee: Carcoustics Tech Center GmbH
Current assignee: ABECK, VOLKMAR, 50825 KOELN, DE
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen porigen Kernbereich aufweisenden Kunststoff-Formteils, bei dem diskontinuierlich eine ungeschäumte, schlauchförmige Außenschicht (8.1) und eine mit Treibmittel versehene, schlauchförmige Innenschicht (8.2) coextrudiert werden, wobei die coextrudierten, sich berührenden Schichten (8.1; 8.2) als Kunststoff-Formmasse in ein mehrteiliges Formwerkzeug (9, 10), dessen Kavität ein nicht gleichförmiges Querschnittsprofil aufweist, eingebracht werden, das Formwerkzeug geschlossen wird und die in das Formwerkzeug eingebrachten Schichten von der aus einer Extrusionsdüse (7) austretenden Kunststoff-Formmasse abgetrennt werden. Das Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel so gewählt und/oder eingestellt wird, dass die Innenschicht bereits nach ihrer Extrusion und vor dem Schließen des Formwerkzeuges expandiert, die plastisch verformbare Außenschicht (8.1) durch die expandierende Innenschicht (8.2) gegen die Innenwand der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges gepresst wird und das Material der expandierten porigen Innenschicht (8.2) den von der Außenschicht begrenzten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt, und dass die schlauchförmigen Schichten (8.1, 8.2) vor dem Schließen des Formwerkzeuges durch Aufblasen aufgeweitet und/oder durch Spreizen quer zu ihrer Längsachse gestreckt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen porigen Kernbereich aufweisenden Kunststoff-Formteils, insbesondere eines Kofferraumbodens oder einer Unterbodenverkleidung eines Kraftfahrzeuges.

Aus der DE 100 01 932 A1 ist ein Verkleidungselement, nämlich eine Unterbodenabdeckplatte für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Verkleidungselement wird als doppelwandiger Hohlkörper mit mehreren miteinander über Kanäle kommunizierenden kassettenartigen Hohlräumen durch Extrusionsblasformen hergestellt. Die Hohlräumen sind mit einem geschlossenzelligen Schaumstoff in Form von so genannten Mini-Beads aus Polypropylen gefüllt. Zur Herstellung des Verkleidungsteiles wird ein extrudierter Vorformling nach dem Schließen des Blasformwerkzeuges aufgeblasen. Nachdem dieser Aufweitungsvorgang abgeschlossen ist, wird der Druck in dem Hohlkörper abgesenkt, um die Kunststoff-Beads in die kassettenförmigen Hohlräume einzublasen. Die Zuführung der Kunststoff-Beads erfolgt über eine Schlauchleitung, die innerhalb der Kavität des Blasformwerkzeuges endet und deren Ende so ausgebildet ist, dass der Innenraum des aus dem Vorformling herzustellenden Hohlkörpers mit der Schlauchleitung verbunden werden kann. Das Blasformwerkzeug ist außerdem mit Hohlnadeln versehen, die über die Begrenzung der Kavität in diese hineinragen, so dass spätestens beim Aufweiten des Vorformlings dessen Wandung im Bereich der kassettenartigen Hohlräume von den Hohlnadeln durchstochen wird. Jede der Hohlnadeln ist unter Zwischenschaltung eines Ventils mit einer Unterdruckquelle verbunden.

Aus der DE 196 00 847 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei dem durch einen diskontinuierlichen Extrusionsvorgang ein schlauchartiger Vorformling mit einer aus unterschiedlichen Schichten, von denen wenigstens eine Schicht aus einem aufschäumbaren Kunststoff besteht, gebildeten Wandung hergestellt, in eine geteilte Form eingebracht und nach dem Schließen derselben an deren Wandung zum Anliegen gebracht wird. Dieses bekannte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling drucklos der Form zugeführt wird und dass der Schäumvorgang der schäumfähigen Schicht der Wandung des Vorformlings im Wesentlichen in der geschlossenen Form erfolgt. Hierzu wird dem aufschäumbaren Kunststoff ein Schäumverzögerungsmittel zugesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Kunststoff-Formteile, welche jeweils einen porigen Kernbereich und ein wechselndes, d.h. nicht gleichmäßiges Querschnittsprofil aufweisen, insbesondere Kofferraumböden oder Unterbodenverkleidungen eines Kraftfahrzeuges, kostengünstig hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diskontinuierlich eine ungeschäumte, schlauchförmige Außenschicht und eine mit Treibmittel versehene, schlauchförmige Innenschicht coextrudiert, wobei die coextrudierten, sich berührenden Schichten als Kunststoff-Formmasse in ein mehrteiliges Formwerkzeug, dessen Kavität ein nicht gleichförmiges Querschnittsprofil aufweist, eingebracht werden, das Formwerkzeug geschlossen wird und die in das Formwerkzeug eingebrachten Schichten von der aus einer Extrusionsdüse austretenden Kunststoff-Formmasse abgetrennt werden. Erfindungsgemäß wird das Treibmittel dabei so gewählt und/oder eingestellt, dass die Innenschicht bereits nach ihrer Extrusion und vor dem Schließen des Formwerkzeuges expandiert, die plastisch verformbare Außenschicht durch die expandierende Innenschicht gegen die Innenwand der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges gepresst wird und das Material der expandierten porigen Innenschicht den von der Außenschicht begrenzten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Die schlauchförmigen Schichten werden dabei vor dem Schließen des Formwerkzeuges durch Aufblasen aufgeweitet und/oder durch Spreizen quer zu ihrer Längsachse gestreckt. Nach dem Aushärten der Kunststoff-Formmasse wird das Formwerkzeug dann geöffnet und das Kunststoff-Formteil entnommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in effektiver und kostengünstiger Weise Kunststoff-Formteile als geschäumte Sandwichaufbauten mit porigem Kernbereich und wechselndem Querschnittsprofil herstellen. Die Schichten der Kunststoff-Formteile (Sandwichaufbauten) werden jeweils in „einem Schuss" coextrudiert. Es handelt sich um einen „One-Shot"-Prozess, wobei das porige Material der expandierenden Innenschicht schließlich den von der ungeschäumten, schlauchförmigen Außenschicht begrenzten Hohlraum des Formteils vollständig ausfüllt.

Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Verfahren des Standes der Technik ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Anstechen bzw. Aufblasen des extrudierten Vorformlings innerhalb des geschlossenen Formwerkzeuges nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Kunststoff der expandierenden Innenschicht vorzugsweise kein Schäumverzögerungsmittel zugegeben. Der Schäumvorgang beginnt vielmehr bereits nach der Extrusion und vor dem Schließen des Formwerkzeuges. Durch den Verzicht auf ein Schäumverzögerungsmittel und den frühzeitigen Beginn des Schäumvorgangs ergeben sich geringere Materialkosten und kürzere Herstellungszeiten.

Hinsichtlich der Herstellung relativ großflächiger, plattenförmiger Bauteile, wie z.B. Kofferraumladeböden, ist es vorteilhaft, dass die coextrudierten, schlauchförmigen Schichten erfindungsgemäß vor dem Schließen des Formwerkzeuges durch Aufblasen aufgeweitet und/oder durch Spreizen quer zu ihrer Längsachse gestreckt werden. Durch das Aufblasen bzw. Strecken lässt sich die ungeschäumte Außenschicht mit relativ dünner Wandstärke erzielen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kraftfahrzeug-Bauteile, wie z.B. Unterbodenverkleidungen zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes und Kofferraumladeböden, zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Sandwichaufbauten, deren Schichten miteinander mittels zwischengeordneter Klebeschichten verbunden sind, durch eine höhere Stabilität bzw. Eigensteifigkeit bei gleichem oder sogar geringerem Gewicht aus.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die schlauchförmigen Schichten im aufgeblasenem Zustand in das Formwerkzeug eingebracht werden.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Anlage zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen, welche einen porigen Kernbereich und ein unterschiedliches Querschnittsprofil aufweisen;
2 eine perspektivische Ansicht eines Kofferraumladebodens eines Kraftfahrzeuges in Schnittdarstellung;
3 eine Querschnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteils; und
4 eine Querschnittansicht eines weiteren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteils.
Die in 1 schematisch dargestellte Anlage weist einen Coextrusionskopf 1 auf, an dem ein erster Extruder 2 und ein zweiter Extruder 3 angeschlossen sind. Wie an sich bekannt, wird der Einfüllzone des jeweiligen Extruders über einen Einfülltrichter 4, 5 Kunststoffgranulat zugeführt, das in einer Plastifizier- und Homogenisierungszone des Extruders 2, 3 aufgeschmolzen wird.
Im Inneren des hohlen Coextrusionskopfes 1 ist ein vertikal verstellbarer Dorn 6 angeordnet. Der Coextrusionskopf 1 umfasst eine konisch ausgebildete Ausstoßzone, wobei der Dorn 6 an seinem unteren Ende ebenfalls konisch ausgebildet ist. Durch eine vertikale Verstellung des Dorns 6 relativ zur Ausstoßzone des Coextrusionskopfes 1 lässt sich die Spalteweite der ringförmigen Extrusionsdüse 7 verändern bzw. stufenlos einstellen.
Die Schmelzströme der beiden Extruder 2, 3 werden in dem Coextrusionskopf 1 zusammengeführt, so dass an der Extrusionsdüse 7 ein zweischichtiger Vorformling 8 austritt. Der die Außenschicht des schlauchartigen Vorformlings 8 bildende Schmelzstrom wird aus thermoplastischem Kunststoff ohne Treibmittel erzeugt, so dass ein ungeschäumter Außenschlauch 8.1 resultiert. Der die Innenschicht des Vorformlings 8 bildende Schmelzstrom wird ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff erzeugt, jedoch wird diesem Schmelzstrom ein Treibmittel zugegeben, so dass sich ein eine Schaumstruktur aufweisender Innenschlauch 8.2 ergibt. Die Zugabe des Treibmittels erfolgt im Extrusionskopf 1 und/oder in dem Extruder 3.
Die beiden Schichten 8.1 und 8.2 des schlauchartigen Vorformlings 8 werden vorzugsweise aus artgleichen Kunststoffen hergestellt. Die nach erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffformteile können dann auf einfache Weise sortenrein recycelt werden. Beide Schichten 8.1, 8.2 des Vorformlings 8 werden vorzugsweise aus Polypropylen hergestellt. Der verwendete Kunststoff kann zur Verstärkung bei Bedarf auch Glasfasern enthalten.
Der schlauchförmige Vorformling 8 ist somit aus einer ungeschäumten Außenschicht 8.1 und einer expandierenden Innenschicht 8.2 aufgebaut, wobei die Innenseite der Außenschicht 8.1 vollflächig an der Außenseite der Innenschicht 8.2 anliegt, um insoweit einen stoffschlüssigen Verbund zu erzeugen.
Unterhalb des Coextrusionskopfes 1 ist ein mehrteiliges Formwerkzeug angeordnet, dessen Kavität (Formnest) ein wechselndes Querschnittsprofil aufweist. Das Formwerkzeug besteht z.B. aus zwei Werkzeughälften 9, 10, die beweglich oder verfahrbar auf einem Werkzeugträger 11 angeordnet sind.
Die Extrusion schlauchförmiger Vorformlinge 8 erfolgt diskontinuierlich, d.h. taktweise. Die Extruder 2, 3 sowie der Coextrusionskopf 1 sind mit Heizelementen 12 versehen, die das Aufschmelzen des Kunststoffgranulats unterstützen und den Schmelz- bzw. Plastifizierungszustand des Kunststoffs während der taktweisen Unterbrechung des Extrudiervorgangs aufrechterhalten. Es wird jeweils ein zweischichtiger Vorformling 8 extrudiert, dessen freihängende Länge von den Abmessungen des herzustellenden Kunststoff-Formteils abhängig ist.
Der Extrusionskopf 1 ist mit einer Rohrleitung 13 versehen, an der ein Gebläse 14 oder eine Druckquelle angeschlossen ist. Die Rohrleitung 13 verläuft im Wesentlichen entlang der Längsmittelachse des Coextrusionskopfes 1 und mündet in dessen Ausstoßzone. Über die Rohrleitung 13 wird zum einen Stützluft in den schlauchförmigen Vorformling 8 eingeblasen. Zudem dient die Rohrleitung 13 einer Aufweitung des Vorformlings 8. Zu diesem Zweck ist unterhalb des Extrusionskopfes 1 eine Klemmvorrichtung 15 angeordnet, mit der das offene Ende des schlauchförmigen Vorformlings 8 zusammengedrückt und somit verschlossen werden kann. Der mittels der Klemmvorrichtung 15 verschlossene Vorformling 8 wird durch Aufblasen aufgeweitet. Diese Aufweitung erfolgt vor dem Schließen des Formwerkzeuges 9, 10. Alternativ oder zusätzlich kann der schlauchförmige Vorformling 8 vor dem Schließen des Formwerkzeuges 9, 10 auch durch Spreizen quer zu seiner Längsachse gestreckt werden. Hierzu können z.B. Greif- oder Klemmelemente (nicht gezeigt) verwendet werden, die an der Außenseite des schlauchförmigen Vorformlings 8 angreifen können und nach Ergreifen/Einklemmen des Vorformlings 8 voneinander wegbewegt werden.
Der so aufgeweitet bzw. gestreckte Vorformling 8 wird in das geöffnete Formwerkzeug 9, 10 eingebracht und das Formwerkzeug durch Aufeinanderzubewegen der Werkzeughälften 9, 10 geschlossen. Die in das Formwerkzeug eingebrachte Kunststoff-Formmasse wird dabei von der aus der Extrusionsdüse 7 austretenden Kunststoff-Formmasse abgetrennt. Dies erfolgt z.B. durch am Formwerkzeug 9 vorgesehene Schneid- oder Quetschkanten 16.
Das Treibmittel, welches der den Innenschlauch 8.2 bildenden Kunststoffmasse zugegeben wird, ist so gewählt und/oder eingestellt, dass die ungeschäumte, plastisch verformbare Außenschicht 8.1 durch die expandierende Innenschicht 8.2 gegen die Innenwand der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges 9, 10 gepresst wird, wobei das Material der porigen Innenschicht 8.2 den von der Außenschicht 8.1 begrenzten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Das zugegebene Treibmittel ist vorzugsweise so beschaffen, dass die Expansion der Innenschicht 8.2 unmittelbar nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse 7 einsetzt.
Es ist zu erkennen, dass in der linken Werkzeughälfte eine Vielzahl von Vertiefungen 17 ausgebildet sind, die der Erzeugung von Erhebungen an dem herzustellenden Kunststoff-Formteil dienen (vgl. 3 und 4). Anstelle mehrerer getrennter Vertiefungen 17 kann in der Werkzeughälfte 9 auch eine zuhängende gitterartige Vertiefung ausgebildet sein.
Ferner ist zu erkennen, dass die beiden Werkzeughälften 9, 10 jeweils mit einem Kanalsystem 18, 19 versehen sind, das an der Innenwand der Kavität mündet und an einem Sauggebläse 20, 21 angeschlossen ist. Mittels des Sauggebläses 20, 21 und des zugehörigen Kanalsystems 18 bzw. 19 wird in der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges ein Unterdruck erzeugt und damit das Formen eines Kunststoff-Formteiles aus den coextrudierten Schichten 8.1, 8.2 unterstützt.
Das Anlegen des durch Aufblasen aufgeweiteten und/oder durch Spreizen gestreckten Vorformlings 8 an die Wandung des Formnestes erfolgt also durch den Schließvorgang beim Schließen des Formwerkzeuges 9, 10, durch die Schaumexpansion und gegebenenfalls durch die mittels Saug gebläse 20, 21 hervorgerufene Unterdruckwirkung (Saugwirkung). Ein Aufblasen des Vorformlings 8 im geschlossenen Formwerkzeug 9, 10 ist nicht vorgesehen.
In der rechten Hälfte 10 des Formwerkzeuges ist zudem ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Präge- oder Kerbelement 22 integriert, das der Erzeugung einer nutartigen Einkerbung, insbesondere der Einprägung eines Filmscharniers an dem Kunststoff-Formteil dient (vgl. 2 und 4).
Nach Aushärten der Kunststoff-Formmasse wird das Formwerkzeug geöffnet und das Kunststoff-Formteil entnommen. Hierzu sind in der linken Hälfte 9 des Formwerkzeuges, welche die Vielzahl von Vertiefungen 17 aufweist, pneumatisch betätigbare Auswurfelemente 23 integriert.
In 2 ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil 24 dargestellt. Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen Kofferraumladeboden, der eine im Bodenblech 25 eines Kraftfahrzeuges eingeprägte Mulde 26 zur Aufnahme eines Reserverades 27 abdeckt. Zunächst ist zu erkennen, dass das Kunststoff-Formteil 24 quer zur Längsrichtung L des Kraftfahrzeuges unterschiedliche Querabmessungen und damit unterschiedliche Querschnittsprofile aufweist. Ferner ist durch die gestrichelten Linien 28 angedeutet, dass das Kunststoff-Formteil zwei Filmscharniere aufweist, die es ermöglichen, den Formteil-Abschnitt 24.1 gegenüber dem Formteil-Abschnitt 24.2 hochzuklappen bzw. die beiden Formteil-Abschnitte 24.1 und 24.2 zusammen gegenüber dem Formteil-Abschnitt 24.3 hochzuklappen. Die Formteil-Abschnitte 24.1 und 24.2 sind hierzu mit Grifflaschen 29 versehen.
In 3 ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil 24' im Querschnitt veranschaulicht. Das Formteil 24', an dessen Unterseite eine Vielzahl von Erhebungen 30 bzw. Vertiefungen 31 ausgebildet sind, entspricht einem geschäumten Sandwichaufbau. Die Oberseite des Formteils 24' ist im Wesentlichen glatt und eben ausgebildet. Es weist eine ungeschäumte Mantelschicht auf, die durch die ungeschäumte Außenschicht 8.1 gebildet ist. Die geschäumte Innenschicht 8.2 bildet den porigen Kernbereich des Formteils 24', wobei das Material der Innenschicht 8.2 den von der Außenschicht 8.1 begrenzten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Das in 4 dargestellte Kunststoff-Formteil 24'' unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Kunststoff-Formteil 24' im Wesentlichen nur durch ein Filmscharnier 28, das durch eine im geschlossenen Formwerkzeug erfolgte Kerbprägung erzeugt wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung nicht auf die Herstellung von Kofferraumladeböden beschränkt. Ebenso können hiermit auch andere plattenförmige Kunststoff-Formteile mit relativ geringem Gewicht und hoher Stabilität hergestellt werden, wie z.B. Unterbodenverkleidungen, Hutablagen, Türinnenverkleidungen und Dachhimmel von Kraftfahrzeugen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines einen porigen Kernbereich aufweisenden Kunststoff-Formteils (24; 24'; 24''), bei dem diskontinuierlich eine ungeschäumte, schlauchförmige Außenschicht (8.1) und eine mit Treibmittel versehene, schlauchförmige Innenschicht (8.2) coextrudiert werden, wobei die coextrudierten, sich berührenden Schichten (8.1; 8.2) als Kunststoff-Formmasse in ein mehrteiliges Formwerkzeug (9, 10), dessen Kavität ein nicht gleichförmiges Querschnittsprofil aufweist, eingebracht werden, das Formwerkzeug geschlossen wird und die in das Formwerkzeug eingebrachten Schichten (8.1, 8.2) von der aus einer Extrusionsdüse (7) austretenden Kunststoff-Formmasse abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel so gewählt und/oder eingestellt wird, dass die Innenschicht (8.2) bereits nach ihrer Extrusion und vor dem Schließen des Formwerkzeuges expandiert, die plastisch verformbare Außenschicht (8.1) durch die expandierende Innenschicht (8.2) gegen die Innenwand der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges (9, 10) gepresst wird und das Material der expandierten porigen Innenschicht (8.2) den von der Außenschicht (8.1) begrenzten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt, und dass die schlauchförmigen Schichten (8.1, 8.2) vor dem Schließen des Formwerkzeuges (9, 10) durch Aufblasen aufgeweitet und/oder durch Spreizen quer zu ihrer Längsachse gestreckt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellen eines Unterdruckes in der Kavität des geschlossenen Formwerkzeuges (9, 10) das Formen des Kunststoff-Formteils aus den coextrudierten Schichten (8.1; 8.2) unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9, 10) im Bereich der Kavität eine Vielzahl von Vertiefungen (17) und/oder eine gitterartige ausgebildete Vertiefung aufweist, die der Erzeugung von Erhebungen (30) an dem Kunststoff-Formteil (24' ; 24'') dienen/dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kunststoff-Formteil (24; 24'') mindestens ein Filmscharnier (28) mittels des Formwerkzeuges (9, 10) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schlauchförmigen Schichten (8.1, 8.2) im aufgeblasenem Zustand in das Formwerkzeug (9, 10) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (24; 24'; 24'') als Kofferraumladeboden, Unterbodenverkleidung oder Hutablage für ein Kraftfahrzeug ausgebildet wird.