DE102005062851A1

DE102005062851A1 - Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugform für eine konturierte Formhaut, dessen Verwendung und Verfahrensprodukte

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Publication number: DE102005062851A1
Application number: DE200510062851
Authority: DE
Inventors: Michael Hagemann; Siegfried Stache
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugform (12) für eine konturierte Formhaut. Das Verfahren umfasst die Schritte: DOLLAR A (i) Erfassen einer Kontur der zu fertigenden Formhaut; DOLLAR A (ii) Modellieren eines Vorläufermodells der Werkzeugform (12) für die Formhaut auf Basis der erfassten Kontur, wobei das Vorläufermodell ein negatives Abbild der Formhaut beinhaltet; DOLLAR A (iii) Identifizieren von Konturbereichen im Vorläufermodell, deren Formgebung eine definierte Zuleitung eines Partikelstroms mittels einer Appliziervorrichtung (10) erschwert oder verhindert, wobei die Appliziervorrichtung (10) ausgelegt ist, den Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) zu leiten; und DOLLAR A (iv) Modellieren eines Modells der Werkzeugform (12) durch teilweise oder vollständige geometrische Inversion der identifizierten Konturbereiche im Vorläufermodell und Herstellen der Werkzeugform (12) anhand des Modells.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugform für eine konturierte Formhaut, eine nach dem Verfahren hergestellte Werkzeugform, die Verwendung der nach dem Verfahren erhaltenen und erhältlichen Werkzeugform zur Herstellung einer konturierten Formhaut sowie die Verwendung der konturierten Formhaut zur Herstellung eines Formteils für den Fahrzeugbau.

Die Erfindung ist angesiedelt auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung, speziell der Verarbeitung von Thermoplaste und thermoplastischen Elastomeren. Derartige Kunststoffverarbeitungsverfahren beinhalten die Bereitstellung von geeigneten Werkzeugformen, die eine Kontur des zu fertigenden Kunststoffteils vorgeben.

Im Bereich des Fahrzeugbaus ist der Einsatz kunststoffbasierter Komponenten aufgrund der damit erzielbaren Gewichtsreduktion, aber auch aufgrund der durch entsprechende Materialwahl für den spezifischen Einsatzzweck optimierten Eigenschaften des Kunststoffs stetig gewachsen. So werden insbesondere im Fahrzeuginnenausbau Formteile auf Kunststoffbasis als Armaturenbrett, Türverkleidung usw. eingesetzt. In allen frei zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs besteht dabei das Bestreben, Dicke und haptische Wahrnehmung der Formteile zu optimieren. Ein wesentlicher Aspekt dieses Bestrebens liegt in der Gestaltung der Oberfläche der Formteile, das heißt Vorgabe der Farbe, der Oberflächenstruktur und dergleichen. Aus verkaufsstrategischen Überlegungen heraus ist es beispielsweise erwünscht, die Farbgebung der Oberfläche variabler zu gestalten oder derselben optional durch eine geeignete Narbung lederartigen Charakter zu verleihen. Die geschilderten Anforderungen erfordern eine Anpassung der technischen Fertigungsabläufe und haben zu einer Anzahl unterschiedlicher Herstellungsverfahren geführt.

Für die erfindungsgemäßen Zwecke von Bedeutung sind dabei Fertigungsverfahren, bei denen das herzustellende Formteil aus einem thermoplastischen Träger besteht, der mit einer die Außenoberfläche des Formteils bildenden, so genannten Formhaut versehen ist. Die Formhaut folgt demnach an ihrer Innenseite der Kontur des Trägers und schließt die äußere Kontur des Formteils ab. Die Formhaut selbst wird in einem gesonderten Verfahrensschritt erzeugt, bei dem eine Struktur der Außenoberfläche (mit-)geprägt wird. Aufgrund der komplexen Konturen der herzustellenden Formteile ist ein einfaches Aufschrumpfen einer Folie auf einen konturierten Träger nicht möglich. Es ist vielmehr notwendig, die Formhaut bereits mit einer für den späteren Einsatzzweck zumindest vorgeprägten Kontur bereitzustellen. Dies wird fertigungstechnisch durch Bereitstellung und Verwendung einer entsprechenden Werkzeugform für die Formhaut erreicht.

Ein neueres Fertigungsverfahren für die Formhaut basiert auf einem Sinterverfahren (engl. slush molding; auch Slush-Technologie genannt), bei dem eine über mehrere Achsen rotierende Werkzeugform mit einem pulverförmigen polymeren Material beschickt wird und dieses Material bei Kontakt mit der heißen Formoberfläche schmilzt und zusammensintert. Nach der Abkühlung entsteht eine gleichmäßige, dreidimensionale Formhaut. Als Material werden beispielsweise modifizierte thermoplastische Polyolefine (TPO), wie sie von der Firma Bayer bezogen werden können, eingesetzt. Ein Nachteil der Verfahrensführung besteht darin, dass (i) das Beheizen der (galvanischen) Werkzeugform mit einem hohen Energieverbrauch behaftet ist, (ii) die Wanddicke der Formhaut nicht lokal angepasst vorgebbar ist, (iii) in der Regel die Formhaut für die gewünschten Einsatzzwecke zu dick und damit zu schwer ist, (iv) die Anlagentechnik zur Durchführung des Verfahrens mit hohen Investitions- und Wartungskosten verbunden ist und (v) eine Variation des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung mehrfarbiger Formhäute nicht möglich ist.

EP 1 126 958 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen synthetischen Formteils, das einen Formträger und eine vorgeformte Elastomer-Formhaut beinhaltet. Die Formhaut soll aus einem aushärtenden synthetischen Material bestehen, um schädigenden Einwirkungen beim Formen des thermoplastischen Trägers auf der Rückseite der Formhaut entgegenzuwirken. Zur Herstellung der Formhaut wird unter anderem ein Spritzverfahren mittels einer Spritzpistole vorgeschlagen, welche das polymere Material auf eine Innenseite der Werkzeugform aufbringt.

EP 0 804 327 B1 befasst sich mit einem Verfahren und einer dazugehörigen Sprühvorrichtung zum Herstellen einer elastomeren Formhaut aus mindestens zwei elastomeren Materialien. Die Materialien werden durch Spritzen gegen eine Formoberfläche der Werkzeugform und unter Verwendung einer Maske aufgetragen.

Anstelle des bekannten Pulver-Sinterverfahrens wurde demnach eine Sprühtechnik entwickelt, die bei entsprechender Verfahrensauslegung und Modifikation der Vorrichtung eine gezieltere Steuerung der Wanddicke als auch die lokal differenzierte Auftragung verschiedener Materialien in ein und derselben Formhaut ermöglicht. Die Technik sieht dabei vor, dass ein sprühfähiges Polymer in Form von kleinen Polymer-Kügelchen bereitgestellt wird. Die einzelnen kugelförmigen Partikel werden in der zum Sprühen ausgelegten Appliziervorrichtung oberflächlich (an-)geschmolzen, aber – beispielsweise unter Nutzung einer geeigneten Verwirbelungstechnik – daran gehindert, aneinander zu haften. In der Appliziervorrichtung wird ein Partikelstrom aus den Kunststoff-Kügelchen erzeugt, der letztendlich auf eine innere Oberfläche der Werkzeugform geleitet wird. An dieser inneren Oberfläche der Werkzeugform werden die Partikel abgeschieden und – bei entsprechender Vorgabe der Werkzeugtemperatur – zusammengeschmolzen und zur Formhaut gesintert.

Die vorgenannte Verfahrensführung stößt jedoch dann an ihre Grenzen, wenn die herzustellende Formhaut eine komplexe Geometrie mit engen tiefen Einschnitten in der (galvanischen) Werkzeugform beinhaltet. So ist beispielsweise die Herstellung des Armaturenbrettes im Bereich oberhalb der Instrumententafel aus diesen Gründen erschwert. Der enge tiefe Einschnitt ist für die Sprühpistolen nicht zugänglich und eine Dicke der Formhaut lässt sich demzufolge nicht mehr im gewünschten Maße einstellen, noch lassen sich unterschiedliche Materialien in diesem Bereich auftragen. Dementsprechend kann eine auf diesem Wege hergestellte Formhaut beziehungsweise ein auf Basis der Formhaut hergestelltes Formteil nicht allen oben genannten Anforderungen gerecht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die geschilderten Unzulänglichkeiten beim Stand der Technik zu überwinden und eine entsprechend verbesserte Formhaut beziehungsweise ein diese Formhaut umfassendes Formteil bereitzustellen.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugform für eine konturierte Formhaut nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

(i) Erfassen einer Kontur der zu fertigenden Formhaut;
(ii) Modellieren eines Vorläufermodells der Werkzeugform für die Formhaut auf Basis der erfassten Kontur, wobei das Vorläufermodell ein negatives Abbild der Formhaut beinhaltet;
(iii) Identifizieren von Konturbereichen im Vorläufermodell, deren Formgebung eine definierte Zuleitung eines Partikelstroms mittels einer Appliziervorrichtung erschwert oder verhindert, wobei die Appliziervorrichtung ausgelegt ist, den Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material z erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche der Werkzeugform zu leiten; und
(iv) Modellieren eines Modells der Werkzeugform durch teilweise oder vollständige geometrische Inversion der identifizierten Konturbereiche im Vorläufermodell und Herstellen der Werkzeugform anhand des Modells.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Materialauftrag in Konturbereichen, die bei herkömmlichen Werkzeugformen nur schwer zugänglich wären, mit Hilfe der erfindungsgemäß modifizierten Werkzeugform steuerbar ist, das heißt Materialdicke und Zusammensetzung sind nunmehr auch in diesen Konturbereichen lokal beeinflussbar. Die erfindungsgemäße Lösung hat unter anderem den Vorteil, dass im Bereich der Appliziervorrichtung keinerlei Modifikationen vorgenommen werden müssen, also Rückgriff auf herkömmliche Systeme genommen werden kann.

Unter einer konturierten Formhaut im Sinne der Erfindung wird eine dreidimensional geformte Folie auf Basis eines polymeren Materials verstanden. Mikrobrownsche und makrobrownsche Beweglichkeit des Materials werden dabei so durch Auswahl eines geeigneten Polymers vorgegeben, dass das Material nach der Entnahme aus der Werkzeugform, gegebenenfalls auch nur im erwärmten Zustand, elastisch verformbar ist. Die der Werkzeugform entnommene (vorläufige) Formhaut wird nämlich bei der Herstellung der entsprechenden konturierten Formhaut des Endproduktes in den invertierten Konturbereichen durch Beaufschlagung mit einer mechanischen Kraft umgestülpt; der zunächst sich ausgehend von einer fiktiven Ebene der Formhaut in Richtung des späteren Formträgers erstreckende Konturbereich der Formhaut wird demnach nach außen gestülpt, so dass die konturierte Formhaut alsdann in ihrer Außenkontur dem herzustellenden Formteil folgt.

Im Schritt (i) wird eine Kontur der zu fertigenden Formhaut erfasst. Dies kann zunächst derart geschehen, dass man ausgehend von dem herzustellenden Formteil den Bereich der Oberfläche dieses Formteils identifiziert, der später von der konturierten Formhaut bedeckt werden soll. Wird beispielsweise ein Armaturenbrett hergestellt, so wird der für die Formhaut vorgesehene Bereich sicherlich alle nach der Endmontage frei zugänglichen Bereiche des Formteils umfassen. Der Entwurf des Formteils selbst wird üblicherweise den Grundsätzen der werkstoff- und verarbeitungsgerechten Konstruktion von Kunststoffteilen folgen. Fertigungsgerechtes Konstruieren beinhaltet zum Beispiel (i) eine Auswahl des Fertigungsverfahrens, hier Hinterspritzen einer Formhaut mit einem thermoplastischen Trägermaterial, (ii) ein fertigungsgerechtes Gestalten der Konstruktion, (iii) die Erfassung des Einflusses der Fertigung auf die Bauteileigenschaften und (iv) den Einsatz einer Prozesssimulation als Werkzeug des fertigungsgerechten Konstruierens. Das werkstoffgerechte Konstruieren beinhaltet zum Beispiel (i) eine Dimensionierungsrechnung, (ii) die Berücksichtigung von Dimensionierungskennwerten, (iii) die Anwendung von Optimierungsverfahren, wie die Methode der finiten Elemente zur mechanischen Analyse, und (iv) gegebenenfalls die Durchführung von Testverfahren an Prototypen oder Modellen.

Für das rechnergestützte Konstruieren mit Kunststoffen stehen dem Konstrukteur eine Vielzahl von Softwarelösungen zur Verfügung, mit denen die Geometrieerzeugung, eine Modellbildung, die numerische Simulation und die Ergebnisdarstellung der Modellierung darstellbar sind. Hierzu eignen sich beispielsweise CAD-Systeme, wie das Programm CATIA der Firma IBM, numerische Simulationsprogramme, wie das Programm ANSYS der Firma ANSYS Corporation. Die Erfassung der Kontur der zu fertigenden Formhaut beinhaltet die Bereitstellung eines Parametersatzes, dessen einzelne Datensätze eine Lage ausgewählter Punkte an der Außenoberfläche/Außenkontur der zu fertigenden Formhaut angeben.

In Schritt (ii) des Verfahrens wird ein Vorläufermodell der Werkzeugform auf Basis der in Schritt (i) erfassten Kontur modelliert. Das Vorläufermodell beinhaltet dabei ein negatives Abbild der Formhaut; eine innere Oberfläche der Werkzeugform, die diesem Vorläufermodell entspricht, ist also derart vorgegeben, dass bei Auftrag des die Formhaut vorgesehenen Materials unmittelbar und ohne weitere Zwischenschritte eine Kontur der im weiteren Herstellungsprozess des Formteils benötigten Formhaut entstehen würde. Das Modellieren dieses Vorläufermodells wird in üblicherweise rechnergestützt durchgeführt.

Im Schritt (iii) des Verfahrens werden Konturbereiche im Vorläufermodell identifiziert, deren Formgebung eine definierte Zuleitung eines Partikelstroms mittels einer Appliziervorrichtung erschwert oder verhindert. Die Appliziervorrichtung ist dabei ausgelegt, den Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche einer Werkzeugform zu leiten. In Schritt (iii) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demnach anhand von Kennwerten der jeweils eingesetzten Appliziervorrichtung ermittelt, in welchen Bereichen des Vorläufermodells das Auftragen des die spätere Formhaut bildenden Materials aufgrund geometrischer Restriktionen erschwert oder gar verhindert ist. Mit anderen Worten, der Fachmann muss zunächst die Kennwerte/Parameter der Appliziervorrichtung bestimmen und erfassen, die zu einer Limitierung im vorgenannten Sinne führen können. Ist die Appliziervorrichtung beispielsweise als Sprühvorrichtung ausgelegt, die über eine Sprühdüse letztendlich einen Partikelstrom des Materials in Richtung der inneren Oberfläche der Werkzeugform führt, so sind die Freiheitsgrade im Abstand und Winkellage der Sprühdüse zur Werkzeugform des Vorläufermodells zu bestimmen. Beispielsweise muss also erfasst werden, wie nahe ein Roboterarm, der eine Spritzpistole mit der Sprühdüse trägt, an einen bestimmten Bereich des Vorläufermodells der Werkzeugform herangeführt werden kann und in welchem Winkel die Düse zu diesem Bereich stehen kann. Auf Basis dieser Überlegungen, die rechnerunterstützt durchführbar sind, lassen sich jene Konturbereiche im Vorläufermodell identifizieren, an denen die Vorgabe einer bestimmten Wandstärke der zu erzeugenden Formhaut oder die Auftragung lokal abweichender Materialzusammensetzungen wenig oder nicht steuerbar ist. Diese Konturbereiche werden dort zu finden sein, wo enge und tiefe Einschnitte im Vorläufermodell der Werkzeugform zu finden sind.

Im sich anschließenden Schritt (iv) wird ein Modell der Werkzeugform durch teilweise oder vollständige geometrische Inversion der identifizierten Konturbereiche im Vorläufermodell modelliert und dann eine Werkzeugform anhand des Modells hergestellt. Die geometrische Inversion im Sinne der Erfindung kann beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst ein den identifizierten Konturbereich umlaufender Rand erfasst wird. Dann werden alle sich im Konturbereich befindlichen Abschnitte der Formhaut ausgehend von dem Rand und bei gleicher Dimensionierung in Richtung der späteren Lage des Formteilträgers versetzt. Es ist jedoch ebenso denkbar, nur teilweise die identifizierten Konturbereiche des Vorläufermodells zu invertieren. Ziel der teilweisen oder vollständigen geometrischen Inversion ist die Bereitstellung einer Werkzeugform, die nicht mehr oder zumindest in einem geringeren Umfang den vorgenannten Limitierungen beim Herstellverfahren der Formhaut unterliegt. Der Fachmann kann dabei eine derartige Modellierung unter Verwendung gängiger Programme zur Geometrieerzeugung (CAD-Systeme) durchführen. Er kann sich dabei an dem weiter unten gegebenem Ausführungsbeispiel orientieren.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung einer nach dem zuvor ausgeführten Verfahren hergestellten Werkzeugform. Eine derartige Werkzeugform mit invertierten Konturbereichen lässt sich nach Kenntnis der Anmelderin bisher nicht dem Stand der Technik entnehmen und wird daher gesondert beansprucht. Die erfindungsgemäß modifizierte Werkzeugform für eine konturierte Formhaut wird sich mit allen bei herkömmlichen Herstellungsverfahren von Formhäuten angewandten Kunststoff-Verarbeitungsverfahren kombinieren lassen.

Ein dritter Aspekt der Erfindung richtet sich auf die Verwendung einer nach dem Verfahren erhaltenen oder erhältlichen Werkzeugform zur Herstellung einer konturierten Formhaut. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Bereitstellen einer Appliziervorrichtung, die ausgelegt ist, einen Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche der Werkzeugform zu leiten;
(b) Leiten des Partikelstroms auf die innere Oberfläche der Werkzeugform unter Verfahrensbedingungen, die zur Ausbildung der Formhaut auf der inneren Oberfläche der Werkzeugform aus den einzelnen Partikeln des Partikelstroms führen; und
(c) Entnehmen der an der inneren Oberfläche der Werkzeugform abgebildeten Formhaut aus der Werkzeugform und Umstülpen der invertierten Konturbereiche zum Herstellen der konturierten Formhaut.

Mit Hilfe der geschilderten Verfahrensschritte ist es erstmalig möglich, den gesamten Konturbereich der Formhaut in Wanddicke und Zusammensetzung des aufzutragenden Materials zu variieren.

Eine für die Schritte (a) und (b) geeignete Appliziervorrichtung sieht zum Beispiel vor, dass ein sprühfähiges Polymer in Form von kleinen Polymer-Kügelchen bereitgestellt wird. Die einzelnen kugelförmigen Partikel werden in der zum Sprühen ausgelegten Appliziervorrichtung oberflächlich (an-)geschmolzen, aber – beispielsweise unter Nutzung einer geeigneten Verwirbelungstechnik – daran gehindert, aneinander zu haften. In der Appliziervorrichtung wird ein Partikelstrom aus den Kunststoff-Kügelchen erzeugt, der letztendlich auf eine innere Oberfläche der Werkzeugform geleitet wird. An dieser inneren Oberfläche der Werkzeugform werden die Partikel abgeschieden und – bei entsprechender Vorgabe der Werkzeugtemperatur – zusammengeschmolzen und zur Formhaut gesintert.

Das Umstülpen der vorläufigen, aus den Schritten (a) und (b) erhaltenen Formhaut im Schritt (c) wird durch Beaufschlagung mit einer mechanischen Kraft in den invertierten Konturbereichen erfolgen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Werkzeugs mit besonders angepasster Kontur der Arbeitsfläche erfolgen. Ausgehend von einem zu fertigenden Formteil wird ein Formteilträger modelliert, der später die Formhaut tragen soll. Eine der Formhaut zugewandte Seite des Formteilträgers weist nun eine Kontur auf, die auf das für das Umstülpen geeignete Werkzeug übertragen wird und dessen spätere Arbeitsfläche bildet.

Ein vierter Aspekt der Erfindung richtet sich auf die Verwendung einer nach dem vorangehenden Verfahren hergestellten konturierten Formhaut zur Herstellung eines Formteils für den Fahrzeugbau, wobei das Formteil einen thermoplastischen Träger umfasst, dessen Außenoberfläche von der konturierten Formhaut gebildet wird. Vorzugsweise ist das Formteil als selbsttragendes Verkleidungsteil im Bereich des Innenraums eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, etwa für Armaturen, Türverkleidungen, Konsolen, Handschuhfächer usw.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm der für die erfindungsgemäßen Zwecke wichtigsten Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Werkzeugform für eine konturierte Formhaut;
2 eine schematische Skizze einer Appliziervorrichtung, die zur Fertigung einer konturierten Folie unter Zuhilfenahme einer im erfindungsgemäßen Sinne modifizierten Werkzeugform dient; und
3a bis 3f Illustrationen zu einzelnen Verfahrensschritten bei der Herstellung eines Armaturenbrettes.
1 gibt stark schematisiert ein Ablaufschema des Verfahrens zur Herstellung einer Werkzeugform 12 für eine konturierte Formhaut nach der Erfindung wieder.
In einem Schritt S1 wird zunächst eine Kontur der zu fertigenden Formhaut erfasst. Dies wird derart geschehen, dass zunächst das eigentliche aus Formhaut und Formträger bestehende Modell des zu fertigenden Formteils herangezogen wird und ein Oberflächenbereich dieses Modells bestimmt wird, der später von der Formhaut bedeckt sein soll. Eine Kontur dieses Oberflächenbereichs wird nun geometrisch vermessen. Der entsprechende Datensatz wird für die nachfolgenden Verfahrensschritte bereitgestellt.
Im Schritt S2 wird auf Basis des aus Schritt S1 bereitgestellten geometrischen Datensatzes der zu fertigenden Formhaut ein Vorläufermodell der Werkzeugform 12 modelliert. Modelliert bedeutet, dass unter Zuhilfenahme von CAD-Konstruktionsprogrammen eine komplementäre Werkzeugform 12 erstellt wird, deren innere Arbeitsoberfläche in der Konturgebung einem Negativ der zu fertigenden Formhaut entspricht. Über die Kontur der inneren Oberfläche 30 hinaus wird dieses Vorläufermodell auch die zur Wahrung der mechanischen Integrität und Funktionalität der Werkzeugform 12 notwendigen Konstruktionselemente beinhalten. Der Fachmann kann dabei auf die üblichen im Werkzeugformbau bekannten Erfahrungswerte zurückgreifen. Das Vorläufermodell muss nicht in ein reales Mode!! münden, sondern kann rein rechnerbasiert mittels Simulation erzeugt werden.
Ausgehend von einer weiter unten noch näher in einem Beispiel beschriebenen spezifischen Appliziervorrichtung 10 werden in einem Schritt S4 die Kennwerte/Parameter bestimmt, die eine Variabilität der Appliziervorrichtung 10 bei Auftragung einer definierten Menge und/oder einer definierten Zusammensetzung des die spätere Formhaut bildenden Materials limitieren. De Appliziervorrichtung 10 ist dabei ausgelegt, einen Partikelstrom aus dem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf die innere Oberfläche 30 einer Werkzeugform 12 zu leiten. Letzterer Punkt beinhaltet, dass der Partikelstrom an gegebener Stelle aus der Appliziervorrichtung 10 austritt und dann in einem bestimmten Abstand und Winkel in Richtung der Innenoberfläche 30 der Werkzeugform 12 strömt. Der minimale Abstand zur Innenoberfläche 30 beziehungsweise der Winkel stellt eine Limitierung der Appliziervorrichtung 10 dar. Beispielsweise ist bei einem großen Abstand ein Sprühkegel des Partikelstroms verbreitert, so dass die lokale Auftragung des Partikelmaterials mit entsprechenden Dicken dahingehend limitiert ist. Weiterhin kann die Appliziervorrichtung 10 nicht beliebig in enge und schmale Konturbereiche der Werkzeugform 12 eingebracht werden, so dass es bei unterstellter freier Beweglichkeit der Appliziervorrichtung 10 hinsichtlich eines Sprühwinkels auf den genannten Bereich nur eine jedenfalls im geringen Maße steuerbare Einflussnahme auf die Menge und Zusammensetzung des aufgetragenen Materials möglich ist.
Im Schritt S3 werden daher anhand des limitierenden Parametersatzes aus Schritt S4 und des Datensatzes des Vorläufermodells aus Schritt S2 diejenigen Konturbereiche identifiziert, an denen eine definierte Zuleitung des Partikelstroms mittels der Appliziervorrichtung 10 erschwert wird oder verhindert ist.
Im nachfolgenden Schritt S5 werden dann die identifizierten Konturbereiche im Vorläufermodell durch geometrische Inversion in ein Modell der Werkzeugform 12 überführt. Die geometrische Inversion beinhaltet demnach, dass die üblicherweise zunächst im Vorläufermodell von der Innenseite des späteren Formteils weg weisenden Konturbereiche nunmehr bei ansonsten gleicher Dimensionierung nach innen weisen. Hierdurch ist es möglich, dass die Appliziervorrichtung 10 näher und gegebenenfalls mit variablerem Winkel zu den in den Konturbereichen liegenden Flächen stehen kann und damit ein Materialauftrag genauer gesteuert werden kann.
Im Schritt S6 erfolgt schließlich die Herstellung der in dieser Weise modifizierten Werkzeugform 12 anhand des erstellten Modells. In Schritt S6 kann mit Hilfe von im Werkzeugformbau üblichen Formgebungsverfahren zum Beispiel ein Galvanomodell der Werkzeugform 12 gefertigt werden.
Im Schritt S7 wird mittels der weiter unten noch näher beschriebenen Appliziervorrichtung 10 eine Formhaut auf der inneren Oberfläche 30 der Werkzeugform 12 erzeugt. Diese wird im Schritt S8 der Werkzeugform 12 entnommen und mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs in den invertierten Konturbereichen umgestülpt.
2 zeigt eine Appliziervorrichtung 10 – hier ausgeführt als Spritzvorrichtung -, die zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer konturierten Formhaut geeignet ist. Die Appliziervorrichtung 10 weist einen Vordosierungsbereich für das zuzuführende Material mit einem Vorratsbehälter 14 und einer Dosiereinrichtung 16 (beispielsweise eine Schnecke oder dergleichen) auf. Weiterhin findet sich eine Übergabestelle 18 und eine Heizeinrichtung 20, die zur Erzeugung eines vorgewärmten, gasförmigen Fluids, vorzugsweise Luft, dient. Das Fluid wird einer Sprühpistole 22 gemeinsam mit dem vordosierten Material zur Auftragung auf die beheizbare Werkzeugform 12 zugeführt. Für die Zuführung des Materials an die Sprühpistole 22 ist eine Materialzuführleitung 24 und für die Zuführung des vorgewärmten gasförmigen Fluids eine Heizleitung 26 vorgesehen. Die Sprühpistole 22 setzt demnach einen aus Fluid und dem zugesetzten Material bestehenden Partikelstrom frei, der auf eine innere Oberfläche 30 des Werkzeugs 12 gerichtet wird.
Die Sprühpistole 22 wird über einen – hier nicht dargestellten – Roboterarm relativ zur inneren Oberfläche 30 der Werkzeugform 12 bewegt und so über die gesamte innere Oberfläche 30 der Werkzeugform 12 zur Auftragung des Materials geführt. Über eine – hier ebenfalls nicht dargestellte – Steuereinrichtung kann eine Verweildauer und ein Winkel der Sprühpistole 22 derart vorgegeben werden, dass die Wanddicke der zu erzeugenden Formhaut lokal beeinflussbar ist.
Die 3a bis 3f dienen der Illustration des Verfahrens an einem konkreten Objekt: einem Armaturenbrett. Es wird zunächst auf die obigen allgemeinen Ausführungen zu 1 verwiesen, speziell die Beschreibung der einzelnen Schritte S1–S7. Ergänzend hierzu Folgendes:
3a dient der Illustration des Schrittes S1 aus 1 und zeigt in einer Frontalansicht ein Armaturenbrett 100 für ein Kraftfahrzeug. Die Kontur der zu fertigenden Formhaut des Armaturenbretts 100 folgt der hier sichtbaren Oberfläche des Bauteils.
3b dient der Illustration des Schrittes S2 aus 1 und zeigt in ein vorläufiges Galvano-Negativ 110 (eine vorläufige Werkzeugform), mit der die Formhaut herstellbar wäre.
3c dient der Illustration des Schrittes S3 aus 1 und markiert einen Hutzenbereich 120 durch Schraffur, in dem eine definierte Zuleitung des Partikelstroms mittels der Appliziervorrichtung erschwert wird oder verhindert ist.
3d dient der Illustration der Schritte S3 und S4 aus 1. 3d zeigt einem Schnitt durch das Galvano-Negativ 110 im Hutzenbereich 120. Zu Illustrationszwecken ist eine (fiktiv ergänzte) Formhaut 130 eingezeichnet, die vorliegend eine über den dargestellten Bereich des Galvano-Negativs 110 gleichmäßige Dicke und Zusammensetzung haben soll. Das definierte Einleiten eines Partikelstroms 132 in den Hutzenbereich 120 – insbesondere einem Teilabschnitt 122 – mittels einer Sprühpistole 140 ist erschwert beziehungsweise nicht möglich; ein Sprühwinkel der Spritzpistole 140 ist insbesondere nicht im Abschnitt 122 des Hutzenbereichs 120 frei vorgebbar, noch lässt sich die Sprühpistole 140 aufgrund der geometrischen Gegebenheiten frei in den Abschnitt 122 des Hutzenbereichs 120 verfahren.
3e dient der Illustration des Schrittes S5 aus 1. 3e zeigt einem Schnitt durch einen im Sinne der Erfindung modifizierten Bereich eines Galvano-Negativs 150 (einer Werkzeugform) und zwar im Hutzenbereich 120. Der zuvor in den Schritten S3 und S4 identifizierten kritischen Konturen im Hutzenbereich 120 aus dem Vorläufermodell (siehe dazu 3d) sind durch abschnittsweise geometrische Inversion in ein Modell der Werkzeugform überführt.
3f dient der Illustration einer gemäß Schritt S8 aus 1 zunächst hergestellten vorläufigen Formhaut 160. Wie ersichtlich ist der Hutzenbereich 120 invertiert und er wird anschließend mittels eines hier nicht dargestellten Werkzeugs zur Fertigstellung der Formhaut mit der dem Armaturenbrett folgenden Kontur umgestülpt.

10: Appliziervorrichtung
12: Werkzeugform
14: Vorratsbehälter
16: Dosiereinrichtung
18: Übergabestelle
20: Heizeinrichtung
22: Sprühpistole
24: Materialzuführleitung
26: Heizleitung
30: innere Oberfläche
100: Armaturenbrett
110: vorläufiges Galvano-Negativ
120: Hutzenbereich
122: Abschnitt des Hutzenbereichs
130: Formhaut
132: Partikelstrom
140: Sprühpistole
150: Galvano-Negativ
160: vorläufige Formhaut

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugform (12) für eine konturierte Formhaut, umfassend die Schritte: (i) Erfassen einer Kontur der zu fertigenden Formhaut; (ii) Modellieren eines Vorläufermodells der Werkzeugform (12) für die Formhaut auf Basis der erfassten Kontur, wobei das Vorläufermodell ein negatives Abbild der Formhaut beinhaltet; (iii) Identifizieren von Konturbereichen im Vorläufermodell, deren Formgebung eine definierte Zuleitung eines Partikelstroms mittels einer Appliziervorrichtung (10) erschwert oder verhindert, wobei die Appliziervorrichtung (10) ausgelegt ist, den Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) zu leiten; und (iv) Modellieren eines Modells der Werkzeugform (12) durch teilweise oder vollständige geometrische Inversion der identifizierten Konturbereiche im Vorläufermodell und Herstellen der Werkzeugform (12) anhand des Modells.
Werkzeugform (12), hergestellt nach Anspruch 1.
Verwendung einer nach Verfahrensanspruch 1 erhaltenen oder erhältlichen Werkzeugform (12) zur Herstellung einer konturierten Formhaut, umfassend die Schritte (a) Bereitstellen einer Appliziervorrichtung (10), die ausgelegt ist, einen Partikelstrom aus einem zur Herstellung der Formhaut benötigten Material zu erzeugen und den Partikelstrom auf eine innere Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) zu leiten; (b) Leiten des Partikelstroms auf die innere Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) unter Verfahrensbedingungen, die zur Ausbildung der Formhaut auf der inneren Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) aus den einzelnen Partikeln des Partikelstroms führen; und (c) Entnehmen der an der inneren Oberfläche (30) der Werkzeugform (12) abgebildeten Formhaut aus der Werkzeugform (12) und Umstülpen der invertierten Konturbereiche zum Herstellen der konturierten Formhaut.
Verwendung einer nach Anspruch 3 hergestellten konturierten Formhaut zur Herstellung eines Formteils für den Fahrzeugbau, wobei das Formteil einen thermoplastischen Träger umfasst, dessen Außenoberfläche von der konturierten Formhaut gebildet wird.
Verwendung nach Anspruch 4, bei der das Formteil ein Armaturenbrett ist.