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Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 11.
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Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils, beispielsweise einer Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug, umfasst folgende Schritte: In das Werkzeugunterteil eines geöffneten Schäumwerkzeugs wird eine die Kontur des Bauteils abbildende Formhaut, beispielsweise eine Polyurthan-Formhaut, eingelegt. Daraufhin wird ein aufschäumender Polyurethan-Kunststoff in die offene Seite der Formhaut gesprüht. Ein steifes Trägerbauteil, das einer Anbindung der Instrumententafel an die Fahrzeugkarosserie dient, wird gleichzeitig an der anderen Werkzeughälfte fixiert. Nach dem Zusammenfahren der beiden Hälften des Schäumwerkzeugs, wobei die Formhaut sowie das Trägerbauteil in einem definierten Abstand zueinander in der Kavität des Werkzeugs positioniert sind, schäumt der Polyurethan-Kunststoff aufgrund seiner Eigenreaktivität, gegebenenfalls unterstützt durch eine Vortemperierung des Schäumwerkzeugs auf, wobei dieser den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil und der Formhaut ausfüllt. Mittels des Polyurethan-Schaums wird die Formhaut mit dem Trägerbauteil verbunden. Auf diese Art und Weise kann ein dreischichtiges Kunststoffbauteil, beispielsweise eine Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug, hergestellt werden, das aufgrund der steifen Ausführung des Trägerbauteils sowohl die erforderliche mechanische Festigkeit aufweist als auch die an ein Innenausstattungsteil eines Kraftfahrzeugs gestellten optischen und haptischen Anforderungen erfüllt. Weiterhin wird durch dieses Verfahren die Herstellung eines Bauteils mit komplexen Geometrien ermöglicht.
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Bisherige Schäumanlagen sind als Einzelplatzanlagen ausgeführt, d. h. das Schäumwerkzeug ist lokal fest positioniert und sämtliche Verfahrensschritte werden an dieser Position an dem geöffneten oder geschlossenen Schäumwerkzeug durchgeführt. Die Ausführung einer Schäumanlage als Einzelplatzanlage hat sich jedoch als unflexibel herausgestellt. Insbesondere ist es sehr aufwändig, weitere Prozessschritte in den Herstellprozess zu integrieren. Bei einer Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug kann ein weiterer Prozessschritt beispielsweise darin bestehen, eine lokale Hautschwächung als definierte Aufreißnaht für einen Beifahrerairbag einzubringen. Einzelplatzanlagen haben sich insbesondere dann als unflexibel herausgestellt, wenn an derselben Anlage Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien gefertigt werden sollen, die gegebenenfalls zusätzlich unterschiedliche Bearbeitungsschritte erfordern.
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Die
US 2006/0284330 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundverkleidungsteils für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2004 030 786 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteiles, insbesondere mit einer Airbagabdeckung.
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Die
DE 1 504 300 A betritt ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumerzeugnisses.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anlage zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils derart weiter zu entwickeln, dass eine flexiblere Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.
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Der Kern der Erfindung sieht vor, bei einer Anlage zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils mittels eines Kunststoff-Schäumverfahrens die Werkzeughälften voneinander zu entkoppeln und zumindest eine Werkzeughälfte, insbesondere diejenige, in die eine Formhaut eingelegt wird, in der Art einer Transferkette zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen zu transportieren. Dadurch wird ermöglicht, mit den Werkzeughälften gezielt nur die für die Herstellung des jeweiligen Bauteils erforderlichen Bearbeitungsstationen anzufahren. Auf diese Weise kann ein flexibler Herstellungsprozess erreicht werden.
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Eine erfindungsgemäße Anlage weist somit mindestens zwei Bearbeitungsstationen auf, in denen Mittel zur Ausführung zumindest der folgenden Bearbeitungsschritte, die nicht in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden müssen, vorgesehen sind:
- – Einbringen einer Formhaut in das Unterteil eines zweiteiligen Schäumwerkzeugs,
- – Fixieren eines Trägerbauteils in einer definierten Position zu der Formhaut oder an dem Oberteil des zweiteiligen Schäumwerkzeugs,
- – Schließen des zweiteiligen Schäumwerkzeugs, wobei das Oberteil des Schäumwerkzeugs in Kontakt mit dem Unterteil gebracht wird, um eine die Form des Kunststoffbauteils abbildende Kavität auszubilden, sowie
- – Einbringen eines aufschäumenden Kunststoffs in die Formhaut bei geöffnetem Schäumwerkzeug oder in die Kavität des geschlossenen Schäumwerkzeugs.
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Die erfindungsgemäße Anlage weist ferner Transportmittel zum Transportieren zumindest des Werkzeugunterteils zwischen den Bearbeitungsstationen auf.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils, werden zumindest die oben genannten Bearbeitungsschritte an zumindest zwei Bearbeitungsstationen durchgeführt, wobei zumindest das Werkzeugunterteil zwischen den Bearbeitungsstationen transportiert wird.
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Erfindungsgemäß ist das Werkzeugunterteil dadurch charakterisiert, dass in dieses die Formhaut eingebracht wird. Eine Einschränkung dahingehend, dass dieses in Gravitationsrichtung unterhalb des Oberteils liegen muss, ist erfindungsgemäß nicht vorgesehen.
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Unter mehrschichtigem Kunststoffbauteil wird erfindungsgemäß ein Bauteil verstanden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird. Erfindungsgemäß ist nicht erforderlich, dass das mehrschichtige Kunststoffbauteil ausschließlich aus Kunststoff besteht. Insbesondere kann die Formhaut auch aus Leder bestehen. Auch kann das Trägerbauteil zumindest teilweise aus anderen Werkstoffen bestehen (z. B. Stahl, Aluminium).
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Bei der Formhaut handelt es sich vorzugsweise – jedoch nicht notwendigerweise – um eine solche, die bereits die geometrische Form des herzustellenden Kunststoffbauteils oder zumindest einen Abschnitt hiervon abbildet. Grundsätzlich kann die Formhaut die erforderliche Geometrie auch erst durch das Einbringen in das Schäumwerkzeug erhalten. Möglich ist auch, dass ein aushärtender Kunststoff (z. B. Polyurethan) in das Schäumwerkzeug gesprüht wird und dort die Formhaut ausbildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Mittel zum Einbringen eines aufschäumenden Kunststoffs in die Formhaut eine robotergeführte Sprühvorrichtung auf. Mit einer solchen ist es möglich, auch bei einem geöffneten Schäumwerkzeug eine gleichmäßige Schicht des aufschäumenden Kunststoffs auch in geometrisch komplexe Formhäute, insbesondere auch solche mit Hinterschnitten, einzubringen.
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Erfindungsgemäß sind an einer Bearbeitungsstation Mittel zum Einbringen einer Formhaut- und/oder Bauteilschwächung vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine Bearbeitungsstation handeln, an der auch andere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Bevorzugt wird in dieser Bearbeitungsstation jedoch lediglich die Bauteilschwächung eingebracht. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn nicht bei allen auf der Anlage herzustellenden Bauteilen eine Bauteilschwächung eingebracht werden soll bzw. wenn die Bauteilschwächung bei unterschiedlichen herzustellenden Kunststoffbauteilen auf verschiedene Art und Weise eingebracht werden. Beispielsweise wird bei einer Instrumententafel, deren Formhaut eine Oberfläche aus Leder umfasst, eine Bauteilschwächung häufig auf andere Art und Weise eingebracht, als dies bei Instrumententafeln erfolgt, deren Formhaut vollständig aus Kunststoff besteht. Werden in diesem Fall in der Anlage zwei Bearbeitungsstationen vorgesehen, wobei die erste davon Mittel zum Einbringen einer Bauteilschwächung aufweist, die auch für Formhäute mit Lederoberfläche geeignet sind, während die andere Bearbeitungsstation derartige Mittel für Kunststoffformhäute vorsieht, können die einzelnen Bearbeitungsstationen lediglich von den entsprechenden Werkzeugunterteilen angefahren werden. Auf diese Weise können auf einer Anlage verschiedenartige Kunststoffbauteile hergestellt werden, ohne dass ein Umrüsten der Anlage und ein dadurch erforderlicher Produktionshalt erforderlich wäre.
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Erfinungsgemäß sind an einer Bearbeitungsstation ferner Mittel zur Beschleunigung der Aushärtung des aufgeschäumten Kunststoffs vorgesehen. Hierbei kann es sich wiederum um eine Bearbeitungsstation handeln, an der eine oder mehrere weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Die Mittel können eine Aushärtung des aufgeschäumten Kunststoffs insbesondere durch das Einbringen von Wärmeenergie beschleunigen. Besonders bevorzugt weisen diese Mittel Mittel zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung auf, da auf diese Weise ein besonders effektiver und gezielter Wärmeeintrag in den aufgeschäumten Kunststoff möglich ist.
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Weiterhin bevorzugt sind an der letzten Bearbeitungsstation Mittel zur automatisierten Entnahme des Kunststoffbauteils vorgesehen.
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Weiterhin bevorzugt weist die erfindungsgemäße Anlage zumindest eine Lagereinrichtung zur Lagerung von mehreren Werkzeugober- und/oder unterteilen auf. Dadurch können Werkzeugober- und/oder -unterteile, die im laufenden Produktionsprozess kurz- oder längerfristig nicht benötigt werden, zwischen gespeichert werden.
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Weiterhin bevorzugt umfassen die Transportmittel zumindest ein Förderband. Darunter wird erfindungsgemäß eine fest installierte Förderstrecke verstanden, auf der die zu transportierenden Elemente selbsttätig transportiert werden.
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Umfassen die Transportmittel ein Förderband, kann/können die Lagereinrichtung(en) vorzugsweise als Pufferstrecke dieses Förderbands ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Länge dieser Pufferstrecke, gegebenenfalls in Kombination mit einer reduzierten Transportgeschwindigkeit kann auf diese Weise eine vorteilhafte Zwischenlagerung der zu transportierenden Werkzeugteile erzielt werden, ohne dass es erforderlich wäre, diese aus dem Transportprozess auszuschleusen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage wird zumindest das Werkzeugunterteil von den Transportmitteln in einem Kreislauf geführt. Dadurch kann eine Zeitverzögerung infolge eines erforderlichen Rücktransports der Werkzeugunterteile verhindert werden.
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Weiterhin kann auch das Werkzeugoberteil in einem zweiten Kreislauf geführt werden, wobei die beiden Kreisläufe in zumindest einem Abschnitt ineinander übergehen können. Dadurch wird es ermöglicht, die Werkzeugober- und -unterteile lediglich an den Bearbeitungsstationen an denen ein geschlossenes Werkzeug erforderlich ist, zusammenzuführen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil in der Regel das Werkzeugunterteil mehrere Bearbeitungsstationen durchlaufen muss, an denen das Werkzeugoberteil nicht erforderlich ist. Folglich kann der Kreislauf des Werkzeugoberteils kürzer ausgebildet werden als der des Werkzeugunterteils.
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In dem gemeinsamen Abschnitt der beiden Kreisläufe werden vorzugsweise die Mittel zum Schließen des zweiteiligen Schäumwerkzeugs, zur Beschleunigung der Aushärtung des aufgeschäumten Kunststoffs und ferner Mittel zum Öffnen des Schäumwerkzeugs vorgesehen. Für den Fall, dass der aufschäumende Kunststoff in das geschlossene Schäumwerkzeug eingebracht wird, sind die entsprechenden Mittel zum Einbringen vorzugsweise ebenfalls auf dem gemeinsamen Abschnitt der beiden Kreisläufe angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt
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1: eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung einer Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug und
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2: den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufschema.
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In der in der 1 dargestellten Anlage wird eine Instrumententafel 1 für ein Kraftfahrzeug in mehreren nachfolgend ablaufenden Bearbeitungsschritten als mehrschichtiges Kunststoffbauteil hergestellt. Die verschiedenen Verfahrensschritte werden an verschiedenen Bearbeitungsstationen, die räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, durchgeführt. Die verschiedenen Bearbeitungsstationen sind über Förderbänder 2 miteinander verbunden.
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An der ersten Bearbeitungsstation werden Formhäute 3, die als Oberflächenschicht für die zu fertigende Instrumententafel ausgebildet sind, manuell an drei Einlegestationen 4 in Schäumwerkzeugunterteile 6 eingelegt. Hierzu werden die Formhäute 3 in Gitterboxen 5 entsprechend ihrer Verarbeitungssequenz angeliefert. Die Formhäute 3 können sich insbesondere hinsichtlich der Farbe, der Oberflächenbeschaffenheit, jedoch auch hinsichtlich des Werkstoffs unterscheiden.
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Nach dem Einlegen von drei Formhäuten 3 in entsprechende Werkzeugunterteile 6 an den drei Einlegestationen 4 werden diese nacheinander an das Förderband 2 übergeben. Dieses transportiert die Werkzeugunterteile 4 zu der nächsten Bearbeitungsstation 7, in der in die Formhäute 3 in einem Bereich, der als Austrittsöffnung für einen unterhalb der Instrumententafel angeordneten Airbag vorgesehen ist, eine Hautschwächung eingebracht wird. Hierbei wird mittels Roboter 8 unter Einsatz jeweils eines Schneidmessers die Dicke der Formhaut 3 entlang einer Sollbruchstelle reduziert. Das Einbringen der Hautschwächung kann jedoch auch auf beliebige andere, aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise erfolgen (z. B. durch Laserschwächung). Eine Auswahl der entsprechenden Schwächungsmethode kann insbesondere von dem für die Formhaut verwendeten Werkstoff abhängen.
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Da für das Hautschwächen eine relativ lange Zeit benötigt wird (im vorliegenden Fall ca. 48 Sekunden) ist vorgesehen, diesen Bearbeitungsschritt an zwei Bearbeitungsstationen 7 parallel durchzuführen. Hierzu werden die von den Einlegestationen 4 ankommenden Werkzeugunterteile 6 mit den darin angeordneten Formhäuten 3 nacheinander auf zwei parallel führende Förderbänder 2 übertragen, mittels derer die Werkzeugunterteile 6 einschließlich der Formhäute 3 in die Arbeitsbereiche der jeweiligen Schwächungsroboter 8 gebracht werden.
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Nach dem parallel erfolgenden Schwächen der Formhäute 3 werden diese wieder auf einem Förderband 2 zusammen- und der nächsten Bearbeitungsstation 9 zugeführt, an der mittels einer an einem Roboter 10 befestigten Sprühvorrichtung ein aufschäumbarer Polyurethankunststoff in die nach oben offene Rückseite der Formhaut 3 eingesprüht wird.
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Während des Besprühens der einzelnen Formhäute 3 wird an einer weiteren Bearbeitungsstation jeweils ein Trägerbauteil (nicht dargestellt) an einem korrespondierenden Werkzeugoberteil 11 fixiert. Dieses Werkzeugoberteil 11 einschließlich des daran fixierten Trägerbauteils wird daraufhin mittels eines weiteren Roboters 12 auf das entsprechende Werkzeugunterteil 6 aufgesetzt, so dass eine geschlossene Kavität mit der darin befindlichen Schichtstruktur bestehend aus Formhaut 3, Zwischenschicht aus aufschäumbarem Polyurethanschaum sowie Trägerbauteil gebildet wird.
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Das geschlossene Schäumwerkzeug wird daraufhin mittels des Förderbands auf einer Aushärtestrecke 13 weitertransportiert. Auf dieser Aushärtestrecke 13 wird dem Polyurethanschaum, der als Zwischenschicht zwischen der Formhaut 3 und dem Trägerbauteil fungiert, Wärme zugeführt, wodurch dieser zunächst aufschäumt und den Zwischenraum zwischen der Formhaut 3 und dem Trägerbauteil vollständig ausfüllt und danach aushärtet. Für das Aufschäumen und Aushärten des Polyurethanschaums ist ein Zeitraum von ca. 120 Sekunden erforderlich.
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Nach dem Aushärten des Polyurethanschaums wird das Schäumwerkzeug einer weiteren Bearbeitungsstation 14 zugeführt, in der mittels eines weiteren Roboters 15 das Werkzeugoberteil 11 wieder abgenommen und einer Pufferstrecke 20 für Werkzeugoberteile 11 zugeführt wird.
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Das Werkzeugunterteil 6 mit der Instrumententafel 1 wird daraufhin einer weiteren Bearbeitungsstation 16 zugeführt, in der mittels eines weiteren Roboters 17 an der vorgesehenen Stelle eine Schwächung für den Airbag nun auch in das Trägerbauteil sowie die Zwischenschicht aus Polyurethanschaum eingefräst wird. Hierzu ist ein Zeitraum von ca. 32 Sekunden erforderlich. Nach Beendigung der Bauteilschwächung wird die Instrumententafel 1 an einer nachfolgenden Bearbeitungsstation 18 mittels eines Roboters 19 entnommen und für den Abtransport bereitgestellt. Die Werkzeugunterteile 6 werden auf einer Pufferstrecke 21 des Förderbands 2 bis zu den Einlegestationen 4 zurück transportiert, um diese erneut dem Herstellungsprozess zuzuführen.
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Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht die Herstellung der Instrumententafel 1 in einer Taktzeit von ca. 36 Sekunden. Diese Gesamttaktzeit bestimmt sich durch die Einzeltaktzeit, die beim Schäumen und Auflegen des Werkzeugoberteils 11 benötigt wird. An allen anderen Bearbeitungsstationen wird durch die Vorsehung von entsprechenden Pufferstrecken oder durch eine parallele Bearbeitung (Hautschwächen) eine geringere Einzeltaktzeit erzielt.
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Die einzelnen Zeiträume, die für die verschiedenen Bearbeitungsschritte erforderlich sind, sind in dem Ablaufschema der 2 dargestellt.
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Für das manuelle Hauteinlegen in das Schäumwerkzeugunterteil wird ein Zeitraum von ca. 54 Sekunden benötigt. Da gleichzeitig an drei Einlegestationen 4 gearbeitet wird, kann in einer Taktzeit von ca. 18 Sekunden jeweils ein mit einer Formhaut belegtes Schäumwerkzeugunterteil 6 den nachfolgenden Bearbeitungsstationen 7 (Hautschwächen) zugeführt werden. Für das Hautschwächen wird ein Zeitraum von 48 Sekunden benötigt. Aufgrund der parallelen Bearbeitung an zwei Bearbeitungsstationen 7 wird der nächsten Bearbeitungsstation 9 (Schäumen und Auflegen des Werkzeugoberteils) alle 24 Sekunden ein Werkzeugunterteil 6 mit einer geschwächten Formhaut 3 zugeführt. Das Schäumen und Auflegen des Werkzeugoberteils 11 benötigt einen Zeitraum von insgesamt 36 Sekunden. Nach dem Aufsprühen des aufschäumbaren Polyurethankunststoffs erfolgt das Aufschäumen und Aushärten des Polyurethanschaums in der Aushärtestrecke 13. Hierzu wird ein Zeitraum von ca. 120 Sekunden für jedes Schäumwerkzeug benötigt. Die Aushärtestrecke 13 kann jedoch gleichzeitig vier Schäumwerkzeuge aufnehmen, so dass alle 30 Sekunden ein Schäumwerkzeug der darauf folgenden Bearbeitungsstation 14, an der das Werkzeugoberteil 11 abgenommen wird, zugeführt wird. Das nachfolgende Fräsen der Airbagschwächung erfolgt in einem Zeittakt von ca. 32 Sekunden.
