DE102007057121B4

DE102007057121B4 - Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern und auf diese Weise hergestellte Formkörper

Info

Publication number: DE102007057121B4
Application number: DE102007057121A
Authority: DE
Inventors: Jörn Welsch
Original assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Current assignee: Edag Engineering GmbH
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: DE102007057121A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern bei dem a) im Unterteil eines Presswerkzeuges eine Beschichtung mit hoher Oberflächenfinish-Qualität und Sperreigenschaften gegen faserverstärkte PU-Systeme aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass b) auf die Beschichtung vollflächig und entsprechend dosiert eine erste Schicht aus einem eine Faserverstärkung enthaltenden, reaktiven PU-System aufgesprüht wird, c) in das noch flüssige PU-System ein nicht mit Gewebe ummanteltes und nicht mit PU-System eingesprühtes Leichtbaukernhalbzeug eingelegt wird, d) darüber eine zweite abschließende Schicht aus einem eine Faserverstärkung enthaltenden PU-System aufgetragen wird, e) das PU-System unter Druck und thermisch aktiviert in dem Presswerkzeug aushärtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 und eine Dachgepäckbox nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Stand der Technik
Bei dieser Technologie werden die Reaktionskomponenten, das so genannte PU-System, unmittelbar vor dem Einbringen in ein geschlossenes Formwerkzeug dosiert und intensiv vermischt. Im Formwerkzeug erfolgt dann das Aushärten zum fertigen Bauteil. Das Vermischen und Einbringen des PU-Systems in das Formwerkzeug wird neben dem Gießen heute überwiegend auf Hochdruckanlagen durchgeführt. Neben dem Einspritzen des gemischten PU-Systems in eine geschlossene Form ist es weiterhin bekannt, das PU-System durch Sprühen in eine offene Form einzubringen, wo es zum Formteil aushärtet.
Zum Herstellen von Formkörpern mit hoher Festigkeit, Biegesteifigkeit und Wärmeformbeständigkeit ist es üblich, eine Verstärkung durch das Beimischen von Kurzglasfasern, Glasflocken oder anderen geeigneten Materialien, wie zum Beispiel Kohlefasern, herbeizuführen.
Eine weitere Möglichkeit zum Verstärken von PU-Formteilen ist das direkt vor dem Eintragen des PU-Systems erfolgende Zudosieren von Langfasermaterialien. Auch durch das vor dem Eintrag des PU-Systems erfolgende Einlegen von konfektionierten Verstärkungshalbzeugen in Form von Matten oder Wabenstrukturen ist eine Verstärkung der PU-Formteile erreichbar.
Die unterschiedlichen Verstärkungstechnologien sind angepasst bei der Verarbeitung von PU-Systemen in geschlossenen Formen mit einem Einspritzen des PU-Systems sowie beim Aufsprühen des PU-Systems in offene Formen anwendbar.
Insbesondere zum Herstellen einseitig fertig lackierter Formteile im PU-Sprühverfahren wird vor dem Eintrag des PU-Systems die Kavität der offenen Form mit einer dünnen Farbschicht versehen, welche dann mit einem PU-System hintersprüht wird. Nach dem Aushärten des Formteils kann dieses fertig lackiert entnommen werden.
Gegenstand der DE 198 36 193 A1 ist ein Verfahren, bei dem in einer Hilfsform durch Aufsprühen eines Oberflächenmaterials ein Vorformling erzeugt wird, der in einer Injektionsform zusammen mit einem mit Verstärkungsgewebe umwickelten Kern mit Epoxydharz hinterspritzt wird.
Um Kunststoffformteile mit einer extrem hohen Oberflächengüte und allgemein erhöhten Festigkeitseigenschaften auszustatten, ist es bekannt, auf die in die Form eingebrachte Lackschicht zunächst eine dünnere, fest aushärtende Schicht eines PU-Systems ohne Faserverstärkung aufzubringen und diese Schicht anschließend mit einem faserverstärkten PU-System zu hintersprühen.
Speziell bei PU-Formteilen, bei denen ein geringes Gewicht und eine hohe Biegesteifigkeit von Bedeutung sind, wird ein Sandwichaufbau gewählt. Gemäß einer bekannten Technologie werden dazu vorkonfektionierte platten- oder mattenförmige Kernhalbzeuge außerhalb einer geschlossenen Pressform allseitig mit einem faserverstärkten PU-System besprüht und anschließend in das Presswerkzeug eingelegt und verpresst, wobei durch Umformen der Kernhalbzeuge strukturierte Querschnitte erzeugbar sind. Im Presswerkzeug erfolgt dann unter Druck und Wärmezufuhr das Aushärten.
In Anlehnung an diese Technologie ist es weiterhin üblich, die Kernhalbzeuge schon in ihrer endgültigen Form vorzufertigen, außerhalb des Presswerkzeuges zum Beispiel mit Fasermatten zu umhüllen und das so vorbereitete Kernhalbzeug (Mumie) dann allseitig mit einem faserverstärkten PU-System zu besprühen. Das mit der entsprechenden Menge des faserverstärkten PU-Systems versehene Kernhalbzeug wird dann in das mit einem Lackauftrag und einer faserfreien PU-Schicht vorbereitete Presswerkzeug eingelegt und unter Druck und thermisch aktiviert aushärtend verpresst.
Insbesondere das Anbringen der die erforderliche Menge PU-System aufnehmenden Fasermatten sowie das allseitige Aufsprühen außerhalb des Presswerkzeuges sind fertigungstechnisch sehr aufwändig. So muss das allseitige Aufsprühen des faserverstärkten PU-Systems in einer separaten Sprühstation unter Bewegen und Wenden des Kernhalbzeuges oder mit aufwändiger Steuerung des Sprühwerkzeuges erfolgen, wobei es zu einem unvermeidlichen PU-Overspray kommt. Außerdem stellt der Transport des vorbereiteten Kernhalbzeuges in das Presswerkzeug eine Schwachstelle im Verfahrensablauf dar. Dabei kann es immer zu einem den Prozess störenden Abtropfen des auf das Kernhalbzeug aufgesprühten PU-Systems kommen.
Die DE 10 2005 012 796 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Verbundteilen, bei dem die Funktion der äußeren Bauteilschicht durch eine in das Werkzeug einzulegende Folie aus Kunststoff oder Metall übernommen wird. Derartige Folien weisen an sich eine höhere mechanische Festigkeit auf. Die Gefahr, dass sich ein in die darauf aufgesprühte, noch flüssige Zwischenschicht eingelegter und mit Glasfasermatten ummantelter Kern (Trägerschicht) auf der Außenseite der Folie abzeichnet oder diese beschädigt wird dadurch verringert. Nachteilig sind jedoch die auftretenden mechanisch/thermischen Wechselbeanspruchungen.
Aus der DE 103 12 465 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer Außenhaut und einem Träger bestehenden Verbundbauteils bekannt. Die Außenhaut wird dabei ebenfalls als vorgefertigtes Halbzeug in ein Werkzeug eingelegt und anschließend über eine Begrenzungsschicht mit dem Träger verbunden.
Aufgabenstellung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von mit einer qualitativ hochwertigen Lackschicht versehenen PU-Formkörpern zu schaffen, bei welchem der Anlagenaufwand sowie der prozesstechnische Aufwand gegenüber dem Stand der Technik deutlich gesenkt wird. Außerdem sollen mit dem Verfahren auch Formteile mit komplizierteren Querschnitten, zum Beispiel mit aus kompakten PU bestehenden seitlichen Ausformungen herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weiterhin ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dachgepäckbox mit einem PU-Formkörper Gegenstand der Erfindung.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass sämtliche Schritte zum Herstellen der gattungsgemäßen PU-Formkörper im Bereich ein und desselben Presswerkzeuges erfolgen. Das Einlegen eines nicht mit einem PU-System besprühten Kernhalbzeuges in das mit Lackauftrag und faserlosem PU-System sowie einer Schicht flüssigem PU-System mit Faserverstärkung vorbereitete Presswerkzeug bedeutet eine deutliche Verringerung des Handhabungsaufwandes mit Auswirkung auf die Senkung der Zykluszeiten. Neben dem Wegfall einer aufwändigen separaten Sprühstation besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil im Wegfall der zumeist arbeitsintensiv anzubringenden Gewebematten. Da nach dem Einlegen der Kernhalbzeuge in das vorgesprühte Bett aus faserverstärktem PU-System der abschließende vorzugsweise robotergeführte Sprühauftrag des faserverstärkten PU-Systems erfolgt, können zum Beispiel gezielt Verstärkungsrippen oder andere Ausformungen aus kompaktem faserverstärktem PU-Material erzeugt werden. Dies ermöglicht die Verwendung preisgünstiger plattenförmiger Materialien für die Kernhalbzeuge. Die Kernhalbzeuge können dabei aus Papier oder Kunststoffen sowie Schäumen oder Wabenmaterial bestehen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil hinsichtlich der Prozessvereinfachung besteht darin, dass keine Verformung der Kernhalbzeuge im Presswerkzeug erfolgen muss.
Der Einsatz eines nach Art eines IMC als erste in die Form aufzutragende Schicht in Form eines UV-beständigen und durchgefärbten faserlosen PU-Systems mit Sperreigenschaften bewirkt eine weitere Vereinfachung der Technologie.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden im Folgenden an Hand der Figuren näher beschrieben:
Es zeigen:
1 bis 7 die einzelnen Verfahrensschritte am Beispiel eines Anbauteils
8 bis 9 einen Formkörper in Form einer Dachgepäckbox
Verfahren
In die Kavität des Unterteils eines aus Werkzeugunterteil 2 und Werkzeugoberteil 1 bestehenden Presswerkzeuges erfolgt über den Robotersprühkopf 8 ein Lackauftrag 3. Dabei kann es sich um ein lösungsmittelhaltiges In-Mould-Coating (IMC) oder um ein lösungsmittelfreies PU-Gel-Coat handeln. Abgestimmt auf die jeweilige Reaktivität erfolgt in ebenfalls bekannter Weise der gleichmäßige Sprühauftrag eines reaktiven PU-Systems 4 ohne Faserverstärkung. Auf diese Zwischenschicht wird vollflächig eine entsprechend dosierte Menge eines reaktiven PU-Systems 5 mit Faserverstärkung aufgesprüht. In das noch flüssige PU-System 5 wird das plattenförmige, nicht mit Gewebe ummantelte und nicht mit PU-System eingesprühte Kernhalbzeug 7 einbettend, verdrängend eingelegt. Daran schließt sich der abschließende Auftrag des faserverstärkten PU-Systems 6 an. Robotergesteuert erfolgt zur Ausbildung von Bereichen mit kompaktem PU-Material, eine eingestellte Mengendosierung des faserverstärkten PU-Systems 5 und 6 an den entsprechenden Stellen. So können zum Beispiel Verstärkungsrippen oder verstärkte Befestigungspunkte zum Anordnen von Beschlägen aus kompaktem, faserverstärkten PU-Material erzeugt werden. Im geschlossenen Presswerkzeug härten die PU-Materialien unter Druck und thermisch aktiviert aus.
In 7 dargestellt ist eine Verfahrensvariante, bei der an Stelle des Lackauftrages und des aufgesprühten faserlosen PU-Systems eine einzige Schicht mit IMC-Eigenschaften aufgetragen wird. Diese Schicht besteht dabei aus einem durchgefärbten, UV-beständigen PU-System 9, welches die erforderlichen sperrenden Eigenschaften gegenüber den faserverstärkten PU-Systemen 5, 6 aufweist.
Abschließend kann auf bestimmte Bereiche der Auftrag eines weich-elastisch aushärtenden PU-Systems erfolgen, wodurch am Formteil Flächen mit geräusch- und rutschhemmenden Eigenschaften ausgebildet werden.
PU-Formkörper
Auf zwei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte PU-Formkörper wird im Folgenden näher eingegangen.
Bei dem gemäß den 1 bis 7 verfahrensgemäß hergestellten Formteil handelt es sich zum Beispiel um die Außenschale des Türblattes für eine Fahrzeugzugangstür, wie sie in Wohnmobilen und Caravans Verwendung findet. Bei derartigen Formkörpern werden insbesondere an die Erstklassigkeit der Oberflächengüte sowie die Biegesteifigkeit bei einem möglichst geringen Gewicht hohe Anforderungen gestellt. Die Gesamtheit dieser Anforderungen lässt sich kostengünstig nur durch einen PU-Formkörper mit Sandwichaufbau erfüllen. Ein erfindungsgemäß hergestellter Formkörper weist eine Außenhaut aus einem In-Mould-Coating 3 mit einer Schicht aus faserfreiem PU-System 4 auf. Diese Schicht ist hinterfüllt mit dem faserverstärktem PU-System 5, wobei hinsichtlich Biegesteifigkeit und Festigkeit besonders relevante Bereiche aus kompaktem faserverstärktem PU-System 5, 6 bestehen. Zur Gewichtsreduzierung ist in den faserverstärkten PU-Systemen 5, 6 ein vollständig von faserverstärktem PU-Systemen 5, 6 umgebenes Kernhalbzeug 7 aus plattenförmigen Leichtbaumaterial angeordnet.
Das in den 8 bis 10 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Dachgepäckbox für PKW. Derartige Dachgepäckboxen bestehen üblicher Weise aus einer auf dem Autodach befestigten und das Gepäck aufnehmenden Unterschale und einer diese dicht und übergreifend verschließenden Oberschale. Auch hier werden an Biegesteifigkeit, Festigkeit und Leichtbau hohe Anforderungen gestellt. Gemäß dem Stand der Technik werden derartige Dachgepäckboxen in der Regel aus tiefgezogenen Kunststofffolien gefertigt. Insbesondere die schalenförmigen Unterteile weisen dabei zum Gewährleisten der geforderten Stabilität eine Vielzahl von konstruktiv aufwändiger Versteifungsausformungen auf, in die zum Teil weitere Kunststoffprofile oder metallische Tragteile eingesetzt werden. Eine gattungsgemäße Dachgepäckbox ist Gegenstand der DE 42 00 937 C2 .
Trotz zusätzlicher Versteifungen kann die Stabilität der meisten bekannten, mit vertretbarem Aufwand hergestellten Dachgepäckboxen nicht befriedigen. So kommt es insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten immer noch zu unerwünschten Flatterbewegungen sowie zu Windgeräuschbelästigungen oder die bekannten Konstruktionen sind durch ihre zusätzlichen Verstärkungsmaßnahmen baulich aufwändig und schwer. Generell sind der konstruktiven Gestaltung durch das Tiefziehverfahren Grenzen gesetzt.
Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine aus Boxunterschale und Boxoberschale bestehende Dachgepäckbox zu schaffen, welche sich durch ein geringes Gewicht, hohe Stabilität und eine günstige Herstellbarkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine Dachgepäckbox mit den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis 8 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Dachgepäckbox sind konstruktive Ausstattungsmerkmale möglich, wie zum Beispiel die Ausformung eines Bugspoilers, welche bei einer nach dem Tiefziehverfahren hergestellten Dachgepäckbox nicht realisierbar sind.
Im Ausführungsbeispiel besteht die Boxunterschale 11 der Dachgepäckbox ebenfalls aus einer Außenhaut aus einem In-Mould-Coating und einer sperrenden Schicht aus faserfreiem PU-System. Diese Schicht ist hinterfüllt mit einem schraffiert dargestellten faserverstärkten PU-System (9), wobei hinsichtlich Biegesteifigkeit und Festigkeit besonders relevante Bereiche, wie zum Beispiel Befestigungspunkte, aus kompaktem faserverstärkten PU-System bestehen. Zur Gewichtsreduzierung ist im ebenen Boden der Boxunterschale 11 ein vollständig von faserverstärktem PU-System umgebenes Kernhalbzeug 7 aus plattenförmigen Leichtbaumaterial angeordnet. Die Verwendung eines Kernhalbzeuges 7 aus einem Wabenmaterial ist dabei besonders vorteilhaft. Im Bugbereich ist die Boxunterschale 11 mit einem aus kompaktem PU-System bestehenden Bugspoiler 12 ausgestattet. Gleichartig können natürlich auch andere strömungstechnisch günstige Luftleitausformungen realisiert werden. Der Gebrauchswert der Dachgepäckbox wird weiterhin dadurch erhöht, dass zumindest die Innenseite des Boxunterteils 11 mit einer welchelastischen Beschichtung 13 versehen ist, welche Klappergeräusche verhindert und rutschhemmend wirkt.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugoberteil
2: Werkzeugunterteil
3: Lackauftrag/In-Mould-Coating
4: PU-System ohne Faserverstärkung
5: PU-System mit Faserverstärkung
6: PU-System mit Faserverstärkung
7: Kernhalbzeug
8: Robotersprühkopf
9: PU-System mit IMC-Eigenschaften
10: Boxoberschale
11: Boxunterschale
12: Bugspoiler
13: Beschichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern bei dem a) im Unterteil eines Presswerkzeuges eine Beschichtung mit hoher Oberflächenfinish-Qualität und Sperreigenschaften gegen faserverstärkte PU-Systeme aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass b) auf die Beschichtung vollflächig und entsprechend dosiert eine erste Schicht aus einem eine Faserverstärkung enthaltenden, reaktiven PU-System aufgesprüht wird, c) in das noch flüssige PU-System ein nicht mit Gewebe ummanteltes und nicht mit PU-System eingesprühtes Leichtbaukernhalbzeug eingelegt wird, d) darüber eine zweite abschließende Schicht aus einem eine Faserverstärkung enthaltenden PU-System aufgetragen wird, e) das PU-System unter Druck und thermisch aktiviert in dem Presswerkzeug aushärtet.
Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemäß Schritt a) zu erzeugende Beschichtung durch einen Lackauftrag (In-Mould-Coating) und anschließendem Aufsprühen einer Sperrschicht aus einem faserfreien PU-System erfolgt.
Verfahren zum Herstellen von PU-Formkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemäß Schritt a) zu erzeugende Beschichtung durch Aufsprühen einer einzigen Schicht aus einem durchgefärbten, UV-beständigen PU-System erfolgt, welches die sperrenden Eigenschaften gegenüber den danach aufzusprühenden faserverstärkten PU-Systemen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schichten aus faserverstärktem PU-System durch partiell höher dosiertes Aufsprühen sowie im Zusammenwirken mit entsprechend ausgebildeten Kavitäten im Presswerkzeug verstärkte Bereiche aus kompaktem PU-Material ausgebildet werden.
Dachgepäckbox mit einem PU-Formkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Boxunterschale (11) einer aus Boxunterschale (11) und Boxoberschale (10) bestehenden Dachgepäckbox für Fahrzeuge eine Außenhaut mit hoher Oberflächenfinish-Qualität und einem faserfreien PU-System mit Sperreigenschaften gegenüber faserverstärkten PU-Systemen besteht, und diese Außenhaut mit einer Tragschicht aus faserverstärktem PU-System verbunden ist, wobei im Boden der Boxunterschale (11), vollständig eingebettet in die Tragschicht aus faserverstärktem PU-System, ein vorgefertigtes Kernhalbzeug (7) angeordnet ist, welches aus einem nicht mit Verstärkungsgewebe ummantelten Leichtbauhalbzeug besteht.
Dachgepäckbox nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschicht aus faserverstärktem PU-System partiell Bereiche aus kompaktem PU-System aufweist.
Dachgepäckbox nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Boxunterschale (11) ein Bugspoiler (12) aus kompaktem PU-System ausgebildet ist.
Dachgepäckbox nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenseite der Boxunterschale (11) eine Beschichtung (13) aus einem weich-elastisch aushärtenden PU-System aufweist.