DE102008058952B4

DE102008058952B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von textilen Formbauteilen

Info

Publication number: DE102008058952B4
Application number: DE102008058952A
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr.rer.nat. 71229 Greiner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Greiner Ralph Drrernat De
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: DE102008058952A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von textilen Formbauteilen, wobei Fasern und Bindemittel zu einem Rohling mit einer ungleichmäßigen Schichtdicke angesammelt werden, wobei der Rohling später in einem Presswerkzeug zu dem Formbauteil verpresst wird, wobei die Fasern und das Bindemittel in eine schalenförmige Werkzeugmaske eingebracht werden, welche zumindest einseitig die gewünschte Kontur des Formbauteils aufweist, und danach die befüllte Werkzeugmaske in das an die Werkzeugmaske angepasste Presswerkzeug eingebracht wird, um dort den Rohling zu dem Formbauteil zu verpressen dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Werkzeugmaske in das Presswerkzeug mittels eines Robotergreifers erfolgt und dass eine Werkzeugmaske verwendet wird, welche presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist und dadurch an einer eindeutig definierten Position abgesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von textilen Formbauteilen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der DE 10 2005 004 454 B3 bekannt. Ähnliche Verfahren und Vorrichtungen sind auch bekannt aus DE 10324735 B3 , DE 10 2007 008 391 A1 , DE 10 2007 054 424 A1 , JP 05-321114 A und EP 1115547 B1 . Außerdem ist der Einsatz von Robotergreifern für erschütterungsempfindliches Schüttgut bekannt aus JP 2007-152718 A und aus EP 1437435 A1 .
Im Automobilbau werden für eine Reihe von Anwendungen textile Formbauteile unterschiedlicher Gestalt benötigt. Als Beispiele seien die bereits aus der DE 10 2005 004 454 B3 bekannten Auskleidungen des Innenraumes genannt aber auch z. B. die Auflagen von Fahrzeugsitzen (z. B. Sitz- und Lehnenauflagen). Derartige Bauteile benötigen über ihren Querschnitt unterschiedliche Dicken – entsprechend werden auch Pressrohlinge mit unterschiedlichen Dicken benötigt. Bekannterweise werden solche Rohlinge unterschiedlicher Dicke hergestellt, in dem eine hohle Pressform unterschiedlich hoch befüllt wird oder ein Rohling unterschiedlich hoch aufgebaut wird. Letzteres wird in der DE 10 2005 004 454 B3 durch Ansaugen in einer Vorform verwirklicht. Danach wird der so erzeugte Rohling aus der Vorform entnommen und in die eigentliche Pressform transportiert. Während des Transports ist der Rohling ungeschützt und kann seine Form bereits allein durch sein Eigengewicht oder aber auch infolge von Erschütterungen verändern. Dies kann die Qualität des späteren textilen Bauteils beeinträchtigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Veränderungen der Rohlingform bis zum eigentlichen Pressvorgang möglichst auszuschließen.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentansprüche 2 bis 7) sowie die zu schaffende Vorrichtung (Patentanspruch 8). Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der Patentanspruch 9.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Herstellung von textilen Formbauteilen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
Fasern und Bindemittel zu einem Rohling mit einer ungleichmäßigen Schichtdicke angesammelt werden,
und der Rohling später in einem Presswerkzeug zu dem Formbauteil verpresst wird,
wobei die Fasern und das Bindemittel zunächst in eine schalenförmige Werkzeugmaske eingebracht werden, welche zumindest einseitig die gewünschte Kontur des Formbauteils aufweist, und danach die befüllte Werkzeugmaske in das an die Werkzeugmaske angepasste Presswerkzeug eingebracht wird, um dort den Rohling zu dem Formbauteil zu verpressen, wobei das Einbringen der Werkzeugmaske in das Presswerkzeug mittels eines Robotergreifers erfolgt und wobei eine Werkzeugmaske verwendet wird, welche presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist und dadurch an einer eindeutig definierten Position abgesetzt wird.
Dabei dient die Werkzeugmaske bereits dem Rohling als Form und gleichzeitig als dessen Schutz auf dessen Weg zum Presswerkzeug und letztlich sogar als Teil der Pressform für das textile Formbauteil. Eine Formänderung des Rohlings wird dadurch weitestgehend ausgeschlossen. Außerdem ermöglicht die Maske eine sehr genaue Positionierung des Rohlings im Presswerkzeug, welche nach dem Stand der Technik in vergleichbarer Genauigkeit nicht möglich war.
Gleichzeitig ermöglicht die Werkzeugmaske eine Formvorgabe der Rohlingunterseite, welche nach dem Stand der Technik nicht möglich war. Eine Formvorgabe der Rohlingoberseite ist weiterhin möglich soweit die Werkzeugmaske entsprechend ausgestaltet ist, insbesondere von oben entsprechend zugänglich ist.
Werkzeugmasken sind aus anderen Anwendungsfeldern bekannt, z. B. für das Tiefziehen aus der DE 10300630 A1 . Dabei ist die Maske als Einlegeteil in das Werkzeug ausgestaltet und werkzeugseitig an dieses angepasst, insbesondere an dessen (in der Regel einfachere) Kontur, während sie bauteilseitig die Kontur des herzustellenden Bauteils abbildet.
Der Vorteil des automatischen Einbringens der Werkzeugmaske in das Pressmerkzeug mittels eines Robotergreifers besteht darin, dass der Rohling sicher auf der Werkzeugmaske ruht und von dieser während deren Transportes gestützt wird. Darüber hinaus gewährleistet ein automatischer Transport der Maske gleich bleibende Transportbedingungen (im Gegensatz zum manuellen Einbringen des Rohlings in das Presswerkzeug). Vorzugsweise wird der Transportprozess in Hinsicht auf die Vermeidung von Störungen, insbesondere Erschütterungen des losen Rohlings, optimiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Werkzeugmasken zumindest anteilig gleichzeitig oder nacheinander befüllt und in der Reihenfolge des Abschlusses ihrer jeweiligen Befüllung in das Presswerkzeug eingebracht.
Bei manchen Ausgestaltungen dauert die Herstellung des Rohlings länger als der Pressvorgang. Dadurch muss das Presswerkzeug nach dem Stand der Technik unnötig lange auf neue Rohlinge warten. Insbesondere bei geheizten Presswerkzeugen führt dies neben unnötigen Totzeiten zu einem unnötig hohen Energiebedarf.
(Durch eine räumlich parallele, zeitlich überlappend versetzte (anteilig gleichzeitige) Befüllung der Werkzeugmaske kann die Herstellung der Formbauteile so optimiert werden, dass das Presswerkzeug nach jedem Pressvorgang sofort einen neuen Rohling erhält und dadurch Totzeiten weitestgehend entfallen.)
Bei anderen Ausgestaltungen dauert der Pressvorgang länger als die Herstellung des Rohlings. In diesem Fall stellt der Einsatz von Presswerkzeugen in Form von Drehtischen eine vorteilhafte Lösung zur Vermeidung von Totzeiten dar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Herstellung von Formbauteilen unterschiedlicher Form unterschiedliche Werkzeugmasken bereitgehalten und in einem Presswerkzeug verwendet. Dies ermöglicht auch eine optimale, flexible Auslastung der Anlage durch Fertigung verschiedener Bauteile in unterschiedlicher Abfolge mit entsprechend angepassten Presswerkzeugen.
Dadurch werden die Werkzeugkosten erheblich reduziert, da Masken wesentlich günstiger und schneller herstellbar sind als Presswerkzeuge. Somit wird eine sonst oft aus Kostengründen verworfene Flexibilität bzw. Variantenvielfalt ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Befüllen der Werkzeugmaske an ihren Seiten ein abnehmbarer Kragen angebracht, um die Fasern und das Bindemittel auch über den seitlichen Rand der Maske hinaus abzustützen, und dass dieser Kragen vor dem Verpressen des Rohlings zu dem Formbauteil entfernt wird. Diese Ausgestaltung verbessert die Stütz- und Schutzfunktion der Maske und gewährleistet die Formstabilität auch höherer Rohlinge.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gelochte Werkzeugmaske verwendet, und die Fasern und das Bindemittel werden durch die Löcher an die Werkzeugmaskenwandung angesaugt. Diese Ausgestaltung verbessert die Homogenität des Rohlingaufbaus, insbesondere in engeren Teilen der Maske, in denen es sonst zu Brückenbildung von Fasern kommen könnte und hilft Overspray zu vermeiden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einbringen der Fasern und Bindemittel in die Werkzeugmaske über deren Grundfläche nicht gleichmäßig, sondern in Abhängigkeit von der Form des späteren Formbauteils erfolgen lokale Materialanhäufungen.
Diese Ausgestaltung erlaubt die Herstellung einer gewünschten Kontur der Rohling-Oberseite, in dem die Maske an einzelnen Stellen ihrer Grundfläche jeweils höher oder niedriger mit Fasern und Bindemittel beschichtet wird. Die Befüllung kann manuell oder automatisch erfolgen, wobei mit letzterer üblicherweise eine höhere Konturgenauigkeit erzielt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einbringen der Fasern und Bindemittel in die Werkzeugmaske über deren Volumen nicht gleichmäßig, sondern in Abhängigkeit von der Funktion des späteren Formbauteils erfolgen lokale Änderungen der Materialzusammensetzung. Variiert werden können z. B. die Faserlänge oder -Art oder der Binderanteil oder die Binderart oder es können zusätzliche Materialien eingebracht werden. So können z. B. über die Formbauteilgestalt verteilt unterschiedliche Härten eingestellt werden.
Alternativ oder additiv können auch Inserts eingebracht werden, insbesondere Befestigungselemente, textile Einleger etc. können während des Streuprozesses mittels Robotik in den textilen Faserkuchen positioniert werden.
Alternativ oder additiv können auch weitere Füllstoffe eingebracht werden, z. B. können zur Gewichtsreduktion Hohlkugeln (insbesondere gasgefüllte) eingebracht werden. Gleichermaßen können Funktionsstoffe eingebracht werden, z. B. Wärme- oder Kältespeicher (insbesondere Phase Change Materials und/oder thermo-chemische Sorptionsspeicher).
Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung zur Herstellung von textilen Formbauteilen aus einem Rohling aus Fasern und Bindemittel dadurch gelöst, dass sie ein Presswerkzeug und mindestens eine daran angepasste, darin einlegbare Werkzeugmaske umfasst, welche zumindest einseitig die gewünschte Kontur des Formbauteils und welche presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist, sowie eine außerhalb des Presswerkzeuges angeordnete Einrichtung zum Befüllen der Werkzeugmaske mit den Fasern und dem Bindemittel und einen Robotergreifer zum Einbringen der befüllten Werkzeugmaske in das Presswerkzeug.
Besonders vorteilhaft ist es, die Einrichtung zum Befüllen derart auszugestalten, dass sie lokale Änderungen der Materialzusammensetzung des Rohlingfüllmaterials vornehmen kann.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als textiles Formbauteil ein Einlegeteil für einen Fahrzeugsitz (Sitzlehnenauflage) hergestellt, welches einseitig an die Rückenkontour eines sitzenden Fahrers angepasst ist. Dazu wird eine Werkzeugmaske verwendet, welche die Negativform der Rückenkontour wiedergibt. In einer Einrichtung zum Befüllen der Werkzeugmaske wird in die Werkzeugmaske ein Gemisch aus Kokosfasern und Latex lose eingestreut. Lokal wird ein höherer Latexanteil eingestreut, um dort das spätere Formbauteil zu versteifen. Die Werkzeugmaske weist an ihrem Rand zusätzlich einen abnehmbaren Kragen auf, der den sich während der Befüllung ausbildenden Faserkuchen seitlich abstützt. Die Maske wird nach ihre Befüllung mitsamt dem Faserkuchen mittels eines Robotergreifers in ein Presswerkzeug eingelegt, wobei die Maske presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist und dadurch an einer eindeutig definierten Position abgesetzt wird. Vor dem Pressvorgang wird der Kragen möglichst erschütterungsfrei von der Maske entfernt. Danach wird der Rohling unter Wärmezufuhr zur Aktivierung des Bindemittels in dem Presswerkzeug zu dem Formbauteil verpresst.
Räumlich parallel, aber zeitlich versetzt mit zeitlichem Überlapp werden weitere Werkzeugmasken gleichartig mit dem Gemisch aus Kokosfasern und Latex befüllt und jeweils nach ihrer Befüllung von einem Robotergreifer in das Presswerkzeug eingelegt. Dies gewährleistet eine optimale Auslastung des Presswerkzeuges. Darüber hinaus kann eine Variation der Kontur des Formbauteils durch einfachen Austausch der Werkzeugmaske erfolgen während das Presswerkzeug unverändert weitergenutzt werden kann. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Maskensätze bereitgehalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich in den Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die schnelle Herstellung und Variation von textilen Formbauteilen mit gleich bleibender Qualität.
Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
So ist zum Beispiel denkbar, in dem Presswerkzeug auch bauteiloberseitig eine Werkzeugmaske zu verwenden, z. B. falls beidseitig eine unebene Kontur erforderlich ist und/oder falls eine Variationsmöglichkeit gewünscht wird.
Eine derartige unebene Kontur des Pressstempels ist meist erforderlich für die Herstellung von Sitzlehnenauflagen bzw. Sitzkissenauflagen. Die Maskentechnologie bietet hier eine kostengünstige Möglichkeit die Presswerkzeuge entsprechend anzupassen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von textilen Formbauteilen, wobei Fasern und Bindemittel zu einem Rohling mit einer ungleichmäßigen Schichtdicke angesammelt werden, wobei der Rohling später in einem Presswerkzeug zu dem Formbauteil verpresst wird, wobei die Fasern und das Bindemittel in eine schalenförmige Werkzeugmaske eingebracht werden, welche zumindest einseitig die gewünschte Kontur des Formbauteils aufweist, und danach die befüllte Werkzeugmaske in das an die Werkzeugmaske angepasste Presswerkzeug eingebracht wird, um dort den Rohling zu dem Formbauteil zu verpressen dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Werkzeugmaske in das Presswerkzeug mittels eines Robotergreifers erfolgt und dass eine Werkzeugmaske verwendet wird, welche presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist und dadurch an einer eindeutig definierten Position abgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkzeugmasken zumindest anteilig gleichzeitig befüllt werden und in der Reihenfolge des Abschlusses ihrer jeweiligen Befüllung in das Presswerkzeug eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Formbauteilen unterschiedlicher Form unterschiedliche Werkzeugmasken bereitgehalten und in einem Presswerkzeug verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Befüllen der Werkzeugmaske an ihren Seiten ein abnehmbarer Kragen angebracht wird, um die Fasern und das Bindemittel auch über den seitlichen Rand der Maske hinaus abzustützen, und dass dieser Kragen vor dem Verpressen des Rohlings zu dem Formbauteil entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gelochte Werkzeugmaske verwendet wird, und dass die Fasern und das Bindemittel durch die Löcher an die Werkzeugmaskenwandung angesaugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Fasern und Bindemittel in die Werkzeugmaske über deren Grundfläche nicht gleichmäßig erfolgt, sondern dass in Abhängigkeit von der Form des späteren Formbauteils lokale Materialanhäufungen erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Fasern und Bindemittel in die Werkzeugmaske über deren Volumen nicht gleichmäßig erfolgt, sondern dass in Abhängigkeit von der Funktion des späteren Formbauteils lokale Änderungen der Materialzusammensetzung erfolgen.
Vorrichtung zur Herstellung von textilen Formbauteilen aus einem Rohling aus Fasern und Bindemittel umfassend ein Presswerkzeug und mindestens eine daran angepasste, darin einlegbare Werkzeugmaske, welche zumindest einseitig die gewünschte Kontur des Formbauteils und welche presswerkzeugseitig eine Passform an das Presswerkzeug aufweist, eine außerhalb des Presswerkzeuges angeordnete Einrichtung zum Befüllen der Werkzeugmaske mit den Fasern und dem Bindemittel, einen Robotergreifer zum Einbringen der befüllten Werkzeugmaske in das Presswerkzeug.
Vorrichtung zur Herstellung von textilen Formbauteilen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Befüllen derart ausgestaltet ist, dass sie lokale Änderungen der Materialzusammensetzung vornehmen kann.