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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur mittels einer Greifvorrichtung gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung positioniert wird, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufgebracht wird, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Um Bauteile wie beispielsweise Fasermatten mit beispielsweise zweikomponentigen Polyurethan zu imprägnieren, werden die Fasermatten in der heutzutage verwendeten sog. „Baypreg-Technologie“ beidseitig mit einer Polyurethanreaktionsmasse besprüht. Während des Vorgangs der Besprühung werden die Fasermatten dabei maschinell gehandhabt. Hierzu wird eine Glasmatte an zwei Enden von beispielsweise einem Greifer gehalten und nach Besprühung einer ersten Glasmattenoberfläche mittels des Greifers umgedreht, so dass die zweite Glasmattenoberfläche mit der Polyurethanreaktionsmasse besprüht werden kann. Durch das Greifen der Glasmatte mit den Greifern auf beiden Seiten wird zur Handhabung wie oben beschrieben allerdings eine über die Bauteilkontur hinausgehende Mattengröße benötigt, da nach Entnahme des Fertigteils aus dem Greifer in der Kontur nachgearbeitet werden muss. Dies hat zum Nachteil, dass das überstehende Fasermaterial oft als Abfall entsorgt werden muss. Außerdem entstehen durch das Schneiden offene Schnittkanten, welche bei nachfolgenden Prozessschritten wie beispielsweise der Lackierung stören.
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Das Patent
DE 100 35 237 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Produktionsanlage zum Herstellen von schalenförmigen, faserverstärkten Kunststoffteilen. Erfindungsgemäß sollen die Kunststoffteile rationell, automatisiert, verfahrens- und werkstückflexibel und betriebssicher herstellbar sein. Dazu sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Ein werkstückentsprechender Zuschnitt der Endlosfasermatte wird automatisiert durch Industrieroboter auf einen die Matrize umgebenden Spannrahmen abgelegt und vom Spannrahmen klemmend und gegen definierten Widerstand nachgleitend übernommen. Eine dazu erforderliche weiträumige Zugänglichkeit wird dadurch geschaffen, dass eine aus Matrize und Spannrahmen bestehende, horizontalbewegliche Einheit vorübergehend vollständig aus der Umformpresse herausbewegt und nach Abschluss des Bestückens wieder in die Umformpresse zurück bewegt wird. Der abgelegte Zuschnitt wird mittels einer robotergeführten Sprühdose mit Matrixharz besprüht. Durch Schließen des Formwerkzeuges wird unter Aufrechterhaltung einer abgestimmten Zuschnitt-Zugspannung dieser falten- und anrissfrei in die Matrize drapiert, der Zuschnitt dabei in die gewünschte Schalenform umgeformt, zugleich das Matrixharz in die Faserzwischenräume gepresst und eingeschlossene Luft daraus verdrängt. Die harzgetränkte Fasermatte wird während einer abgestimmten Zeitspanne in dem umgeformten und gepressten Zustand gehalten und dabei das Matrixharz innerhalb des Formwerkzeuges thermisch ausgehärtet.
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Die Schrift
DE 38 03 636 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufkleben von geschäumten oder filzartigen Weichstoffauflagen auf räumlich gekrümmte Blechbauteile, insbesondere Karosserieteile. Um eine zuverlässige gegenseitige Verpressung der zu verklebenden Teile auch ohne großen mechanischen Aufwand zu gewährleisten, wird der Zwischenraum zwischen dem Blechbauteil und der Weichstoffauflage evakuiert, so dass die Anpresskraft vom Umgebungsluftdruck aufgebracht werden kann. Zu diesem Zweck ist die Weichstoffauflage entlang des gesamten Außenrandes zum Blechbauteil hin abgedichtet und im übrigen mit einer luftundurchlässig geschlossenen, glatten und schmiegsamen Haut versehen. Damit sich das Vakuum innerhalb der zu verklebenden Fläche gleichmäßig ausbreiten kann, ist die Kontaktseite der Weichstoffauflage mit einer flächendeckenden Kanalstruktur aus offenen Rillen versehen. Die zugehörige Handhabungsvorrichtung weist mehrere Saugmundstücke auf, die mit Einstecköffnungen in der Weichstoffauflage korrespondieren und die an eine Vakuumquelle anschließbar bzw. von ihr trennbar sind. Die Handhabungsvorrichtung weist ferner eine entlang der Umfangskontur der Weichstoffauflage verlaufende und der Raumform des Blechbauteiles entsprechende Druckleiste zum Andrücken des Dichtstreifens auf.
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Die Schrift
DE 40 10 441 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einer Heizstation und einer Formstation zum Herstellen eines Formteiles aus einem flächigen, dreidimensional verformbaren Werkstück, das aus thermoplastischem Kunststoff besteht oder derartigen Kunststoff enthält. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in der Heizstation eine Heizeinrichtung angeordnet ist und, dass mindestens eine Heizeinrichtung zugleich als Träger und Transporteinrichtung für das Werkstück in die Formstation bewegbar ist.
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Weiterhin betrifft die Patentanmeldung
DE 41 10 445 A1 ein Verfahren zur Herstellung dekorbeschichteter Kunststoff-Formteile durch Spritzgießen auf einer Spritzgießmaschine mit einer Einspritzschnecke, die den Kunststoff in die in einer Formschließvorrichtung angeordneten Kavität einbringt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Schrift
DE 35 01 354 A1 beschreibt ein Innenverkleidungsteil für Fahrzeuge bestehend aus einem Trägerteil und einem Fasergrundmaterial das durch Druck- und Wärmeeinwirkung in die vorgesehene Form gepresst und verfestigt ist und wobei in vorgewählten Flächenbereichen Polster- und Stoffeinsätze ortsfest angeordnet sind und das Trägerteil auf seiner Sichtseite vollflächig mit einem Kunststoff kaschiert ist.
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Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 88 05 212 U1 beschreibt einen Greiferkopf mit Nadelhaltern, die im Gehäuse des Greiferkopfes mittels Führungselementen auf Bewegungsbahnen, die in radialen Ebenen in einem in Bezug auf die Achse einer im Greiferkopf als Betätigungsorgan der Nadelhalter angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit von 90° verschiedenen Winkel verlaufen, in der Gebrauchslage des Greiferkopfes schräg nach unten verschiebbar oder verschwenkbar sind, wobei sie sich von der Achse der Kolben-Zylinder-Einheit entfernen und Nadeln, die in Ebenen liegen, die auch die jeweiligen Bewegungsbahnen der Nadelhalter enthalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur mittels einer Greifvorrichtung gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung positioniert wird, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufgebracht wird, bereitzustellen, welches kostengünstig durchführbar und für die Nachverarbeitung des Bauteils besser gestaltet ist.
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Um ein Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur mittels einer Greifvorrichtung gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung positioniert wird, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufgebracht wird, bereitzustellen, welches kostengünstig und prozessfreundlich ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur mittels wenigstens eines Nadelgreifers der Greifvorrichtung gegenüber der Aufbringungsvorrichtung positioniert wird. Dies ist vorteilhaft für den Folgeprozess, da keine offenen Schnittkanten entstehen, da die Positionierung der Verstärkungsstruktur mittels eines Nadelgreifers gegenüber der Aufbringungsvorrichtung ein vollständigeres Aufbringen des aushärtbaren Stoffes erlaubt. Somit werden Kosten eingespart.
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In dieser Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn der aushärtbare Stoff zunächst auf wenigstens eine Oberfläche der Verstärkungsstruktur aufgesprüht wird, dann ein neues Positionieren durch Wenden der Verstärkungsstruktur gegenüber der Aufbringungsvorrichtung mittels wenigstens eines Nadelgreifers stattfindet und im Anschluß der aushärtbare Stoff auf wenigstens eine weitere Oberfläche der Verstärkungsstruktur aufgebracht, insbesondere aufgesprüht wird. Hierdurch werden unterschiedliche Oberflächen der Verstärkungsstruktur besser gleichmäßig und ohne notwendige Nacharbeitung mit dem aushärtbaren Stoff beaufschlagt.
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Dabei wird der aushärtbare Stoff auf eine Verstärkungsstruktur, welche im Wesentlichen aus Fasern ausgebildet ist, aufgebracht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Anlage zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, mit einer Greifvorrichtung zum Positionieren der Verstärkungsstruktur gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufbringbar ist, gemäß dem Stand der Technik, wobei die Greifeinrichtung die Verstärkungsstruktur während der Herstellung des Kunststoffbauteils an zwei seitlichen Rändern greift;
- 2 drei schematische Seitenansichten A, B und C einer Anlage zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, mit einer Greifvorrichtung zum Positionieren der Verstärkungsstruktur gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufbringbar ist, wobei die Greifvorrichtung wenigstens einen Nadelgreifer umfasst, mittels welchem die Verstärkungsstruktur gegenüber der Aufbringungsvorrichtung positionierbar ist, wobei A, B und C unterschiedliche Zeitpunkte in einem Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur mittels einer Greifvorrichtung gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung positioniert wird, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufgebracht wird, wobei die Verstärkungsstruktur mittels wenigstens eines Nadelgreifers der Greifvorrichtung gegenüber der Aufbringungsvorrichtung positioniert wird, darstellen;
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Nadelgreifers einer Greifvorrichtung einer Anlage zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Kunststoffbauteils, wobei der Nadelgreifer die Verstärkungsstruktur gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung positioniert, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur aufbringbar ist.
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In 1 ist verdeutlicht, wie im Stand der Technik Polyurethan (PUR) auf eine im Wesentlichen aus Fasern gebildete Verstärkungsstruktur 12 in der Baypreg-Technologie aufgetragen wird. Die Verstärkungsstruktur 12 wird während der Herstellung von einer Greifvorrichtung 14 einer Anlage 10 zum Herstellen von faserverstärktem Polyurethan-Material an jeweiligen seitlichen Rändern 34, 36 der Verstärkungsstruktur 12 gegriffen, beziehungsweise gehalten. Mittels einer Pyramide 38 ist zeichnerisch dargestellt, wie Polyurethan (PUR) im Sprühverfahren mittels einer Aufbringungsvorrichtung 15 auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht wird. Bereiche 40, 42, in denen Polyurethan bereits auf die Oberflächen 44, 46 der Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht ist, sind ebenfalls zu erkennen. Während des Verfahrens wird die Verstärkungsstruktur 12 mittels der Greifvorrichtung 14 gewendet, um entsprechend Polyurethan auf beide Bereiche 40, 42 im Sprühverfahren aufzubringen. Es wird deutlich, dass an den beiden Rändern 34, 36 der Verstärkungsstruktur 12 weder die Oberfläche 44, noch die Oberfläche 46 mit Polyurethan beaufschlagbar ist, da die entsprechenden Endflächen 48, 50, 52 und 54 durch die Greifvorrichtung 14 verdeckt und somit zum Aufbringen des Polyurethans nicht zugänglich sind.
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In 2 ist mittels unterschiedlicher Momentaufnahmen A, B und C dargestellt, wie im erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur 12 aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur 12 mittels der Greifvorrichtung 14 gegenüber der Aufbringungsvorrichtung 15 positioniert wird, Polyurethan und/oder ein wenigstens ein Polyurethan enthaltender Stoff auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht wird. Polyurethan soll nur beispielhaft genannt sein, da theoretisch alle möglichen aushärtbaren Stoffe mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht werden können. Als Verstärkungsstruktur dienen beispielsweise faserartige Verstärkungsstrukturen, beispielsweise Fasermatten oder dergleichen.
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Zunächst wird dabei die Oberfläche 44 der Verstärkungsstruktur 12 mit Polyurethan beaufschlagt. Die Beaufschlagung mittels der Aufbringungsvorrichtung 15 ist in 2 A zeichnerisch durch die Pyramide 38 dargestellt. Als Aufbringungsvorrichtung 15 dient beispielsweise ein Sprühroboter oder auch eine Sprühglocke oder alle möglichen bekannten Vorrichtungen, um im Sprühverfahren aushärtbare Stoffe zu versprühen. Es wird deutlich, dass die gesamte Oberfläche 44 des Bauteils 12 mit Polyurethan beaufschlagt werden kann, da keine verdeckten Endflächen 48, 50, 52, 54 entstehen.
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In 2B ist dargestellt, dass die Verstärkungsstruktur 12 mittels der zeichnerisch durch zwei Kreuze dargestellten Nadelgreifer 16 an der Oberfläche 44 zur Ausrichtung bzw. zur Positionierung gegenüber der Aufbringungsvorrichtung 15 gegriffen wird. Dies geschieht, indem die entsprechenden Nadeln 20, welche in nicht im Detail dargestellt sind, in die Verstärkungsstruktur 12 beziehungsweise in die mit Polyurethan beaufschlagte Schicht 40 auf der Oberfläche 44 der Verstärkungsstruktur 12 eindringen und somit die Verstärkungsstruktur 12 greifen. Mittels des Nadelgreifers 16 kann nun ein Positionieren, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Umwenden der Verstärkungsstruktur 12 erfolgen.
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In 2C ist dargestellt, wie die Verstärkungsstruktur 12 nach dem Wenden mittels der Nadelgreifer 16 bezüglich eines durch die Pyramide 38 dargestellten Polyurethan enthaltenden Strahls neu positioniert ist. Die Oberfläche 44 der Verstärkungsstruktur 12, auf welcher im Bereich 40 bereits Polyurethan aufgebracht ist, befindet sich nun abgewandt von der Aufbringungsvorrichtung 15 und damit vom durch die Pyramide 38 dargestellten Sprühstrahl zum Aufbringen von Polyurethan. Die Verstärkungsstruktur 12 wird dabei noch immer von den Nadelgreifern 16 gegriffen beziehungsweise gehalten. Somit wird nun die Oberfläche 46 des Bauteils 12 vollständig im Sprühverfahren mit einem beispielsweise mehrkomponentigen Polyurethan besprüht und somit Polyurethan auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden auch die Endflächen 48, 50, 52, 54 mit Polyurethan beaufschlagt.
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3 zeigt in detaillierterer Form die Greifvorrichtung 14 der Anlage 10 zum Herstellen eines die Verstärkungsstruktur 12 aufweisenden Kunststoffbauteils. Mittels der Anlage 10 sind beispielsweise einkomponentige oder auch mehrkomponentige Polyurethane auf Verstärkungsstrukturen 12 aufbringbar. Als Greifvorrichtung 14 der Anlage 10 sind Nadelgreifer 16 ausgebildet (siehe 2), von denen einer in 3 vergrößert dargestellt ist. Der Nadelgreifer 16 weist zwei bewegliche Backen 18 auf. Die beweglichen Backen 18 besitzen dabei einen im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Form, allerdings sind auch andere Querschnittsformen für die beweglichen Backen 18 vorstellbar. Zum Greifen der Verstärkungsstruktur 12 weist der Nadelgreifer 16 eine Nadel 20 auf. Die Nadel 20 ist dabei zwischen den zwei beweglichen Backen 18 angeordnet. Es ist auch eine andere Anzahl beweglicher Backen vorstellbar.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nadel 20 spritzgegossen. Dabei ist in der Nadel 20 ein Formkörper 22 integriert. Ein oberer Abschnitt 24 der Nadel 20 ist dabei zumindest teilweise von den beiden beweglichen Backen 18 umschlossen. Ein unterer Abschnitt 26 der Nadel 20 ragt hingegen aus den beweglichen Backen 18 hervor. Dabei ist im unteren Abschnitt 26 der Nadel 20 eine Nadelspitze 28 ausgeformt. Insbesondere mittels der Nadelspitze 28 der Nadel 20 kann die Greifvorrichtung 14 die Verstärkungsstruktur 12 aufgreifen, um sie gegenüber der Aufbringungsvorrichtung 15 zu positionieren. Dieses Aufgreifen mittels der Nadel 20 beziehungsweise der Nadelspitze 28 kann durch entsprechende Ausformungen der Nadel 20 beziehungsweise der Nadelspitze 28 erleichtert sein. So können spezifische Hilfsgeometrien zur verbesserten Aufnahme der Verstärkungsstruktur 12 durch die Nadel 20 dienen. Dabei sind alle möglichen Ausformungen vorstellbar, beispielsweise kleine Haken oder auch zusätzliche Spitzen.
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Im oberen Abschnitt 24 weist die Nadel 20 zudem eine im Querschnitt rechteckige Ausformung 30 zur Befestigung der Nadel 20 an den beweglichen Backen 18. Mittels dieser Ausformung 30 kann die Nadel 20 formschlüssig mit entsprechenden backenseitigen Mulden 32 interagieren. Somit kann die Nadel 20 mittels der beweglichen Backen 18 gut und sicher geführt werden. Die Ausformung 30 und die korrespondierende Mulde 32 müssen dabei nicht die in dargestellte Form besitzen. Wichtig ist nur, dass die formschlüssig ineinander passen und der Nadel 20 damit die benötigte Stabilität verleihen.
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Dabei ist die Nadel 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel in den beweglichen Backen 18 austauschbar. Wenn beispielsweise die Nadel 20 durch häufige Anwendung im Rahmen eines Aufbringverfahrens von Polyurethan (PUR) verbraucht ist, kann sie so einfach gegen eine andere, eventuell neue Nadel 20 ausgetauscht werden. Die kontaminierten Nadeln 20 sind wieder zu reinigen und wiederverwendbar. Gegebenenfalls müssen bzw. können sie aber als Abfall entsorgt werden. Als Nadelmaterial bieten sich Stoffe an, die eine geringe Haftung zu den aushärtbaren Stoffen, welche auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht werden, besitzen. Wird Polyurethan und oder ein Polyurethan umfassender Stoff aufgebracht, so kann dies zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Stahl oder auch ein ähnliches Material sein. Alternativ oder zusätzlich können die Nadeln 20 beschichtet sein. Auch hierbei bietet sich an, die Beschichtung mit einen der genannten Stoffe beziehungsweise Materialien vorzunehmen, um eine geringe Haftung der PUR-Reaktionsgemische an der Nadel 20 zu gewährleisten.
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Zum Austausch der Nadeln 20 im Nadelgreifer 16 kann beispielsweise auch ein Magazin vorhanden sein, so dass kontaminierte Nadeln eventuell nach jedem Handhabungsvorgang einfach aus dem Magazin ausgeworfen und durch neue Nadeln 20 ersetzt werden.
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Durch Vergleich der 1 und 2 wird ersichtlich, welchen Vorteil der Einsatz einer erfindungsgemäßen Anlage10 in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines eine Verstärkungsstruktur 12 aufweisenden Kunststoffbauteils, bei welchem die Verstärkungsstruktur 12 mittels einer Greifvorrichtung 14 gegenüber einer Aufbringungsvorrichtung 15 positioniert wird, mittels welcher ein aushärtbarer Stoff auf die Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht wird, im Gegensatz zum im Stand der Technik beschriebenen Verfahren bietet.
