-
Die
Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zum Herstellen von Formteilen,
insbesondere von Innen-Verkleidungsteilen für Kraftfahrzeuge.
-
Zur
Herstellung von Formteilen, die als Innen-Verkleidungsteile für
Kraftfahrzeuge Verwendung finden, sind Verfahren bekannt, bei denen
ein textiles Dekormaterial in einem Formwerkzeug deformiert und
durch Anpressen fest mit einem flächigen und thermoformbaren
Trägermaterial, z. B. einem polypropylenhaltigen Kunststoff
verbunden wird. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in
der Druckschrift
DE
10 2004 063 634 B4 beschrieben. Dabei ist es auch vorgesehen
das Trägermaterial im Vorfeld des Anpressens auf eine Vorwärmtemperatur vorzuheizen.
-
Zur
Herstellung derartiger Formteile werden üblicherweise Formwerkzeuge
verwendet, wie sie beispielhaft in 1 dargestellt
sind. Dabei umfasst das Formwerkzeug 1 eine beheizbare
obere Formhälfte 2 und eine beheizbare untere
Formhälfte 3. Des Weiteren sind, in der Figur
nicht dargestellte Antriebe sowie Lager- und Führungselemente
für die Formhälften 2 und 3 vorgesehen,
um die Formhälften 2 und 3 aufeinander
zu und voneinander weg zu bewegen und auf diese Weise ein funktionsgerechtes Öffnen
und Schlie ßen des Formwerkzeuges 1 zu ermöglichen.
In 1 ist diese Bewegung durch einen Doppelpfeil innerhalb
der oberen Formhälfte 2 angedeutet. Alternativ
dazu können aber auch die untere Formhälfte 3 oder
auch beide Formhälften 2 und 3 beweglich
ausgeführt sein. Durch die einander zugewandten Seiten
der Formhälften 2 und 3 wird ein Arbeitsbereich
gebildet, der die Form des herzustellenden Formteils vorgibt und
ein zu formendes Rohmaterial 4 aufnimmt. Das Rohmaterial 3 ist
in 1 einlagig dargestellt, kann aber auch zwei- oder
mehrlagig ausgeführt sein. Im Falle eines zwei- oder mehrlagigen
Rohmaterials wird durch Schließen des Formwerkzeuges 1 das
Rohmaterial 4 nicht nur geformt, sondern die einzelnen
Lagen auch miteinander verbunden.
-
Das
Rohmaterial 4 wird zu Beginn des Herstellungsprozesses
entweder manuell oder mit Hilfe von nicht dargestellten Zuführeinrichtungen
oder auch durch eine Kombination beider Methoden in das Formwerkzeug
eingelegt. Bei einigen zu verarbeitenden Materialien ist es auch üblich
diese vor Einlegen in das Formwerkzeug 1 vorzuwärmen.
Da sich das Rohmaterial 4 nach Einlegen in das geöffnete
Formwerkzeug 1 der Kontur der unteren Formhälfte 3 nicht vollständig
anpasst, und auch aufgrund der Veränderung der Materialstruktur
des Rohmaterials 4 während des Pressvorganges
kommt es im Verlauf des Schließvorgangs und auch noch bei
geschlossenem Formwerkzeug (1) im Randbereich des Arbeitsbereiches
zu einem Einzug des Rohmaterials 4 – im Folgenden
Materialeinzug genannt. Dabei muss gewährleistet werden,
dass einerseits nicht zu viel Rohmaterial 4 eingezogen
wird, da sich ansonsten Falten bilden können, die zur Unbrauchbarkeit
des Formteils führen können. Andererseits darf
das Rohmaterial 4 während des Herstellungsprozesses
aber auch nicht unter Vorspannung stehen, da das Formteil ansonsten
nach Öffnen des Formwerkzeuges 1 Abweichungen
von maßlichen Toleranzen auf weisen würde, die
ebenfalls zur Unbrauchbarkeit des Formteils führen würden.
-
Aus
diesem Grund sind jeweils an Seitenwänden 5 der
oberen Formhälfte 2 befestigte Niederhalter 6 vorgesehen,
welche das Rohmaterial 4 beim Schließen des Formwerkzeuges 1 an
außerhalb des Arbeitsbereiches liegende Außenwände 7 der
unteren Formhälfte 3 pressen. Dazu sind die Niederhalter 6 derart
ausgeführt, dass sie sich in Schließrichtung des
Formwerkzeuges 1 bei geschlossenem Zustand des Formwerkzeuges 1 über
den Bereich der oberen Formhälfte 2 hinaus in
den Bereich der unteren Formhälfte 3 erstrecken.
Die Niederhalter 6 erfüllen dabei eine Doppelfunktion.
Zum einen führen sie zunächst während
des Schließvorganges des Formwerkzeuges 1 zu einer
Straffung des Rohmaterials 4, so dass gewährleistet
ist, dass nicht schon zu Beginn des Pressvorganges zu viel Rohmaterial 4 im
Arbeitsbereich des Formwerkzeuges 1 vorhanden ist und es
dadurch zu Faltenbildung kommt. Zum anderen begrenzen die Niederhalter 6 aufgrund
der Reibungskräfte, denen das Rohmaterial 4 zwischen
dem Niederhalter 6 und der Seitenwand 7 der unteren Formhälfte 3 ausgesetzt
ist, den weiteren Materialeinzug in den Randbereichen des Arbeitsbereiches des
Formwerkzeuges während des Herstellungsprozesses. Derartige
Niederhalter 6 sind beispielsweise als Metallplatten ausgeführt,
die mithilfe von, in Langlöchern geführter Schrauben
manuell positionierbar sind. Die Positionierung erfolgt dabei im
Vorfeld des Herstellungsprozesses anhand von Erfahrungswerten, beruht
letztlich aber auf einem reinen Experimentieren. Damit ist die Positionierung
der Niederhalter 6 aber sehr zeitaufwändig und
führt häufig zu einer Reihe von Ausschussteilen,
bevor eine geeignete Positionierung der Niederhalter 6 für
die Herstellung der Formteile gefunden ist.
-
Hinzukommt,
dass jegliche Art von Temperaturschwankungen den Herstellungsprozess
dahingehend beeinflussen, dass sich der Materialeinzug in den Randbereichen
des Arbeitsbereiches entsprechend verändert. Derartige
Temperaturschwankungen treten in einem realen Fertigungsprozess
aber sehr regelmäßig auf und lassen sich auch
kaum vermeiden. So sind beispielsweise die Umgebungstemperatur,
die Temperatur des Formwerkzeuges, die Offenzeit des Formwerkzeuges,
die Verfahrgeschwindigkeiten des Formwerkzeuges und möglicherweise
eingesetzter Zuführeinrichtungen des Rohmaterials sowie
gegebenenfalls eine Vorwärmtemperatur des Rohmaterials
permanenten Schwankungen unterworfen. Bereits geringfügige Änderungen
dieser Parameter führen aufgrund der geänderten
Temperaturbedingungen zu einer Beeinflussung des Materialeinzuges
in den Randbereichen des Arbeitsbereiches. Das wiederum führt
aber dazu, dass die ursprünglich korrekt positionierten
Niederhalter den Materialeinzug nicht mehr in der gewünschten Weise
begrenzen, sodass entweder zu viel Rohmaterial oder zu wenig Rohmaterial
mit den bereits beschriebenen negativen Auswirkungen auf die Qualität
des herzustellenden Formteils eingezogen wird.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Formwerkzeug zum Herstellen von
Formteilen zu schaffen, bei dem der Anpressdruck des Rohmaterials
an die untere Formhälfte während des Herstellungsprozesses
auch bei sich ändernden Rahmenbedingungen konstant gehalten
wird und somit eine hohe und gleichbleibende Qualität der
herzustellenden Formteile gewährleistet wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Formwerkzeug
zum Herstellen von Formteilen, insbesondere von Innen-Verkleidungsteilen
für Kraftfahrzeuge, aus mindestens einer Lage eines unter Einfluss
von Wärme und Druck verformbaren Rohmaterials gelöst,
die eine beheizbare obere Formhälfte und eine beheizbare
untere Formhälfte, die zum Schließen und Öffnen
des Formwerkzeuges relativ zu einander in vertikaler Richtung bewegbar sind,
mindestens einen Bewegungssensor zum Erfassen des Vorschubes des
Rohmaterials in einem Randbereichs eines Arbeitsbereiches des Formwerkzeuges
während des Herstellungsprozesses, Niederhalter zum Erzeugen
eines Anpressdruckes des Rohmaterials an die untere Formhälfte
während des Herstellungsprozesses und eine Regeleinheit
zum Regeln des Anpressdruckes in Abhängigkeit von dem erfassten
Vorschub aufweisen.
-
Durch
die Regelung des Anpressdruckes in Abhängigkeit von einem
erfassten Vorschub des Rohmaterials in einem Randbereich des Arbeitbereiches
des Formwerkzeuges wird ein konstanter Anpressdruck während
des gesamten Herstellungsprozesses gewährleistet und somit
eine hohe Qualität der herzustellenden Formteile sichergestellt.
Eine zeitaufwändige und bisweilen unzureichende manuelle
Positionierung der Niederhalter wird dadurch überflüssig.
-
Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist das Rohmaterial mindestens
zwei Lagen auf, wobei eine Trägerschicht aus einem polypropylenhaltigen
Material und eine Dekorschicht aus einem textilen Material besteht.
Bei einer derartigen Materialkombination tritt das Problem der Faltenbildung
und der Überschreitung von Maßtoleranzen bei zu
viel bzw. zu wenig Materialeinzug in besonderem Maße auf.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formwerkzeuges
sind die Niederhalter derart ausgeführt, dass das Rohmaterial
an außerhalb des Arbeitsbereiches liegende Außenwände des
Formwerkzeuges angepresst wird. Beispielsweise sind die Niederhalter
dabei als hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebene
Hebel konstruktionen ausgeführt. Durch eine derartige Ausgestaltung
der Niederhalter ist die erforderliche Robustheit mit relativ geringem
Aufwand erreichbar. Außerdem sind derart ausgestaltete
Niederhalter auch an Formwerkzeugen nachrüstbar, wie sie
aus dem Stand der Technik bekannt sind.
-
Um
die erforderliche Robustheit der Sensorik mit einfachen Mitteln
zu erreichen, ist der Bewegungssensor gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung als optischer Sensor
in Verbindung mit einer Leucht- oder Laserdiode ausgeführt. Derartige
Bewegungssensoren werden beispielsweise auch für Eingabegeräte
(optische Maus) eines Computers verwendet. Mit Hilfe üblicher
Autokorrelationsverfahren ist es mit Hilfe einer derartigen Sensorik
berührungslos die Vorschubgeschwindigkeit des produzierenden
Materials zu messen.
-
Schließlich
ist es möglich, bei der Regelung des Anpressdruckes auch
Zusatzparameter, wie Umgebungstemperatur und/oder Vorwärmetemperatur des
Rohmaterials und/oder Temperatur des Formwerkzeuges und/oder Öffnungszeiten
des Formwerkzeuges und/oder Verfahrgeschwindigkeit der Formhälften
und/oder Verfahrgeschwindigkeiten von Zuführeinrichtungen
für das Rohmaterial zu berücksichtigen. Dadurch
kann auch bei sich ändernden Rahmenbedingungen die Herstellung
qualitativ hochwertiger Formteile gewährleistet werden.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
mit Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
Dabei zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Formwerkzeuges gemäß dem
Stand der Technik in geschlossenem Zustand und
-
2 ein
erfindungsgemäßes Formwerkzeug in geschlossenem
Zustand.
-
In
den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
-
Im
Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Formwerkzeug
gemäß dem Stand der Technik, sind bei dem erfindungsgemäßen
Formwerkzeug 1 die seitlich an dem Formwerkzeug 1 angeordneten
Niederhalter 6 als Hebelkonstruktionen ausgeführt,
die über eine Regeleinheit 8 regelbar sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist für die beiden Niederhalter 6 eine gemeinsame
Regeleinheit 8 vorgesehen, selbstverständlich
kann aber auch jedem Niederhalter eine eigene Regeleinheit zugeordnet
sein. Die Hebelkonstruktion weist einen an der Seitenwand 5 der
oberen Formhälfte 2 drehbar gelagerten Hebel 9 auf. Über einen
Steuerzylinder 10 sind auf die Hebel 9 Kräfte ausübbar,
die an der dem Steuerzylinder 10 abgewandten Seite des
Hebels 9 zu einer Veränderung des Anpressdruckes
des Hebels 9 auf die Seitenwand 7 der unteren
Formhälfte 3 und damit auf das Rohmaterial 4 führt.
-
Die
Niederhalter
6 gemäß dem Ausführungsbeispiel
sind derart ausgeführt, dass das Rohmaterial
4 beim
Schließen des Formwerkzeuges
1 und im geschlossenen
Zustand des Formwerkzeuges
1 zwischen dem Hebel
9 und
der Seitenwand
7 der unteren Formhälfte
3 eingeklemmt
wird und auf diese Weise die gewünschte Straffung des Rohmaterials
4 beim
Schließvorgang sowie die Begrenzung des Materialseinzugs
in den Randbereichen des Arbeitsbereiches des Formwerkzeuges
1 während
des weiteren Herstellungsprozesses realisiert wird. Es sind aber
auch alternative Ausgestaltungen der Niederhalter denkbar. So kann
beispielsweise auf das Einklemmen des Rohmaterials zwischen dem
Niederhalter und der Seitenwand der unteren Formhälfte verzichtet
werden und das Rohmaterial stattdessen um das im Bereich der unteren
Formhälfte liegende Ende des Niederhalters herumgeführt
sein. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 203 12 501 U1 beschrieben,
wobei die Niederhalter darin als Abziehstäbe bezeichnet
sind. Der im Ausführungsbeispiel verwendete Steuerzylinder
10 wäre
in diesem Fall durch ein Stellglied zu ersetzen, das eine Veränderung
der Position des Niederhalters in Schließrichtung des Formwerkzeuges
ermöglicht. Die notwendige Reibungskraft zur Begrenzung
des Materialeinzugs während des Herstellungsprozesses wird
dabei ausschließlich durch das unter Spannung um das Ende
des Niederhalters geführte Rohmaterial realisiert.
-
Durch
Bewegungssensoren 11, welche jeweils in den Randbereichen
des Arbeitsbereiches des Formwerkzeuges 1 angeordnet sind,
wird der Vorschub des Rohmaterials 4 während des
Herstellungsprozesses in diesem Bereich erfasst. Die Bewegungssensoren 11 können
dabei innerhalb oder auch außerhalb des Arbeitsbereiches
des Formwerkzeuges 1 angeordnet sein und sind vorteilhaft
als berührungslose Sensoren, z. B. in Form eines optischen Sensors
in Verbindung mit einer Leucht- oder Laserdiode ausgeführt.
Außerhalb des Arbeitsbereiches des Formwerkzeuges 1 lässt
sich die Sensorik auch an Formwerkzeugen 1 nachrüsten,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
-
Die
Ausgangssignale der Bewegungssensoren 11 werden der Steuereinheit 8 zugeführt
und dort mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Abhängig von
den Abweichungen zwischen den Ausgangssignalen der Bewegungssensoren 11 und
den gespeicherten Sollwerten werden Steuersignale an die Steuerzylinder 10 ausgegeben,
die zu einer Erhöhung oder Verringerung des Anpressdruckes
des Rohmaterials 4 an die untere Formhälfte 3 führen,
so dass der reale Vorschub an den festgelegten Sollwert angepasst
wird.
-
Das
erfindungsgemäße Formwerkzeug 1 ist sowohl
zur Bearbeitung einlagiger als auch mehrlagiger Rohmaterialien 4 verwendbar.
Insbesondere für Rohmaterialien mit einer Trägerschicht
aus polypropylenhaltigem oder einem ähnlichen thermoverformbaren
Material sowie einer Dekorschicht aus textilem Material ist das
erfindungsgemäße Formwerkzeug gut einsetzbar.
-
Da
jegliche Art von Temperaturschwankungen während den Materialeinzeug
während des Herstellungsprozesses und damit die Qualität
der herzustellenden Formteile beeinflussen, ist es sinnvoll, der Regeleinheit 8 weitere
Signale zuzuführen, welche temperaturrelevante Zusatzparameter
charakterisieren. Die Regeleinheit 8 kann dieses Zusatzparameter bei
der Regelung berücksichtigen und somit auch bei sich ändernden
Rahmenbedingungen die Herstellung qualitativ hochwertiger Formteile
gewährleisten. Derartige Zusatzparameter sind beispielsweise
die Umgebungstemperatur am Standort des Formwerkzeuges 1 und/oder
Vorwärmtemperaturen des Rohmaterials 4 und/oder
die Temperatur des Formwerkzeuges 1 und/oder Öffnungszeiten
des Formwerkzeuges 1 und/oder Verfahrgeschwindigkeiten
der Formhälften 2 und 3 und/oder Verfahrgeschwindigkeiten
von Zuführeinrichtungen für das Rohmaterial 3 zu
berücksichtigen.
-
- 1
- Formwerkzeug
- 2
- obere
Formhälfte
- 3
- untere
Formhälfte
- 4
- Rohmaterial
- 5
- Seitenwand
der oberen Formhälfte
- 6
- Niederhalter
- 7
- Seitenwand
der unteren Formhälfte
- 8
- Regeleinheit
- 9
- Hebel
- 10
- Steuerzylinder
- 11
- Bewegungssensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004063634
B4 [0002]
- - DE 20312501 U1 [0019]