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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für ein Partikelschaumstoff-Formteil und ein Schäumformwerkzeug, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann.
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Partikelschaumstoff-Formteile bieten im Kraftfahrzeugbau die Möglichkeit, Leichtbau mit einer mit dem Spritzgussprozess vergleichbaren Designfreiheit zu verbinden.
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Bei der Herstellung von Formteilen wird ein Partikelschaumstoff-Vormaterial (z. B. expandiertes Polystyrol (EPS), expandiertes Polypropylen (EPP)) zu den Formteilen verarbeitet, indem das Partikelschaumstoff-Vormaterial, das meist als Granulat mit einer Körnung von ca. 1 bis 8 mm bereitgestellt wird, in eine Schäumform injiziert und mittels Heißdampf versintert wird. Nach dem Abkühlen und Stabilisieren des Formteils kann dieses entformt werden. Die so hergestellten Partikelschaumstoff-Formteile besitzen üblicherweise eine homogene Dichte und sind in der Regel durch die dichteabhängige Partikelgröße in der Formgestaltung limitiert.
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Durch die Zuführung des Partikelschaumstoff-Vormaterials als Granulat ergeben sich Einschränkungen etwa hinsichtlich der erreichbaren minimalen Wandstärke, die durch die Körnung festgelegt wird. Beträgt die Körnung beispielsweise 3 mm bis 4 mm, so liegt die minimale Wandstärke bei etwa 8 mm bis 10 mm, so dass die Formgestaltung beschränkt ist, etwa wenn Ausnehmungen oder Aufnahmebereiche in dem Formteil geschaffen werden sollen, um beispielsweise eine Welle oder ein anderes Bauteil aufzunehmen.
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Solche Ausnehmungen zu schaffen, ist aus der
DE 41 32 429 A1 bekannt, wobei dort ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschaumstoff beschrieben wird. Ein in einer Schäumform aus einem Partikelschaumstoff-Vormaterial durch Heißdampf hergestellter Schäumling wird nach dem Aufschäumen mit einem erwärmten Prägestempel partiell bleibend deformiert und der deformierte Bereich ist als Verstärkungsbereich mit erhöhter Dichte einsetzbar. Dort sind zur Herstellung des Verstärkungsbereichs zwei getrennte Verfahrensschritte notwendig: Das Formteil wird erst nach seiner Herstellung in der Schäumform partiell deformiert.
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Um ein Formteil mit Kunststoffschaumstoffen unterschiedlicher Dichte herzustellen, offenbart die
EP 0 679 488 A1 ein Herstellungsverfahren und ein Werkzeug, das sukzessive mit Kunststoffmaterialien unterschiedlicher Dichte befüllt wird. Zunächst wird ein Kolben in einen Formraum eingefahren, so dass sich eine schalenbildende Kavität ergibt, in die dann das erste Kunststoffmaterial eingegeben und durch Bedampfen miteinander verbunden wird. Danach wird durch Verschieben des Kolbens in eine von dem Formraum wegweisende Richtung eine an die gebildete Schale angrenzende Kavität geschaffen, die mit einem zweiten Kunststoffmaterial gefüllt wird. Das zweite Kunststoffmaterial wird zusammengepresst und bedampft. Daraufhin wird durch erneutes Verschieben des Kolbens in eine von der Kavität wegweisende Richtung eine weitere Kavität bereitgestellt, mit der durch Befüllen mit einer zweiten Teilmenge des ersten Kunststoffmaterials die Schale aus dem ersten Kunststoffmaterial um den Schalenkern aus dem zweiten Kunststoffmaterial geschlossen wird. Dort muss der Formraum umständlich in mehreren Schritten mit Teilmengen des Kunststoffmaterials gefüllt werden, wodurch das Verfahren vergleichsweise lange Durchlaufzeiten aufweist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelschaumstoff-Formteils zu schaffen, das es erlaubt, Partikelschaumstoff-Formteile mit Abschnitten niedrigerer Formteildicke als gewöhnlich und partiell höherer Festigkeit in einem Prozessschritt zu schaffen und das dennoch zeit- und kostenökonomisch auszuführen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Des Weiteren ergibt sich die Aufgabe, ein Schäumformwerkzeug zu schaffen, das es erlaubt, Partikelschaumstoff-Formteile mit diesen unterschiedlichen Formteildichten und partiell minimalen Formteilwandstärken zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch ein Schäumformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
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Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind jeweils in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens für ein Partikelschaumstoff-Formteil mit zumindest zwei Bereichen unterschiedlicher Dichte wird unter Verwendung eines Schäumformwerkzeugs durchgeführt. Das Schäumformwerkzeug hat zwei oder mehrere Formhälften und in mindestens eine der Formhälften erstreckt sich ein in einem Führungsabschnitt geführter Kolbeneinsatz wenigstens zum Teil. So ergibt sich, dass der Kolbeneinsatz und die Formhälften eine Kavität begrenzen. Das Herstellverfahren umfasst folgende Schritte:
- a) Verfahren des Kolbeneinsatzes in dem Führungsabschnitt in einer von der Kavität weg weisenden Richtung, dadurch Bereitstellen einer erweiterten Kavität,
- b) vollständig Füllen der erweiterten Kavität mit einem Partikelschaumstoff-Vormaterial,
- c) Bedampfen und dadurch Versintern des Partikelschaumstoff-Vormaterials, dabei Ausbilden eines Bereichs einer ersten Dichte des Partikelschaumstoff-Formteils,
- d) Verfahren des Kolbeneinsatzes in einer zu der Kavität hin weisenden Richtung, dabei Ausbilden eines Bereichs einer zweiten Dichte des Partikelschaumstoff-Formteils, die größer ist als die erste Dichte,
- e) Abkühlen, Aushärten und Erhalten des Partikelschaumstoff-Formteils,
- f) Öffnen des Schäumformwerkzeugs und Auswerfen des Partikelschaumstoff-Formteils.
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Die Querschnittsfläche des Kolbeneinsatzes kann dabei eine beliebige Form aufweisen, d. h., es sind nicht nur übliche Kolbenformen mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt möglich, sondern auch komplexere Formen beispielsweise mit Einschnürungen möglich. Deshalb kann und wird der Kolbeneinsatz auch allgemeiner mit dem Begriff „Werkzeugeinsatz” bezeichnet werden. In diesem Fall ist es nämlich auch möglich, dass der Werkzeugeinsatz respektive Kolbeneinsatz nicht vollständig von einem jeweiligen Führunsgsabschnitt aufgenommen ist, sondern nur entlang eines Teils seines Umfangs, was beispielsweise bedeuten kann, dass der Werkzeugeinsatz in einem Schlitz geführt ist.
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Bei dem „Partikelschaumstoff-Vormaterial” kann es sich beispielsweise um ein vorgeschäumtes Schaumstoffpartikel-Material handeln. Es können etwa Polypropylen, Polystyrol oder andere geeignete schäumbare Thermoplaste zum Einsatz kommen. Kommt ein vorgeschäumtes Schaumstoffpartikel-Material zum Einsatz, so dient die Energiezufuhr über Heißdampfzugabe lediglich dazu, die Schaumstoffpartikel an ihren Grenzflächen so weit zu erhitzen, dass sich diese stoffschlüssig mit ihren Nachbarpartikeln verbinden können.
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Durch das Verfahren des Kolben- oder Werkzeugeinsatzes im Schritt d) wird die zuvor homogen mit dem Partikelschaumstoff ausgefüllte erweiterte Kavität partiell zusammengedrückt, so dass sich ein Bereich einer zweiten Dichte ergibt. Das Verfahren kann erfindungsgemäß natürlich auch mit einem Schäumformwerkzeug, das mehr als einen jeweils in einem Führungsabschnitt geführten Kolben- oder Werkzeugeinsatz aufweist, durchgeführt werden. Dadurch, dass die erweiterte Kavität zunächst mit dem Partikelschaumstoff homogener Dichte gefüllt ist und anschließend mit dem Kolben- oder Werkzeugeinsatzes partiell zusammengedrückt wird, können auch Wandstärken erreicht werden, die kleiner sind als die Korngröße des Partikelschaumstoff-Vormaterials, d. h., die Kolbenverschiebung ermöglicht erst die lokale Wandstärkenreduzierung.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können also Bereiche erhöhter Dichte innerhalb eines Partikelschaumstoff-Formteils, die z. B. auch als Verstärkungsbereiche zur Aufnahme von Wellen oder Beschlägen dienen können, integriert in einem Schäumformwerkzeug hergestellt werden, wodurch ein zeitaufwändiger Transfer zum nachträglichen Erzeugen der Verstärkungsbereiche entfallen kann und somit schnellere Durchlaufzeiten als bisher realisiert werden können.
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Mit diesem Verfahren hergestellte Formteile können sowohl Kraftfahrzeugbauteile wie etwa Sonnenblenden, Cockpit-, Säulen- und/oder Laderaumverkleidungen als auch Ladungs- und Verpackungsträger bilden. Durch den integrierten Verstärkungsbereich können sonst zusätzlich eingesetzte Verstärkungselemente wie Metall- oder FVK-Inserts, eingespart werden, wodurch eine kosten- und materialsparende Fertigung ermöglicht wird. Ferner kann ein solches Formteil aus einem Ausgangsmaterial hergestellt werden, das eine geringere Dichte aufweist als das Ausgangsmaterial bekannter Formteile, da die notwendige Steifigkeit durch lokale Dichteerhöhung kraftflussgerecht einstellbar ist, was zu einer deutlichen Gewichtseinsparung beiträgt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt d) auch vor oder während des Ausführens des Schritts c) ausgeführt werden. Damit wird es ermöglicht es, die Dichten und/oder Festigkeiten der Verstärkungsbereiche genauer abzustufen und an vorliegende Anforderungen anzupassen.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Kolben- oder Werkzeugeinsatzes ein übergeordneter Kolben erster Ordnung sein, in dem ein untergeordneter Kolben erster Ordnung geführt ist. Ferner können gemäß eines Kolben-in-Kolben-Prinzips über- und untergeordnete Kolbeneinsätze bis zu einer n-ten Ordnung geschachtelt ineinander geführt vorliegen und jeweils in einer zu der Kavität hin weisenden Richtung verfahrbar sein.
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Nach dem Schritt d) oder nach dem Schritt e) kann ein Schritt s) Verfahren eines untergeordneten Kolbens n-ter Ordnung in eine zu der Kavität hin weisenden Richtung,
ausgeführt werden, und dabei ein Bereich einer (n + 2)-ten Dichte des Partikelschaumstoff-Formteils, die größer ist als eine (n + 1)-te Dichte ausgebildet werden.
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Die über- und untergeordneten Kolben- oder Werkzeugeinsätze liegen quasi nach einem „Matroschka-Prinzip” geschachtelt ineinander geführt vor. In einem übergeordneten Kolben kann dabei natürlich auch mehr als ein untergeordneter Kolben geführt sein, wodurch noch mehr Bereiche unterschiedlicher Dichte erzeugbar sind. In einer „zu der Kavität hin weisenden Richtung verfahrbar”, soll hierbei lediglich bedeuten, dass die Bewegung der Kolben- oder Werkzeugeinsätze nicht ausschließlich auf eine zur Kavität hin weisende Richtung beschränkt ist. Die Kolben- oder Werkzeugeinsätze können natürlich auch wieder von der Kavität weg verfahren werden.
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Die Kolben- oder Werkzeugeinsätze können dabei nicht nur sequenziell, d. h., in einer ihrer Ordnung entsprechenden Reihenfolge, ausgefahren werden, sondern es ist auch möglich, dass ein Kolben- oder Werkzeugeinsatz einer höheren Ordnung innerhalb des Verfahrens vor einem Kolben- oder Werkzeugeinsatzes einer tieferen Ordnung ausgefahren wird.
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Der beschriebene Schritt s) kann muss nicht nur ein einziges Mal ausgeführt werden, sondern so lange, bis die untergeordneten Kolben- oder Werkzeugsätze bzw. übergeordneten Kolben- oder Werkzeugeinsätze der ersten bis n-ten Ordnung sich jeweils an einer vorbestimmten Ausfahrposition befinden. Es ist dabei denkbar, dass einzelne Kolben- oder Werkzeugeinsätze in mehreren Schritten bis zu ihrer vorbestimmten Ausfahrposition ausgefahren werden und/oder dass auch mehrere Kolben- oder Werkzeugsätze simultan ausgefahren werden.
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schäumformwerkzeugs, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens geeignet ist, weist zwei Formhälften auf, wobei sich in eine der zwei Formhälften zumindest ein in einem Führungsabschnitt geführter Kolbeneinsatz zumindest teilweise erstreckt. Der Kolbeneinsatz und die Formhälften begrenzen eine Kavität. Ferner ist der Kolbeneinsatz in einer zur Kavität hin weisenden Richtung verfahrbar und ist ein übergeordneter Kolben erster Ordnung, in dem ein untergeordneter Kolben erster Ordnung geführt ist, der auch in einer zu der Kavität hin weisenden Richtung verfahrbar ist.
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Die Ausrichtung der Längsachsen der Kolben kann in Abhängigkeit des mit dem Schäumformwerkzeug herzustellenden Formteils jeweils angepasst werden. Es ist beispielsweise möglich, dass der Kolbeneinsatz, der der übergeordnete Kolben erster Ordnung ist, in einer Normalenrichtung bezüglich der Formhälften verfahren werden kann und der untergeordnete Kolben erster Ordnung in einer Richtung senkrecht dazu, wobei natürlich auch jeder andere Winkel möglich ist solange eine Bewegung zur Kavität hin ausgeführt werden kann. Es kann sich auch mehr als ein Kolbeneinsatz in eine der beiden Formhälften erstrecken und/oder mehr als ein untergeordneter Kolben erster Ordnung in dem Kolbeneinsatz geführt sein. Die Kolben können jeweils in Abhängigkeit des herzustellenden Formteils einen kompakten Querschnitt aufweisen, etwa einen Kreisquerschnitt oder einen Quadratquerschnitt, oder als Schieber, mit einem länglichen Rechteckquerschnitt, ausgeführt sein oder sie weisen einen sonstigen durch einen zusammenhängen Kurvenzug begrenzten Querschnitt auf.
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Ferner können die Kolben einzeln oder in Gruppen geordnet durch geeignete Hubelemente, wie sie dem Fachmann bekannt sind, verfahren werden, bis sie eine vorbestimmte Ausfahrposition, die mit der zu erreichenden Dichte bzw. Formteilwandstärke korrespondiert, erreicht haben.
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Es ist mit dem erfindungsgemäßen Schäumformwerkzeug möglich, Partikelschaumstoff-Formteile mit zumindest zwei Bereichen unterschiedlicher Dichte mit nur einer Befüllung der Kavität und ohne Nacharbeit zu erzeugen, was die Fertigung von Formteilen beschleunigt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Schäumformwerkzeugs können weitere über- und untergeordneten Kolben- oder Werkzeugeinsätze gemäß dem oben beschriebenen Kolben-in-Kolben-Prinzip bis zu einer n-ten Ordnung geschachtelt ineinander geführt vorliegen und jeweils in einer zu der Kavität hin weisenden Richtung verfahrbar sein.
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Es kann pro Ordnung auch mehr als ein Kolben- oder Werkzeugeinsatz zum Einsatz kommen, wodurch beispielsweise in einem Formteil Bereiche gleicher (aber gegenüber dem „Grundzustand” des Partikelschaumstoffs erhöhter) Dichte an unterschiedlichen Stellen in dem Formteil, die nicht zusammen hängen müssen, hergestellt werden können. Je höher die Ordnung der eingesetzten Kolben- oder Werkzeugeinsätze reicht, desto mehr Bereiche unterschiedlicher Dichte sind bei einem herzustellenden Formteil erzeugbar. Mit einer solchen Schäumformvorrichtung kann beispielsweise eine Sonnenblende hergestellt werden, die einen Bereich einer ersten Dichte, der den Kern bildet, einen Bereich einer zweiten (höheren) Dichte, der die Kontaktfläche mit dem Benutzer darstellt, einen Bereich einer dritten (noch höheren) Dichte, der die Spiegelaufnahme sein kann, und einen Bereich einer vierten (höchsten) Dichte, der eine Aufnahme für Beschläge und/oder die Lagerungswelle darstellen kann, aufweist. Vorteilhaft können alle diese Bereiche unterschiedlicher Dichte in dem erfindungsgemäßen Schäumformwerkzeug integriert erzeugt werden, ohne dass das Formteil zur Nacharbeit oder zum Transfer zu einer weiteren Maschine entnommen werden müsste. Ferner genügt nur eine Befüllung der Kavität um die Bereiche unterschiedlicher Dichte zu erzeugen, wodurch schnelle Durchlaufzeiten erreichbar sind.
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In einer noch weiteren Ausführungsform können die übergeordneten Kolben- oder Werkzeugeinsätze bzw. die untergeordneten Kolben- oder Werkzeugeinsätze jeweils operativ mit zumindest einem Hubelement, bevorzugt einem hydraulischen Hubelement, einem pneumatischen Hubelement oder einem elektrischen Hubelement, gekoppelt sein.
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Neben den genannten Hubelemente-Typen kommen jegliche dem Fachmann als geeignet erscheinende Hubelemente in Frage, die geeignet sind eine Kraft auf den jeweiligen Kolben- oder Werkzeugeinsätze in der entsprechenden Richtung auszuüben. Die Hubelemente stützen sich dabei an einem ortsfesten Teil des Schäumformwerkzeugs ab und weisen einen verfahrbaren Teil auf, der mit dem jeweiligen Kolben- oder Werkzeugeinsatz gekoppelt ist. Die Kolben- oder Werkzeugeinsätze können grundsätzlich nicht nur einzeln, sondern auch in Gruppen geordnet durch ein gemeinsames Hubelement betätigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Mechanismus zwischen dem Hubelement und dem jeweiligen Kolben- oder Werkzeugeinsatz eingeordnet sein, der etwa die Bewegungsrichtung und/oder den Betätigungsweg wandelt.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 eine Seitenschnittansicht eines erfindungsgemäßen Schäumformwerkzeugs nach Befüllen der Kavität mit Partikelschaumstoff-Vormaterial,
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2 eine Seitenschnittansicht eines Ausschnitts des Schäumformwerkzeugs aus 1 nach Verfahren des Kolbeneinsatzes,
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3 eine Seitenschnittansicht eines Ausschnitts des Schäumformwerkzeugs aus 2 nach Verfahren des untergeordneten Kolbens erster Ordnung,
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4 eine Seitenschnittansicht des Ausschnitts des Schäumformwerkzeugs aus 2 nach Verfahren des untergeordneten Kolbens zweiter Ordnung,
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5 eine Seitenschnittansicht des Ausschnitts des Schäumformwerkzeugs aus 2 nach erneutem Verfahren des Kolbeneinsatzes.
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Das erfindungsgemäße Schäumformwerkzeug 1, aus 1 bis 5 zeigt eine wannenförmige untere Formhälfte 2 und eine damit zusammenwirkende zweite Formhälfte 3, die eine Kavität 6, die der Außenkontur des herzustellenden Partikelschaumstoff-Formteils entspricht, umgeben. Die aus den Formhälften 2, 3 gebildete Schäumform ist von Dampfkammern 10, 10' umgeben, die durch einen unteren Formkasten 11 und einem oberen Formkasten 12 begrenzt werden. Die Formteilung verläuft entlang der Linie A-A.
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Die untere Formhälfte 2 ist mittels Tragelementen 13 in dem unteren Formkasten 11 angeordnet. Die zweite Formhälfte 3, die einen Führungsabschnitt 4 und einen darin verschiebbar geführten Kolbeneinsatz 5 aufweist, ist in dem oberen Formkasten 12 aufgenommen, dabei ist der Führungsabschnitt 4 über Tragelemente 14 an dem Formkasten 12 befestigt. Der obere Formkasten 12 sowie der Kolbeneinsatz 5, der untergeordnete Kolben erster Ordnung 51 und der untergeordneten Kolbens zweiter Ordnung 52 sind jeweils über Schubstangen mittels Hubelemente 20, 21, 22, 23 einzeln oder gemeinsam verschiebbar. Die Hubelemente 20, 21, 22, 23 sind vorzugsweise Hydraulikzylinder, selbstverständlich sind aber auch andere Antriebsarten (pneumatisch, elektrisch, manuell) denkbar. Mit den Hydraulikzylindern 20 wird das Schäumformwerkzeug 1 geschlossen, indem der obere Formkasten 12 mitsamt der oberen Formhälfte 3 abgelassen wird, so dass der obere Formkasten 12 mit dem unteren Formkasten 11 abgedichtet abschließt. Gleichzeitig wird die Kavität 6 durch die Formhälften 2, 3 geschlossen. In die Kavität 6 wird das Partikelschaumstoff-Vormaterial, vorzugsweise expandiertes Polypropylen, über die Fülleinrichtung 30, die als ein Füllinjektor ausgebildet ist, eingegeben, z. B. eingeblasen.
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Anders als dargestellt können auch mehrere Füllinjektoren 30 vorgesehen sein. Ebenso kann ein Partikelschaumstoff-Vormaterial aus einem anderen Thermoplasten, z. B. Polystyrol, Polyethylen oder Biopolymere eingesetzt werden.
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Die obere Formhälfte 3 setzt sich außer aus dem Führungsabschnitt 4 und dem Kolbeneinsatz 5 mit untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 und dem untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 aus einem Deckelabschnitt 41 zusammen, der an den Führungsabschnitt 4 angrenzt und im vorliegenden Beispiel parallel zum Boden der unteren Formhälfte 2 verläuft. Selbstverständlich können die Formhälften 2, 3 auch in anderer Weise ausgebildet sein. Eine flächige Form der Kavität 6 kann zur Herstellung von Formteilen wie z. B. Sonnenblenden für ein Kraftfahrzeug oder anderen ebenen Interieurbauteilen wie Laderaumauskleidungen vorgesehen sein. Die Formhälften können aber auch gebogene Verläufe aufweisen, etwa um Formteile wie Säulenverkleidungen oder ein Cockpit eines Kraftfahrzeugs zu bilden.
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Erfindungsgemäß wird zur Herstellung des Partikelschaumstoff-Formteils zunächst der Kolbeneinsatz 5 in dem Führungsabschnitt 4 von der Werkzeugtrennlinie A-A zurück verfahren, so dass wie in 1 zu sehen eine erweiterte Kavität 6, 6' bereitgestellt wird, die durch die untere Formhälfte 2, den Boden des Kolbeneinsatzes 5 und den durch den zurückgefahrenen Kolbeneinsatz 5 freigegebenen Abschnitt des Führungsabschnitts 4 und den Deckelabschnitt 41 der oberen Formhälfte 3 begrenzt wird. Diese erweiterte Kavität 6, 6' mit dem durch den zurückgezogenen Kolbeneinsatz 5 zusätzlichen Volumen wird vollständig mit dem thermoplastischen Partikelschaumstoff-Vormaterial 6 gefüllt.
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In die Dampfkammern 10, 10' wird Heißdampf eingeleitet, um die Wärme zum Versintern des Partikelschaumstoff-Vormaterials bereitzustellen.
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In der Darstellung des erfindungsgemäßen Schäumformwerkzeugs 1 in 2 bis 5 sind der Einfachheit halber die in 1 gezeigten Hydraulikzylinder 20, 21, 22, 23 weggelassen, lediglich die Schubstangen, die den Hub von den Hydraulikzylindern auf den Kolbeneinsatz 5 bzw. den untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 und/oder den untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 übertragen, sind zu sehen. Die dargestellten Pfeile sollen dort die Betätigungsrichtung der Schubstangen darstellen.
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Der Kolbeneinsatz 5 kann temperiert werden, um das Verdichten des Partikelschaumstoffs beim Versintern zu erleichtern. Die Wärme kann dabei etwa durch Wärmeleitung auch an den untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 und den untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 übertragen werden. Zur Temperierung können die Schubstangen als Rohrstangen ausgebildet sein, durch die ein Temperierungsmedium T in den Kolbeneinsatz 5 geleitet wird, wie in 1 zu sehen ist. Natürlich kann es sich bei der Heizung auch um eine elektrische Heizung handeln.
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Der in der erweiterten Kavität 6, 6' gemäß 1 vorliegende Partikelschaumstoff hat bis zum Komprimieren durch einen Kolben eine einheitliche Dichte, d. h., es entsteht dadurch der erste Bereich 61 mit einer ersten Dichte.
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2 zeigt einen ersten Schritt zur partiellen Dichteerhöhung in dem Partikelschaumstoff-Formteil. Dazu wird der Kolbeneinsatz 5, der den untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 und den untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 umfasst, in Richtung der unteren Formhälfte 2 verfahren (wie durch die Blockpfeile angedeutet) bis der Boden des Kolbeneinsatzes 5 mit dem Deckelabschnitt 41 der oberen Formhälfte 3 fluchtet. Dabei wird der Partikelschaumstoff, der in dem durch den zurückgefahrenen Kolbeneinsatz 5 freigegebenen Abschnitt vorlag, in die erste Formhälfte 2 gepresst. Die Dichte in diesem (zweiten) Bereich 62 wird dadurch erhöht, wodurch sich ein Verstärkungsbereich in dem Schaumstoffmaterial bildet. Durch die Integration von Verstärkungselementen aus verdichteten Bereichen können mit dem Partikelschaumstoff im Vergleich zu herkömmlicher Spritzgusstechnik leichtere Basismaterialien verwendet werden.
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Um nun weitere Verstärkungsbereiche etwa für Anbindungs- bzw. Befestigungspunkte zu schaffen, kann, wie in 3 gezeigt, ein untergeordneter Kolben erster Ordnung 51 und mit diesem der darin geführte untergeordnete Kolben zweiter Ordnung 52 weiter in die Kavität 6 verfahren werden (wie durch die Blockpfeile angedeutet), so dass ein dritter Bereich 63 unter dem untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 entsteht, in dem der Partikelschaumstoff eine weiter erhöhte Dichte aufweist, da hier bereits verdichtetes Material aus dem Bereich 62 weiter verdichtet wird. Größe, bzw. Volumen und Dichte des dritten Bereichs 63 hängen von der Dimensionierung des untergeordneten Kolbens erster Ordnung 51 und dessen Verschiebeweg ab.
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In 4 ist zu sehen, wie der in dem untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 (der ein übergeordneter Kolben zweiter Ordnung ist) aufgenommene untergeordnete Kolben zweiter Ordnung 52 parallel zum Boden der unteren Formhälfte 2 bzw. rechtwinklig zum Verschiebeweg des untergeordneten Kolbens erster Ordnung 51 bewegt wird und dabei den Partikelschaumstoff in dem vierten Bereich 64 verdichtet, dessen Dichte sich wiederum von dem der Bereiche 62 und 63 unterscheidet. Der Blockpfeil deutet den von dem entsprechenden Hubzylinder (in 4 nicht dargestellt) erzeugten vertikalen Hub an, der durch ein Gelenk in der Schubstange in eine Bewegung normal zu der Bewegungsrichtung des untergeordneten Kolbens erster Ordnung 51 gewandelt wird.
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In 5 wird nun durch weiteres Verfahren des Kolbeneinsatzes 5 in einer zur Kavität 6 hin weisenden Richtung, ein weiterer Verstärkungsbereich 64' geschaffen, dessen Dichte sich von der Dichte der anderen Verstärkungsbereiche 62 bis 64 unterscheidet.
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Der Bereich 64' entsteht zwischen dem Boden des Kolbeneinsatzes 5 und dem horizontal verfahrenen untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 und weist die höchste Dichte der Verstärkungsbereiche auf.
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So kann ein Formteil aus Partikelschaumstoff mit exakt an die Bedürfnisse angepassten Verstärkungsbereichen 61, 62, 63, 64, 64' aus einem Material und in einem vollintegrierten Herstellprozess hergestellt werden. Durch die Verwendung von Partikelschaumstoff in Kombination mit der Schaffung von Bereichen unterschiedlicher Dichte kann in der Summe eine Gewichtsreduzierung von Bauteilen erreicht werden, da zusätzliche Verstärkungs- bzw. Versteifungselemente eingespart werden können.
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Je nach herzustellendem Formteil kann die Reihenfolge mit der der Kolbeneinsatz 5 bzw. die Kolben 51, 52 verfahren werden variiert werden, d. h., es kann beispielsweise der untergeordnete Kolben zweiter Ordnung 52 erst nach erneutem Ausfahren des Kolbeneinsatzes 5 ausgefahren werden, wobei noch weitere Ausfahrabfolgen denkbar sind.
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Ferner kann ein Schäumwerkzeug 1 für ein größeres Bauteil, das gegebenenfalls mehrere Verstärkungsbereiche und Anbindungspunkte verlangt, auch mehrere verteilt angeordnete Kolbeneinsätze 5 bzw. untergeordneten Kolben erster Ordnung 51 und untergeordnete Kolben zweiter Ordnung 52 aufweisen, oder (was in der Figur nicht gezeigt ist) Kolben bis zu einer noch höheren Ordnung aufweisen.
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Das Verfahren des Kolbeneinsatzes 5 und/oder des untergeordneten Kolbens erster Ordnung 51 und/oder des untergeordneten Kolben zweiter Ordnung 52 zur Erzeugung der verschiedenen Bereiche unterschiedlicher Dichte 61, 62, 63, 64, 64' kann vor, während und/oder nach dem Bedampfen und Sintern der thermoplastischen Partikelschaumstoff-Vormaterials in einer oder in mehreren Stufen erfolgen.
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Es ist möglich, jedoch nicht den Figuren zu entnehmen, dass ein oder mehrere Kolben- bzw. Werkzeugeinsätze und/oder Kolben zur Erreichung vorbestimmter Eigenschaften des herzustellenden Formteils auch verdreht oder verkippt werden können. Hierfür sind lediglich eine geeignete Aktorik und eine jeweils geeignete Führung vorzusehen.
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Sind die gewünschten Verstärkungsbereiche 61, 62, 63, 64, 64' in dem Partikelschaumstoff-Formteil aus Partikelschaumstoff erzeugt, wird dieser aktiv (mit Kühlungsmaßnahmen) oder passiv (ohne Kühlungsmaßnahmen) abgekühlt, dabei ausgehärtet, so dass er anschließend entformt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4132429 A1 [0005]
- EP 0679488 A1 [0006]
