DE102013204801B4

DE102013204801B4 - Werkzeugsystem zur Herstellung eines Schaumformteils

Info

Publication number: DE102013204801B4
Application number: DE102013204801.7A
Authority: DE
Inventors: Olivier Hilbert; Gary Wakefield; Robert Rugin
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: DE102013204801A1

Abstract

Werkzeugsystem zur Herstellung eines Schaumformteils mit a) einem ein Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und ein Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) umfassenden Werkzeug (1, 201, 301, 401, 501), das eine durch das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) gebildete Kavität zur Aufnahme einer schäumbaren Masse aufweist und b) mindestens einer Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) zur Temperierung des Unterwerkzeuges (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und/oder des Oberwerkzeuges (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) wobei c) das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) demontierbar verbindbar ist, d) die mindestens eine Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mit einem Werkzeugträger (T) verbindbar ist und e) in mindestens einer Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mindestens eine Öffnung (11, 211, 311, 411) vorgesehen ist, durch die hindurch das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) zugänglich ist, insbesondere zum Durchführen einer Entlüftungsvorrichtung oder zum Durchführen eines Zylinders, dadurch gekennzeichnet, dass f) das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) zusätzlich zur Kavität mindestens einen Hohlraum (28, 228, 328, 348) aufweist, dessen Volumen insbesondere mehr als 25% des Gesamtvolumens des verbundenen Unterwerkzeuges (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeuges (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) beträgt und g) die mindestens eine Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem zur Herstellung eines Schaumformteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik bekannte Werkzeuge zur Herstellung von Schaumformteilen bestehen im Wesentlichen aus einem Unterwerkzeug und einem deckelförmigen Oberwerkzeug, die gemeinsam im Werkzeuginneren eine Kavität zum Befüllen mit einer schäumbaren Masse ausbilden. Das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug sind an einem gemeinsamen Werkzeugträger befestigt, der eine Schwenkbewegung des Oberwerkzeuges relativ zum Unterwerkzeug ermöglicht, so dass das Werkzeug zum Befüllen mit der schäumfähigen Masse und zur Entnahme des fertig geschäumten Werkstückes geöffnet werden kann. Für die Herstellung unterschiedlich konturierter Schaumformteile muss jeweils ein Werkzeugwechsel stattfinden. Dabei werden das Unterwerkzeug und das Oberwerkzeug vom Werkzeugträger demontiert und anschließend ein anderer Werkzeugsatz an den Werkzeugträger montiert.
Schaumformteile, beispielsweise Polsterschaumteile für Fahrzeugsitze aus Polyurethan, werden in heizbaren Werkzeugen geschäumt. Während des Schäumprozesses müssen die Werkzeuge eine Temperatur aufweisen, die auch bei sogenannten Kaltschäumen größer als die übliche Umgebungstemperatur in Fertigungshallen ist. Zum Aufwärmen der Werkzeuge auf Betriebstemperatur weisen sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug ein System von Heizkanälen im Werkzeuginneren auf. Die Heizkanäle sind Teil eines Heizkreislaufes und werden mit einem Heizmittel, beispielsweise erhitztem Wasser durchströmt. Eine Heizvorrichtung des Heizkreislaufes ist dabei nicht Bestandteil des Werkzeuges, so dass zwischen den Heizkanälen des Werkzeugs und der Heizvorrichtung eine Schnittstelle vorgesehen ist. Bei jedem Werkzeugwechsel muss der Heizkreislauf getrennt werden.
Die Heizkanäle in den Werkzeugen machen die Herstellung der Ober- und Unterwerkzeuge aufwendig und teuer. Bei Prototypenwerkzeugen und Vorserienwerkzeugen werden die Heizkanäle spanend durch Bohren erzeugt. Ein solches Einbringen von Heizkanälen ist kosten- und zeitintensiv. Außerdem bedingen die Heizkanäle größere Werkzeugabmessungen und ein erhöhtes Werkzeuggewicht.
Aus der DE 103 18 835 A1 ist eine Vorrichtung zum Umschäumen oder Umspritzen eines im Wesentlichen plattenförmigen Werkstücks, insbesondere einer transparenten Scheibe für ein Fahrzeugdach, bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Schließeinheit, die ein Oberteil und ein Unterteil aufweist, die gegeneinander bewegbar sind und an denen mittels jeweils einer Grundplatte ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug befestigt ist, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug eine Wechseleinheit bilden, die mittels einer Einschubeinrichtung gegenüber der Schließeinheit verschiebbar ist. Das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug liegen jeweils über eine Zwischenschicht, die eine Heizplatte umfasst, an einer der beiden Grundplatten an. Die Heizplatte ist der Art eines umlaufenden Rahmens ausgebildet, der genau eine annähernd rechteckförmige Öffnung aufweist.
Aus der US 8 128 394 B2 ist ein Werkzeugsystem mit austauschbaren Werkzeugblöcken zum Spritzgießen von thermoplastischen Formteilen bekannt. Ein beweglicher Werkzeugblock ist mit einer beweglichen Werkzeughälfte verbindbar. Ein stationärer Werkzeugblock ist mit einer stationären Werkzeughälfte verbindbar. Eine Kavität ist durch die beiden Werkzeugblöcke gebildet. Zum Herstellen von Formteilen wird erhitztes, thermoplastisches Material in die austauschbaren Werkzeuglöcke gespritzt. Die stationäre Werkzeughälfte, die den stationären Werkzeugblock trägt, weist beheizbare Kanäle auf, durch die das thermoplastische Material in die Kavität des stationären Werkzeugblocks strömt.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein vorstehend beschriebenes Werkzeug zur Herstellung eines Schaumformteils hinsichtlich Kosten und Gewicht zu verbessern sowie den Aufwand für einen Werkzeugwechsel, insbesondere die damit verbundenen Rüstzeiten, zu verringern. Zudem soll die Wärmeleitung zwischen einer Heizplatte und einem Werkzeugteil verbessert werden.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Dadurch, dass das Werkzeugsystem ein Werkzeug und mindestens eine Heizplatte umfasst, wobei das Unterwerkzeug oder das Oberwerkzeug des Werkzeugs mit mindestens einer Heizplatte demontierbar verbindbar ist und die mindestens eine Heizplatte mit einem Werkzeugträger verbindbar ist, muss das mit der mindestens einen Heizplatte verbindbare Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug selbst keine Mittel eines Heizkreislaufes aufweisen, sondern kann passiv durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung über die Heizplatte temperiert werden. Das Werkzeug ist dadurch einfacher, leichter und kostengünstiger. Indem die mindestens eine Heizplatte mehrere durch mindestens einen Steg voneinander getrennte Öffnungen aufweist und das mit der mindestens einen Heizplatte verbundene Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug zusätzlich zur Kavität mehrere durch mindestens einen Werkzeugsteg voneinander getrennte Hohlräume aufweist, wobei bei montiertem Werkzeugsystem mindestens ein Steg und ein Werkzeugsteg miteinander in Kontakt sind, lässt sich eine gute Wärmeleitung zwischen der Heizplatte und dem mit dieser verbundenen Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug erreichen.
Bei einem Werkzeugwechsel kann die mindestens eine Heizplatte am Werkzeugträger montiert bleiben. Lediglich das mit der mindestens einen Heizplatte demontierbar verbundene Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug wird ausgetauscht. Ein Werkzeugwechsel kann dadurch in geringerer Rüstzeit erfolgen.
Das Werkzeugsystem ist dabei vorzugsweise modular gestaltet, so dass mehrere Werkzeugsätze mit ein und derselben Heizplatte kombiniert werden können. Diese Heizplatte kann also mit mehreren Werkzeugsätzen verbunden werden und kann somit Bestandteil mehrerer Werkzeugsysteme sein. Durch das Vorhalten einer Heizplatte können somit die Kosten für eine jeweils aktive Temperierung mehrerer Werkzeugsätze eingespart werden. Die Werkzeuge dieses modularen Werkzeugsystems sind aufgrund der nicht integrierten Mittel zur Temperierung einfach und schnell auf CNC-Werkzeugmaschinen herstellbar. Auch ein Nacharbeiten oder Ändern bestehender Werkzeuge eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems ist flexibler möglich. Eine Standardschnittstelle zu den Heizplatten kann in diesem Prozess gleich eingearbeitet werden, beispielsweise eine oder mehrere Nuten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise weist das Werkzeugsystem zwei Heizplatten auf. Das Oberwerkzeug ist dabei mit einer oberen Heizplatte und das Unterwerkzeug mit einer unteren Heizplatte verbunden. Indem das Werkzeug mittels der beiden Heizplatten beidseitig temperiert wird, ist die Temperatur im Werkzeug homogener und die Solltemperatur wird schneller erreicht.
Die Heizplatten lassen sich besonders wirksam temperieren, indem im Inneren der Heizplatten Kanäle vorgesehen sind, durch die ein Heizmittel durchströmen kann. Als Heizmittel können gasförmige und flüssige Stoffe zum Einsatz kommen. Ein besonders kostengünstiges Temperieren erfolgt durch Wasser, das in einer externen Vorrichtung vortemperiert wird und durch die Kanäle fließt.
Eine direkte Zugänglichkeit zu dem mit einer Heizplatte verbundenen Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug und zur Kavität ermöglicht mindestens eine Öffnung in der Heizplatte, durch die hindurch beispielsweise eine Entlüftungsvorrichtung zum Entlüften der Kavität oder ein Zylinder zum Bewegen eines zusätzlichen Werkzeugeinsatzes durchgeführt werden kann.
Ein besonders leichtes, aber dennoch steifes Werkzeugsystem erhält man, indem mindestens eine Heizplatte mehrere Öffnungen aufweist. Vorzugsweise ist dann die Summe der Flächeninhalte der einzelnen Öffnungen insgesamt größer als 25% der Oberfläche der zugehörigen Heizplatte. Unter der Oberfläche ist in diesem Zusammenhang bei einer weitgehend ebenen Heizplatte der Flächeninhalt einer der von zwei parallel zueinander angeordneten größten Flächen der Heizplatte zu verstehen.
Vorzugsweise weist auch das mit der mindestens einen Heizplatte verbundene Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug zusätzlich zur Kavität mindestens einen Hohlraum auf. Dadurch lassen sich Material und Kosten sparen. Zudem ist das Werkzeug aufgrund einer geringeren Masse schneller aufheizbar. Dieser Effekt ist besonders groß, wenn der Hohlraum mehr als 25% des Gesamtvolumens des verbundenen Unterwerkzeuges oder Oberwerkzeuges einnimmt.
Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Heizplatte mindestens zwei Stege, die sich kreuzen und/oder das mit der mindestens einen Heizplatte verbundene Unterwerkzeug oder Oberwerkzeug umfasst mindestens zwei Werkzeugstege, die sich kreuzen. Dadurch lässt sich die Steifigkeit des Werkzeugsystems erhöhen, ohne dass die Zugänglichkeit durch die Öffnungen der Heizplatte in Richtung der Kavität zu stark eingeschränkt wird.
Die Rüstzeiten zur Montage eines anderen Werkzeuges an die Heizplatten lassen sich reduzieren, wenn das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug mittels eines Schnellbefestigungssystems lösbar an der zugehörigen Heizplatte befestigt ist.
Vorteilhafterweise sind zwischen dem Unterwerkzeug oder dem Oberwerkzeug und der zugehörige Heizplatte Mittel zur räumlichen Zentrierung zueinander vorgesehen. Mindestens eine Nut in dem Unterwerkzeug oder dem Oberwerkzeug kann mit mindestens einem Schlitz in der Heizplatte über ein Zusatzbauteil, insbesondere einen Nutenstein, zusammen wirken. Die mindestens eine Nut in dem Unterwerkzeug oder dem Oberwerkzeug kann aber auch beispielsweise mit einem Steg der Heizplatte formschlüssig zusammenwirken.
Die Heizplatten lassen sich mit an sich bekannten Werkzeugträgern kombinieren, so dass ein Wechsel von einem herkömmlichen Werkzeugsystems auf ein erfindungsgemäßes Werkzeugsystem ohne Änderungen an den Werkzeugträgern erfolgen kann.
Zur Wärmeisolierung kann optional zwischen der Heizplatte und dem Werkzeugträger eine Isolierschicht vorgesehen werden, insbesondere eine Beschichtung der zum Werkzeugträger hin orientierten Oberfläche der Heizplatte oder eine dünne Lage aus wärmeisolierendem Material, die eine der Geometrie der Heizplatte entsprechende Form hat.
Figuren und Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems,
2: eine perspektivische Ansicht einer oberen Heizplatte des ersten Ausführungsbeispiels,
3: eine perspektivische Unteransicht einer unteren Heizplatte des ersten Ausführungsbeispiels,
4: eine perspektivische Draufsicht auf ein Unterwerkzeug des ersten Ausführungsbeispiels,
5: eine 4 entsprechende Ansicht mit einer Darstellung der verdeckten Konturen,
6: einen Schnitt durch eine untere Heizplatte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems,
7: eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems,
8: einen perspektivische Schnittansicht durch ein viertes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems,
9: eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems,
10a: eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems mit einem zweigeteilten Werkzeugsatz, montiert an einen Werkzeugträger,
10b: eine 10a entsprechende Darstellung einer ersten Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels und
10c: eine 10a entsprechende Darstellung einer zweiten Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels.
Ein in den 1 bis 5 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems zur Herstellung eines Schaumformteils umfasst ein Werkzeug 1, eine obere Heizplatte 10 und eine untere Heizplatte 40.
Das Werkzeug 1 umfasst ein Unterwerkzeug 30 und ein Oberwerkzeug 20, die zwischen sich eine Kavität zur Aufnahme einer schäumbaren Masse bilden. Das Oberwerkzeug 20 kann mittels eines an sich bekannten und in der 1 nicht dargestellten Werkzeugträgers T in der Art eines Deckels vom Unterwerkzeug 30 abgehoben, vorzugsweise weggeschwenkt werden. Dadurch lässt sich die schäumbaren Masse in die Kavität einbringen und nach dem Schäumvorgang das fertige Schaumteil entnehmen.
Mittels der oberen Heizplatte 10 lässt sich das Oberwerkzeug 20 temperieren. Dies geschieht durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung. Entsprechend dient die untere Heizplatte 40 der Temperierung des Unterwerkzeuges 30.
Das Unterwerkzeug 30 und das Oberwerkzeug 20 sind jeweils mit der zugehörigen Heizplatte 10, 40 demontierbar verbunden.
Die obere Heizplatte 10 hat einen flächigen, rechteckigen Grundkörper, der vier rechteckige Öffnungen 11 aufweist. Durch die Öffnungen 11 hindurch ist das mit der oberen Heizplatte 10 verbundene Oberwerkzeug 20 zugänglich, insbesondere zum Durchführen einer Entlüftungsvorrichtung oder zum Durchführen eines Zylinders.
Sämtliche Seiten der rechteckigen vier Öffnungen 11 sind zueinander parallel oder rechtwinklig ausgerichtet. Zwischen den Öffnungen 11 bildet der flächige Grundkörper der oberen Heizplatte 10 jeweils einen Steg 16. Vorliegend bilden die Stege 16 ein kreuzförmiges Gerippe zwischen den vier Öffnungen 11.
Die obere Heizplatte 10 ist von einem System aus mehreren Kanälen 14 durchzogen, die der Aufnahme und dem Durchfluss des Heizmittels, vorliegend Wasser, dienen. Die Kanäle 14 sind als Bohrungen ausgeführt, könnten aber auch auf jede andere spanende oder nicht spanende Weise in den Grundkörper der oberen Heizplatte 10 eingebracht sein und verlaufen innerhalb der oberen Heizplatte 10 parallel zu deren Grundflächen. Einer der Kanäle 14 verläuft durch einen Steg 16. Es ist jedoch auch ein beliebig anderer Verlauf der Kanäle 14 vorstellbar. Die Kanäle 14 kreuzen sich mehrfach, so dass an Kreuzungspunkten Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Kanälen entstehen. Indem einzelne Kreuzungspunkte gezielt mit Stopfen (beispielsweise an sich bekannte Messingzylinder mit Außengewinde und Innensechskant) geschlossen werden, lässt sich das Heizmittel über eine definierte Bahn eines Kanalsystems durch die obere Heizplatte 10 leiten. Am Außenumfang der oberen Heizplatte 10 sind zwei Kanäle 14 nicht durch Stopfen verschlossen, so dass ein Zulauf und ein Abfluss des Heizmittels gegeben ist.
Die obere Heizplatte 10 weist mehrere Durchgangslöcher 12, beispielsweise für Schrauben, auf, mittels derer eine Befestigung der oberen Heizplatte 10 an dem Werkzeugträger T und an dem Oberwerkzeug 20 erfolgen kann.
Zur Wärmeisolierung ist zwischen der oberen Heizplatte 10 und dem Werkzeugträger T vorliegend eine Wärmeisolierschicht 18 vorgesehen, die als Beschichtung der oberen Heizplatte 10 oder als dünne Platte eines an sich bekannten, wärmeisolierenden Materials ausgeführt ist.
Der Grundkörper des Oberwerkzeugs 20 besteht vorliegend aus zwei Teilen, einer ersten Werkzeughälfte 22 und einer zweiten Werkzeughälfte 25, die miteinander verschraubt sind. In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels kann der Grundkörper des Oberwerkzeugs 20 jedoch auch einteilig ausgeführt sein.
Zwischen einer die Kavität teilweise begrenzenden Oberfläche und einer an der oberen Heizplatte 10 anliegenden Ebene sind in dem Inneren des Oberwerkzeugs 20 vier Hohlräume 28 vorgesehen, die der Gewichtsersparnis dienen und eine an sich bekannte Belüftung der Kavität ermöglichen. Die Hohlräume sind zueinander durch Werkzeugstege 26 getrennt, die annähernd gleich den Stegen 16 der oberen Heizplatte verlaufen und an diesen anliegen. Auf diese Weise kann eine Wärmeleitung von der oberen Heizplatte 10 in das Oberwerkzeug 20 stattfinden. Die vier Öffnungen 11 der oberen Heizplatte 10 grenzen jeweils an die vier Hohlräume 28 des Oberwerkzeugs 20 und vergrößern diese dadurch.
Das Unterwerkzeug 30 ist vom Prinzip ähnlich dem Oberwerkzeug 20 aufgebaut und mit der unteren Heizplatte 40 verbindbar. Das Unterwerkzeug 30 weist zur unteren Heizplatte 40 hin zwei Nuten 36 auf, die zusammen mit zwei Schlitzen 46 der unteren Heizplatte 40 Zentriermittel, beispielsweise Nutensteine aufnehmen und somit einer Zentrierung zwischen dem Unterwerkzeug 30 und der unteren Heizplatte 40 dienen.
Die untere Heizplatte 40 ist in vergleichbarer Weise wie die obere Heizplatte 10 mit mehreren Kanälen 44 zur Aufnahme und zum Durchfluss des Heizmittels versehen.
Die untere Heizplatte 40 weist mehrere Durchgangslöcher 42, beispielsweise für Schrauben, auf, mittels derer eine Befestigung der unteren Heizplatte 10 an dem Werkzeugträger T erfolgen kann. Ein an sich bekanntes Schnellbefestigungssystem 60 dient der Schnellbefestigung zwischen der unteren Heizplatte 10 und dem Unterwerkzeug 30.
Zur Wärmeisolierung ist zwischen der unteren Heizplatte 40 und dem Werkzeugträger T vorliegend eine Wärmeisolierschicht 48 vorgesehen, die als Beschichtung der unteren Heizplatte 40 oder als dünne Platte eines an sich bekannten, wärmeisolierenden Materials ausgeführt ist.
6 zeigt einen Schnitt durch die untere Heizplatte 140 eines zweiten Ausführungsbeispiels, das dem ersten Ausführungsbeispiel weitgehend gleicht, weshalb gleiche und gleichwirkende Bauteile um 100 höhere Bezugszeichen tragen. Bei dieser unteren Heizplatte 140 ist der Verlauf der Kanäle 144 abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel. Die Pfeile in 6 symbolisieren die Fließrichtung des Heizmittels, vorliegend des Wassers. Das Heizmittel tritt über einen Zulauf 144a in das System der Kanäle 144 ein und verlässt dieses wieder an einem Abfluss 144b. Die übrigen Enden der Kanäle 144 sind auf die zuvor beschriebene Weise mittels mehrerer Stopfen nach außen hin abgedichtet. Unterschiedliche Durchmesser der Stopfen und der Kanäle 144 ermöglichen das Einbringen mehrerer Stopfen in Reihe hintereinander.
7 zeigt ein Werkzeugsystem eines dritten Ausführungsbeispiels, das dem ersten Ausführungsbeispiel weitgehend gleicht, weshalb gleiche und gleichwirkende Bauteile um 200 höhere Bezugszeichen tragen. Insbesondere auch die Öffnungen 211, die Kanäle 214, 244, die Stege 216, die Werkzeugstege 226, die Hohlräume 228, die Schlitze 246 und das Schnellbefestigungssystem 260 stimmen von ihrer Funktion mit den entsprechenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels überein.
Die rechteckige obere Heizplatte 210 weist in den vier Eckbereichen jeweils fünf Durchgangslöcher 212 auf, so dass insgesamt 20 Durchgangslöcher 212 vorgesehen sind. Jeweils drei der fünf Durchgangslöcher 212 einer Ecke liegen in einer Linie und parallel zu einem der vier Außenseiten der oberen Heizplatte 210. Die zwei Linien berühren sich in einem Endpunkt. Dort liegt ein gemeinsames Durchgangsloch 212, das zu beiden Linien gehört, so dass jede Ecke nur fünf Durchgangslöcher 212 aufweist. Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Durchgangslöcher 212 kann die obere Heizplatte mit unterschiedlich großen Oberwerkzeugen 220 des Werkzeugs 201 verbunden werden. Dazu werden Schrauben 219 verwendet, deren Schraubenköpfe in jeweils einem Senkloch eines jeden Durchgangsloches 212 versenkt sind und deren Gewinde in jeweils eine Gewindebohrung im Oberwerkzeug 220 eingeschraubt sind. Vorliegend ist das Oberwerkzeug 220 vom Grundaufbau einteilig ausgeführt, so dass es keine separaten ersten und zweiten Oberwerkzeughälften umfasst. Die Befestigung der unteren Heizplatte 240 an dem Unterwerkzeug 230 erfolgt in entsprechender Weise.
8 zeigt einen Schnitt durch ein Werkzeugsystem eines vierten Ausführungsbeispiels, das dem ersten Ausführungsbeispiel weitgehend gleicht, weshalb gleiche und gleichwirkende Bauteile um 300 höhere Bezugszeichen tragen. Insbesondere auch die Öffnungen 311, die Durchgangslöcher 312, die Kanäle 314, 344, die Stege 316 und die Werkzeugstege 326 stimmen von ihrer Funktion mit den entsprechenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels überein.
Wie in dem Schnitt in 8 erkennbar ist, weist auch das Oberwerkzeug 320 in seinem Inneren mehrere Heizkanäle 324 auf, die jedoch nicht in Verbindung mit der oberen Heizplatte 310 betrieben werden. Durch die Heizkanäle 324 ist das Werkzeug 301 nicht nur in erfindungsgemäßen, sondern auch in Werkzeugsystemen nach dem Stand der Technik einsetzbar. Das Unterwerkzeug 330 kann in einer Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels entsprechend universell aufgebaut sein, so dass es auch ohne untere Heizplatte 340 betrieben werden könnte. In dem Schnitt der 8 ist die Kavität 350 erkennbar, die aus Vertiefungen in dem Oberwerkzeug 320 und dem Unterwerkzeug 330 gebildet wird. Ebenfalls erkennbar ist der allen Ausführungsbeispielen gemeinsame gewichtsoptimierte Aufbau des Werkzeuges 301 mit den Hohlräumen 328 im Oberwerkzeug 320 und Hohlräumen 348 im Unterwerkzeug 330.
9 zeigt ein Werkzeugsystem eines fünften Ausführungsbeispiels, das dem ersten Ausführungsbeispiel weitgehend gleicht, weshalb gleiche und gleichwirkende Bauteile um 400 höhere Bezugszeichen tragen. Insbesondere auch die Kanäle 414, 444, die untere Heizplatte 440, die Schlitze 446 und das Schnellbefestigungssystem 460 stimmen von ihrer Funktion mit den entsprechenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels überein. Der Grundaufbau des Oberwerkzeugs 420 ist vergleichbar dem des dritten Ausführungsbeispiels, nämlich einteilig.
Ein an sich bekannter, beweglicher Werkzeugeinsatz 480 ist einem Bereich zwischen dem Oberwerkzeug 420 und dem Unterwerkzeug 430 angeordnet. Eine Zylinderanordnung 90 greift durch eine Öffnung 411 der oberen Heizplatte 410 und eine Öffnung des Unterwerkzeugs 430, ist mit dem zusätzlichen Werkzeugeinsatz 480 wirkverbunden, und kann diesen innerhalb eines begrenzten Bereiches bewegen. Diese Bewegung erfolgt bei geöffneten Werkzeug 401 zur Entnahme des Schaumformteils, das dadurch auch mit Hinterschnitten herstellbar ist.
Die 10a zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Werkzeugsystem für zwei im Verhältnis 40%:60% geteilte Schaumformteile, beispielsweise für eine geteilte Lehne eines Kraftfahrzeugrücksitzes. Das Werkzeug 501 umfasst ein schmäleres 40%-Oberwerkzeug 520a, ein breiteres 60%-Oberwerkzeug 520b, ein schmäleres 40%-Unterwerkzeug 530a und ein breiteres 60%-Unterwerkzeug 530b, die vom Aufbau weitgehend mit den entsprechenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen.
Das 40%-Oberwerkzeug 520a und das 40%-Unterwerkzeug 530a bilden zusammen ein eigenständiges erstes Teilwerkzeug, das auch separat von einem eigenständigen zweiten Teilwerkzeug, umfassend das 60%-Oberwerkzeug 520b und das 60%-Unterwerkzeug 530b, verwendet werden kann. Vorliegend werden das 40%-Oberwerkzeug 520a und das 60%-Oberwerkzeug 520b von einer gemeinsamen, ungeteilten oberen Heizplatte 510 temperiert, die an einem Werkzeugträger T angebracht ist. Das 40%-Unterwerkzeug 530a und das 60%-Unterwerkzeug 530b werden von einer gemeinsamen, ungeteilten unteren Heizplatte 540 temperiert, die ebenfalls an dem Werkzeugträger T angebracht ist.
In einer in 10b dargestellten ersten Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels wird das 40%-Oberwerkzeug 520a von einer ungefähr gleich breiten 40%-oberen Heizplatte 610a und das 60%-Oberwerkzeug 520b von einer ungefähr gleich breiten 60%-oberen Heizplatte 610b temperiert, die beide an einem Werkzeugträger T angebracht sind. Das 40%-Unterwerkzeug 530a wird in vergleichbarer Weise von einer 40%-unteren Heizplatte 640a und das 60%-Unterwerkzeug 530b von einer 60%-unteren Heizplatte 640b temperiert, die ebenfalls an dem Werkzeugträger T angebracht ist.
In einer in 10c dargestellten zweiten Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels wird das 40%-Oberwerkzeug 520a von einer 50%-oberen Heizplatte 710a und das 60%-Oberwerkzeug 520b ebenfalls von einer 50%-oberen Heizplatte 710a temperiert, die beide an einem Werkzeugträger T angebracht sind. Das 40%-Unterwerkzeug 530a wird in vergleichbarer Weise von einer 50%-unteren Heizplatte 740a und das 60%-Unterwerkzeug 530b ebenfalls von einer 50%-unteren Heizplatte 740a temperiert, die ebenfalls an dem Werkzeugträger T angebracht ist. Somit ist die vertikale Teilungsebene zwischen den Teilwerkzeugen des Werkzeugs 501 seitlich zu der Teilungsebene zwischen den zwei oberen Heizplatten 710a bzw. den zwei unteren Heizplatten 740a verschoben.
Die erfindungsgemäße Lehre lässt sich sowohl auf Prototypenwerkzeuge und Vorserienwerkzeuge als auch auf Serienwerkzeuge anwenden und ist grundsätzlich für alle bekannten Schäumverfahren nutzbar, bei denen das Werkzeug eine gegenüber der Umgebungstemperatur unterschiedliche Temperatur aufweisen muss. Neben dem Erwärmen des Werkzeugs ist in analoger Weise auch eine Kühlung möglich.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1, 201, 301, 401, 501: Werkzeug
10, 210, 310, 410, 510: obere Heizplatte
11, 211, 311, 411: Öffnung
12, 212, 312: Durchgangsloch (in oberer Heizplatte)
14, 214, 314, 414: Kanal (in oberer Heizplatte)
16, 216, 316: Steg
18: Wärmeisolierschicht (der oberen Heizplatte)
20, 220, 320, 420: Oberwerkzeug
22: erste Oberwerkzeughälfte
25: zweite Oberwerkzeughälfte
26, 226, 326: Werkzeugsteg
28, 228, 328: Hohlraum (im Oberwerkzeug)
30, 230, 330, 430: Unterwerkzeug
36: Nut
40, 140, 240, 340, 440, 540: untere Heizplatte
42: Durchgangsloch (in unterer Heizplatte)
44, 144, 244, 344, 444: Kanal (in unterer Heizplatte)
46, 246, 446: Schlitz
48: Wärmeisolierschicht (der unteren Heizplatte)
60, 260, 460: Schnellbefestigungssystem
90: Zylinderanordnung
144a, 244a: Zulauf
144b, 244b: Abfluss
219: Schraube
324: Heizkanal
348: Hohlraum (im Unterwerkzeug)
350: Kavität
480: Werkzeugeinsatz
520a: 40%-Oberwerkzeug
520b: 60%-Oberwerkzeug
530a: 40%-Unterwerkzeug
530b: 60%-Unterwerkzeug
610a: 40%-obere Heizplatte
610b: 60%-obere Heizplatte
640a: 40%-untere Heizplatte
640b: 60%-untere Heizplatte
710a: 50%-obere Heizplatte
740a: 50%-untere Heizplatte
T: Werkzeugträger

Claims

Werkzeugsystem zur Herstellung eines Schaumformteils mit a) einem ein Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und ein Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) umfassenden Werkzeug (1, 201, 301, 401, 501), das eine durch das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) gebildete Kavität zur Aufnahme einer schäumbaren Masse aufweist und b) mindestens einer Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) zur Temperierung des Unterwerkzeuges (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und/oder des Oberwerkzeuges (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) wobei c) das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) demontierbar verbindbar ist, d) die mindestens eine Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mit einem Werkzeugträger (T) verbindbar ist und e) in mindestens einer Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mindestens eine Öffnung (11, 211, 311, 411) vorgesehen ist, durch die hindurch das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) zugänglich ist, insbesondere zum Durchführen einer Entlüftungsvorrichtung oder zum Durchführen eines Zylinders, dadurch gekennzeichnet, dass f) das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) zusätzlich zur Kavität mindestens einen Hohlraum (28, 228, 328, 348) aufweist, dessen Volumen insbesondere mehr als 25% des Gesamtvolumens des verbundenen Unterwerkzeuges (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeuges (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) beträgt und g) die mindestens eine Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mehrere durch mindestens einen Steg (16, 216, 316) voneinander getrennte Öffnungen (11, 211, 311, 411) aufweist und das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) zusätzlich zur Kavität mehrere durch mindestens einen Werkzeugsteg (26, 226, 326) voneinander getrennte Hohlräume (28, 228, 328, 348) aufweist, wobei bei montiertem Werkzeugsystem mindestens ein Steg (16, 216, 316) und ein Werkzeugsteg (26, 226, 326) miteinander in Kontakt sind.
Werkzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) mit einer oberen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b) und das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) mit einer unteren Heizplatte (40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbunden ist.
Werkzeugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) Kanäle (14, 214, 314, 414, 44, 144, 244, 344, 444) vorgesehen sind, durch die ein Heizmittel, insbesondere Wasser, durchströmen kann.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Flächeninhalte der einzelnen Öffnungen (11, 211, 311, 411) der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 40, 140, 240, 340, 440) insgesamt mehr als 25% der Oberfläche der zugehörigen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) beträgt.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) mindestens zwei Stege (16, 216, 316) umfasst, die sich kreuzen und/oder das mit der mindestens einen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) verbundene Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) oder Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) mindestens zwei Werkzeugstege (26, 226, 326) umfasst, die sich kreuzen.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und/oder das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) mittels eines Schnellbefestigungssystems (60, 260, 460) lösbar an der zugehörigen Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) befestigt werden kann.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (30, 230, 330, 430, 530a, 530b) und/oder das Oberwerkzeug (20, 220, 320, 420, 520a, 520b) Mittel (36) zur Zentrierung auf der zugehörige Heizplatte (10, 210, 310, 410, 510, 610a, 610b, 710a, 710b, 40, 140, 240, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b) aufweist, insbesondere mindestens eine Nut (36).