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Die Erfindung betrifft ein Schäumwerkzeug sowie ein Verfahren zum Schäumen eines Werkstücks mittels eines solchen Schäumwerkzeugs, insbesondere zur Herstellung eines Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteils.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 10 2008 019 246 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffprodukts mit einem Formwerkzeug bekannt. Dieses Formwerkzeug umfasst eine erste und eine zweite Formhälfte, zwischen denen zumindest im geschlossenen Zustand eine Dichteinrichtung angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schäumwerkzeug und ein verbessertes Verfahren zum Schäumen eines Werkstücks mittels eines solchen Schäumwerkzeugs zu schaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Es wird ein Schäumwerkzeug mit einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte angegeben, wobei das Schäumwerkzeug dazu ausgebildet ist, ein Trägerteil zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte aufzunehmen, sodass im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs durch das Trägerteil und die erste Werkzeughälfte ein auszuschäumender Hohlraum gebildet wird. Bei dem Trägerteil kann es sich beispielsweise um ein Trägerteil eines Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteils handeln. Ziel könnte dabei zum Beispiel sein, das Trägerteil mit einem Schaum zu versehen, sodass bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug aufgrund des Schaums eine weiche Oberfläche gegeben ist. Diese Oberfläche des Schaums kann in einem späteren Schritt mit zum Beispiel einem Leder kaschiert werden, sodass sich insgesamt eine haptisch angenehme Oberfläche ergibt. Das Trägerteil dient dabei zur Stabilisierung und Abstützung des darauf befindlichen Schaumes.
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Das Schäumwerkzeug weist ein erstes Druckstück auf, wobei die zweite Werkzeughälfte im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs zur Ausübung einer Kraft auf das Trägerteil über das erste Druckstück in Richtung der ersten Werkzeughälfte ausgebildet ist. Im offenen Zustand des Schäumwerkzeugs sind die erste und die zweite Werkzeughälfte voneinander beabstandet, sodass das Trägerteil zwischen der ersten und der zweiten Werkzeughälfte aufgenommen werden kann. Im geschlossenen Zustand hingegen wird die zweite Werkzeughälfte auf die erste Werkzeughälfte aufgepresst, sodass hierdurch eine Kraft auf das Trägerteil über das erste Druckstück in Richtung der ersten Werkzeughälfte ausgeübt wird.
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Ferner weist das erste Druckstück eine Elastizität in Richtung der Kraft auf, wobei die zweite Werkzeughälfte eine Aussparung zur Aufnahme des ersten Druckstücks aufweist.
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Ausführungsformen der Erfindung könnten den Vorteil haben, dass selbst bei Toleranzen der Werkzeughälften und/oder des Trägerteils dennoch im Kontaktbereich zwischen der ersten Werkzeughälfte und dem Trägerteil eine Abdichtung gegenüber einem Austreten von in den Hohlraum einzubringenden Schaumes gewährleistet werden kann. Aufgrund der Elastizität des ersten Druckstücks kann dieses selbständig in optimaler Weise Unebenheiten und Toleranzen ausgleichen, welche beim Aufpressen des Trägerteils auf die erste Werkzeughälfte entstehen könnten. Insgesamt könnte damit also der Schäumvorgang zuverlässiger gemacht werden, sodass bei jedem Schäumvorgang ein qualitativ hochwertig geschäumtes Trägerteil resultieren könnte.
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Insbesondere das Trägerteil kann Toleranzen aufweisen, da es sich hierbei üblicherweise um ein Spritzgussteil handelt, welches meist aus Polypropylen oder Acrylnitril-Butadien-Styrol o. Ä. hergestellt ist, bzw. welches als Pressteil aus Fasermaterial hergestellt ist, wobei das Fasermaterial mit Polypropylen oder duroplastischen Harzen gebunden ist. Das Trägerteil kann aufgrund seiner Herstellungsweise bei hohen Temperaturen gewisse Fertigungstoleranzen z. B. lokale Schrumpfungen aufweisen, die im beschriebenen Schäumwerkzeug ausgeglichen werden können. Dies gilt selbst, dann wenn versucht werden würde, für das Trägerteil eine zweite Werkzeughälfte vorzusehen, welches möglichst genauer Weise an die Oberflächenkontur des Trägerteils angepasst ist (gegenstückige Ausformung von Trägerteil und zweiter Werkzeughälfte im Kontaktbereich). Trotz der besagten Fertigungstoleranzen könnte durch das beschriebene Schäumwerkzeug hingegen gewährleistet werden, dass kein Schaum an den Schrumpfungsstellen zwischen erster Werkzeughälfte und Trägerteil austreten kann.
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Das besagte Trägerteil kann sehr hart und möglicherweise bruchgefährdet sein. Ebenso sind die erste und zweite Werkzeughälfte hart und unnachgiebig. Durch die Verwendung des flexiblen Druckstücks kann trotz der Härte und damit der Unbeweglichkeit (der Inflexibilität) des Trägerteils und der Werkzeughälften ein optimaler Toleranzausgleich für die Abdichtung gegenüber einem Austreten von in den Hohlraum einzubringenden Schaumes gewährleistet werden.
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Insgesamt könnte es möglich sein, durch die Verwendung des Druckstücks einen sauberen und definierten Hart-Weich-Übergang bezüglich des Trägerteils herzustellen. Der „harte” Bereich wird dabei durch das Trägerteil ohne Hinterschäumung gebildet und der „weiche” Bereich wird durch den hinterschäumten Bereich des Trägerteils gebildet.
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Es sei angemerkt, dass das besagte elastische Druckstück von einer Dichtung zu unterscheiden ist, wie sie in Schäumwerkzeugen vorkommen könnte: Solche Dichtungen sind auf der ersten Werkzeughälfte angeordnet und dienen dazu, eine Dekorhaut von unten (von der ersten Werkzeughälfte gesehen) an dem Trägerteil zu fixieren. Somit kann die flexible Dekorhaut an dem Trägerteil fixiert werden. Erfindungsgemäß wird jedoch eine Vorrichtung bereitgestellt, bei welcher nicht eine Dekorhaut hinterschäumt wird sondern bei welcher eine Schaumschicht auf ein Trägerteil aufgebracht wird. Die Schaumschicht kann dabei aufgrund des Aufpressens des Trägerteils auf die untere Werkzeughälfte nicht als „Kleber” für eine Dekorhaut während dem Schäumprozess wirken, da ja in dem Aufpressbereich des ersten Druckstücks überhaupt kein Schaum auf die Unterseite des Trägerteils geraten kann. In diesem Bereich kann also auch keine Klebewirkung mit einer etwaig dort vorhanden Dekorhaut stattfinden. Allerdings ist es möglich, dass der fertig geschäumte Träger nach einer Entformung aus dem Werkzeug mit dem Dekor in einem separaten Arbeitsschritt kaschiert werden kann (Leder etc.).
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das Druckstück eine langgezogene Form auf. Senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Druckstücks gesehen weißt das erste Druckstück vorzugsweise eine Breite zwischen 2–20 mm, besonders bevorzugt zwischen 4–8 mm auf. Dies bildet einen optimalen Kompromiss zwischen der Steifigkeit des Druckstücks senkrecht zur Erstreckungsrichtung und der für den Aufpressvorgang des Druckstücks auf das Trägerteil notwendigen Kraft. Experimente haben überraschender Weise ergeben, dass gerade bei dieser Breite bei minimaler Aufpresskraft eine äußerst Zuverlässige Dichtwirkung gewährleistet werden kann, so dass kein Schaum an den Schrumpfungsstellen zwischen erster Werkzeughälfte und Trägerteil austreten kann. Wäre die Breite größer, so wäre zwar auch die Dichtwirkung gegeben. Allerdings müsste hierzu die aufgewendete Kraft ebenfalls größer gewählt werden. Wäre die Breite kleiner, wäre die Dichtwirkung nicht mehr so zuverlässig gegeben.
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Z. B. drückt das erste Druckstück das Trägerteil im rechten Winkel auf die erste Werkzeughälfte. Möglich ist jedoch auch ein Winkel bis 45° relativ zur Schließrichtung der Werkzeughälften.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs gesehen die Aussparung parallel zur Erstreckungsrichtung der langgezogenen Form und entgegen der Richtung der Kraft erstreckt. Es könnte also möglich sein, dass das Druckstück in die langgezogene Aussparung eingesetzt wird, sodass aufgrund der Aussparung dem Druckstück eine Grundstabilität verliehen wird. Das Druckstück wird also beim Aufpressen auf das Trägerteil nicht in ungewollter Weise relativ zur zweiten Werkzeughälfte verrutschen, sodass auch bei mehrmaliger Verwendung des Druckstücks eine gleichbleibend hohe Qualität der Dichtwirkung im Kontaktbereich zwischen Trägerteil und erster Werkzeughälfte gewährleistet werden könnte.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schäumwerkzeug ferner zumindest einen ersten Abstandshalter, wobei der zumindest ein erste Abstandshalter zwischen dem ersten Druckstück und der zweiten Werkzeughälfte in die Aussparung vorhanden ist. Allgemein handelt es sich bei dem Abstandshalter um eine Vorrichtung zur Höhenabstimmung, d. h. die Position des ersten Druckstücks kann in und entgegen der Richtung zur ersten Werkzeughälfte variiert werden. Vorzugsweise ist es sogar möglich, dass eine Mehrzahl von ersten Abstandshaltern übereinandergestapelt in die Aussparung eingesetzt wird, sodass damit flexibel entsprechend den jeweiligen geometrischen Verhältnissen von erster und zweiter Werkzeughälfte sowie dem Trägerteil eine optimale Dichtwirkung in dem besagten Kontaktbereich zwischen einer Werkzeughälfte und Trägerteil gewährleistet sein könnte. Ist beispielsweise das Trägerteil sehr dick in jenem besagten Kontaktbereich, könnte es genügen, ohne Abstandshalter oder nur mit einem sehr dünnen Abstandshalter das erste Druckstück an der zweiten Werkzeughälfte anzubringen. Handelt es sich hingegen bei dem Trägerteil um ein sehr dünnes Trägerteil, muss auch hier gewährleistet sein, dass dennoch eine hohe definierte Kraft über das erste Druckstück auf das Trägerteil ausgeübt wird, sodass hierzu mehrere dünne oder ein dicker Abstandshalter in die Aussparung eingesetzt werden können. Der eine dicke oder die mehreren übereinander gestapelten dünnen Abstandshalter sorgen dann dafür, dass das erste Druckstück etwas weiter aus der Aufnahme herausragt und damit beim Schließen des Schäumwerkzeugs früher mit dem Trägerteil in Kontakt gerät.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Druckstück so ausgeformt, dass im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs das Trägerteil und die erste Werkzeughälfte einen dichten Abschluss gegen Austreten des in den Hohlraum einzubringenden Schaumes bilden, wobei die Bildung des dichten Abschlusses zumindest in dem Bereich der Wirkung der Kraft des ersten Druckstücks auf das Trägerteil gegeben ist, so dass z. B. nach einem Ausschäumen des auszuschäumenden Hohlraums (mit einem Schaum zwischen dem Bereich der Wirkung der Kraft des ersten Druckstücks auf das Trägerteil und dem mit dem Schaum ausgeschäumten Hohlraum ein Hart-Weich-Übergang resultiert.
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Durch die spezielle Ausformung des ersten Druckstücks wird also nach dem Ausschäumen des Hohlraums ein definierter scharfer und eindeutiger Hart-Weich Übergang zwischen dem Bereich des Trägerteils, das frei von Schaum ist, und dem mit Schaum versehenen Bereich des Trägerteils geschaffen. Dies könnte die Herstellung eine qualitativ hochwertige Oberflächenstruktur mit definierter Oberflächenbeschaffenheit ermöglichen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das erste Druckstück eine T-Form auf. Dies könnte den Vorteil haben, dass beim Aufpressen des ersten Druckstücks auf das Trägerteil die aus dem Druckstück resultierende und auf das Trägerteil wirkende Kraft gleichmäßig in Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Druckstücks verteilt wird. Damit könnten also insbesondere Kraftspitzen beim Aufeinanderpressen von erstem Druckstück und Trägerteil vermieden werden, welche sich gegebenenfalls in negativer Weise in Abdrücken des Druckstücks auf dem Trägerteil negativ äußern könnten. Die Kraft könnte hier flächig verteilt werden. Zudem könnte die T-Form ermöglichen, insbesondere auch Höhentoleranzen des Trägerteils über einen großflächigeren Bereich auszugleichen.
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Anstatt der T-Form kann das erste Druckstück eine sich in Richtung zur ersten Werkzeughälfte verjüngende Form aufweisen. Denkbar ist eine konische Form, wobei das breitere Ende des konischen Druckstücks dem Trägerteil zugewandt ist. Möglich ist z. B. auch eine Trapezstumpfform oder Keilform.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schäumwerkzeug ferner eine Antihaftfolie, wobei die Folie in dem Hohlraum vollständig an der unteren Werkzeughälfte anliegt, wobei die Folie abweisend gegenüber einer Haftung des in den Hohlraum einzubringen Schaums ist. Beispielsweise könnte die Haftfolie ein Polyethylenmaterial aufweisen, sodass bei Verwendung von Polyurethanschaum dieser nicht an der Folie haften bleibt. Beim Entformen des geschäumten Werkstücks lässt sich damit der geschäumte Bereich leicht von der ersten Werkzeughälfte ablösen. Durch die besagte Verwendung des ersten Druckstücks können auch hier wiederum Toleranzen ausgeglichen werden, wie sie im Höhenprofil beim Versehen der unteren Werkzeughälfte mit der Antihaftfolie auftreten könnten. Insbesondere an Kantenbereichen (Ecken, Rundungen) der unteren Werkzeughälfte könnte aufgrund des vollständigen Anliegens der Folie in diesem Bereich die Folie etwas dick auftragen, sodass in diesen Bereichen im Vergleich zu anderen Bereichen ein anderes Höhenprofil gegeben ist. Um eine solche Toleranz des Höhenprofils auszugleichen, ist das erste Druckstück dazu geeignet, aufgrund seiner elastischen Eigenschaften sich an das unterschiedliche Höhenprofil im Verlauf seiner länglichen Erstreckungsrichtung über den gesamten Kontaktbereich zwischen Trägerteil und Antihaftfolie anzupassen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Werkzeughälfte ein zweites Druckstück auf, wobei das zweite Druckstück an der zweiten Werkzeughälfte fixierbar ist, wobei das zweite Druckstück die Aussparung zur Aufnahme des ersten Druckstücks aufweist.
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Die Verwendung des zweiten Druckstücks könnten mehrere Vorteile haben. Zum einen könnte das zweite Druckstück durch einen konventionellen Teil der zweiten Werkzeughälfte ausgetauscht werden, welcher frei ist von jeglicher Elastizität und welcher das erste Druckstück nicht aufweist. Insbesondere bei der Ausübung von sehr hohen Aufpresskräften der zweiten Werkzeughälfte in Richtung der ersten Werkzeughälfte könnte sich die Verwendung eines elastischen ersten Druckstücks als ungeeignet herausstellen. In diesem Fall könnte einfach das zweite Druckstück durch ein anderes zweites Druckstück ausgetauscht werden, welches keine Aussparung zur Aufnahme des ersten Druckstücks aufweist, sodass damit in konventioneller Weise die zweite Werkzeughälfte auf die erste Werkzeughälfte aufgepresst werden kann.
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Ein weiterer Vorteil könnte darin bestehen, dass durch das Vorsehen verschiedener zweiter Druckstücke mit unterschiedlich tiefen Aussparungen zur Aufnahme des ersten Druckstücks auf die Verwendung der ersten Abstandshalter verzichtet werden könnte. Anstatt der Verwendung verschiedener Abstandshalter könnte also das Herausstehen des ersten Druckstücks aus der zweiten Werkzeughälfte durch unterschiedlich tiefe Aufnahmen aufgrund entsprechend unterschiedlicher zweiter Druckstücke realisiert werden. Durch den Verzicht auf die Abstandshalter könnte die Genauigkeit der Funktionsweise des Schäumwerkzeugs weiter erhöht werden. Denn es könnte möglich sein, dass die Abstandshalter selbst im gegenseitigen Kontaktbereich sowie im Kontaktbereich zur zweiten Werkzeughälfte und zum ersten Druckstück gewisse Fertigungstoleranzen aufweisen. Beim Ausüben der Kraft von der zweiten Werkzeughälfte auf das Trägerteil über das erste Druckstück könnte damit gewährleistet werden, dass der über die Elastizität bewirkte Toleranzausgleich des Höhenprofils nicht hauptsächlich aus einem Toleranzausgleich der verschiedenen besagten Kontaktbereiche zwischen den Abstandshaltern und dem ersten Druckstück resultiert, sondern ausschließlich aus dem Kontaktbereich zwischen erstem Druckstück und Trägerteil sowie Trägerteil und erster Werkzeughälfte.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass Unebenheiten der Abstandshalter beispielsweise daraus resultieren könnten, dass diese bei häufigem Austausch und entsprechender Lagerung sich selbst verziehen könnten, sodass hierdurch unterschiedliche Höhenprofile innerhalb der Aussparung der zweiten Werkzeughälfte resultieren könnten.
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Durch das Vorsehen des besagten zweiten Druckstücks, welches die Aussparung zur Aufnahme des ersten Druckstücks aufweist, könnte dieses vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das zweite Druckstück ein Aluminiumdruckstück oder Messingdruckstück.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das erste Druckstück eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 80 auf, vorzugsweise zwischen 30 und 70.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ausschließlich die zweite Werkzeughälfte beweglich, um das Schäumwerkzeug zu schließen, wobei während des Schließvorgangs die erste Werkzeughälfte und das Trägerteil unbeweglich sind. Dies könnte den Vorteil haben, dass sich beim Schließvorgang optimal das erste Druckstück aufgrund seiner Elastizität an die Oberfläche des Trägerteils anschmiegen kann. Vorzugsweise steht während des Schließvorgangs das erste Druckstück mit dem Trägerteil bereits in Kontakt. Damit findet beim Schließvorgang eine ausschließliche Kompression des ersten Druckstücks in Richtung der Kraft statt, mit welcher in geschlossenem Zustand das Schäumwerkzeug das Trägerteil über das erste Druckstück in Richtung der ersten Werkzeughälfte angepresst wird. Das erste Druckstück wird also hauptsächlich in diese Kraftrichtung belastet und ein sich verziehen senkrecht zu dieser Richtung könnte in überwiegender Weise vermieden werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Elastizität des ersten Druckstücks dynamisch im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs einstellbar. Beispielsweise könnte das erste Druckstück innen hohl sein und innen mit Druckluft beaufschlagt werden, um so nach Wunsch aufgeblasen zu werden. Durch das Aufblasen mit Druckluft werden die Größe des ersten Druckstücks sowie die Härte des ersten Druckstücks erhöht. Durch das Ablassen der Druckluft könnte die Größe des ersten Druckstücks vermindert und auch dessen Elastizität in gewissen Grenzen verändert werden. Möglich ist auch, dass Drucksensoren auf der ersten Werkzeughälfte an einer oder mehrerer Stellen angeordnet sind, welche dem ersten Druckstück unmittelbar gegenüberliegen (im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs). Diese könnten in regelmäßigen Abständen den Druck erfassen, welcher vom ersten Druckstück über das Trägerteil auf die erste Werkzeughälfte ausgeübt wird. Im Falle dessen dieser Druck zu gering oder ungleichmäßig ist, könnte durch eine Veränderung der Elastizität des ersten Druckstücks dynamisch eine Optimierung und Anpassung der Kraftverhältnisse aufgrund der Ausübung der Aufpresskraft des ersten Druckstücks auf das Trägerteil angepasst werden. Es könnte also als Resultat dieser Kraftmessung der Drucksensoren die Elastizität des ersten Druckstücks dynamisch im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs eingestellt werden.
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Das erste Druckstück könnte auch in der Erstreckungsrichtung des Druckstücks gesehen mehrere hintereinander angeordnete, getrennte Kammern aufweisen, welche individuell mit Druckluft oder Öldruck beaufschlagt werden können. Somit könnte über den räumlichen Erstreckungsbereich des ersten Druckstücks die Elastizität des ersten Druckstücks variabel und z. B. dynamisch wie oben beschrieben eingestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schäumwerkzeug ferner einen zweiten Abstandshalter in der Aussparung, wobei der zweite Abstandshalter dazu ausgebildet ist, dynamisch im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs die Tiefe des Eindringens des ersten Druckstücks in die erste Aussparung zu regulieren. Im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs könnte also über den zweiten Abstandshalter das erste Druckstück in Richtung und entgegen der Richtung zum Trägerteil verfahren werden. Je geringer die Tiefe des Eindringens des ersten Druckstücks in die Aussparung ist, desto weiter steht das Druckstück aus der Aussparung heraus und desto höher wird die Kraft sein, mit welcher das erste Druckstück auf das Trägerteil drückt.
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Auch hier könnten wiederum die besagten Drucksensoren, welche an der ersten Werkzeughälfte dem ersten Druckstück gegenüberliegend im Kontaktbereich zwischen erster Werkzeughälfte, Trägerteil und erstem Druckstück angeordnet sind, zum Einsatz kommen. Wenn diese Drucksensoren detektieren, dass die durch das erste Druckstück auf das Trägerteil ausgeübte Kraft augenblicklich zu gering oder zu hoch ist, könnte durch eine Veränderung der Eindringtiefe des ersten Druckstücks in die Aussparung die wirkende Kraft reguliert werden.
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Das Regulieren der Eindringtiefe des ersten Druckstücks in die Aussparung könnte dadurch realisiert sein, dass es sich bei dem zweiten Abstandshalter um einen Piezoaktuator handelt, welcher je nach Bestromung den in der Aussparung zur Verfügung stehenden Raum für das erste Druckstück vergrößert oder verkleinert. Möglich wäre aber auch hier die Verwendung von Druckluftkissen sowie weiteren Abstandshaltern, deren Ausdehnung durch das Einbringen von Flüssigkeiten in Hohlräumen verändert werden kann. Denkbar sind durch Wasserdruck oder Öldruck getriebene Aktoren.
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Die zweiten Abstandshalter könnte auch in der Erstreckungsrichtung des ersten Druckstücks gesehen mehrere hintereinander angeordnete, getrennte zweite Abstandshalter aufweisen, deren Größe und Ausdehnung individuell gesteuert werden können. Somit könnte über den räumlichen Erstreckungsbereich des ersten Druckstücks das Herausragen des ersten Druckstücks aus der zweiten Werkzeughälfte variabel und z. B. dynamisch wie oben beschrieben eingestellt werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schäumen eines Werkstücks mittels eines Schäumwerkzeugs, wobei das Schäumwerkzeug eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte aufweist, wobei das Schäumwerkzeug ein erstes Druckstück aufweist, wobei die zweite Werkzeughälfte im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs zur Ausübung einer Kraft auf das Trägerteil über das erste Druckstück in Richtung der ersten Werkzeughälfte ausgebildet ist. Das erste Druckstück weist eine Elastizität in Richtung der Kraft auf, wobei die zweite Werkzeughälfte eine Aussparung zur Aufnahme des ersten Druckstücks aufweist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass „das Aufweisen der Elastizität des ersten Druckstücks in Richtung der Kraft” so verstanden wird, dass sich das erste Druckstück zumindest in Richtung der Kraft verformen kann. Dies schließt jedoch nicht aus, dass das Druckstück auch senkrecht zu dieser Kraftrichtung eine Verformung durchführen kann, wie es insbesondere bei der Verwendung eines T-förmigen oder konischen Druckstücks, wie obig beschrieben, der Fall sein könnte.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Aufnehmen des Trägerteils zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte, sodass im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs durch das Trägerteil und die erste Werkzeughälfte ein aufzuschäumender Hohlraum gebildet wird,
- – Schließen des Werkzeugs durch Aufeinanderzubewegen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte,
- – Einspritzen des Schaums in den auszuschäumenden Hohlraum zum Erhalt eines Hart-Weich-Übergangs an jener Stelle, an welcher das Druckstück auf das Trägerteil aufgepresst wird.
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Die Reihenfolge der Schritte „Schließen des Werkzeugs” und „Einspritzen des Schaums” ist dabei flexibel. Bei sehr großen Bauteilen könnte es von Vorteil sein, wenn zuerst mit dem Einspritzen des Schaums in den Hohlraum begonnen wird und dann gleichzeitig oder etwas später das Werkzeug geschlossen wird. Üblich dürfte jedoch sein, dass zuerst das Werkzeug geschlossen wird und dann der Schaum eingespritzt wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Aufnehmen des Trägerteils zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte durch ein Anlegen eines Vakuums zwischen der zweiten Werkzeughälfte und dem Trägerteil, wobei aufgrund des Vakuums das Trägerteil an der zweiten Werkzeughälfte fixiert wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem geschäumten Werkstück um ein Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteil, beispielsweise um eine Instrumententafel oder um eine Armauflage.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Schäumwerkzeugs im geschlossenen Zustand,
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2 eine schematische Ansicht eines Schäumwerkzeugs im geöffneten Zustand,
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3 eine schematische Ansicht einer zweiten Werkzeughälfte mit Druckstück,
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4 eine schematische Ansicht einer alternativen Form einer zweiten Werkzeughälfte mit Druckstück,
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5 eine Ansicht einer zweiten Werkzeughälfte mit Druckstück von unten,
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6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Schäumen eines Werkstücks mittels eines Schäumwerkzeugs.
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Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt ein Schäumwerkzeug 100 mit einer ersten Werkzeughälfte 102 und einer zweiten Werkzeughälfte 104. An der zweiten Werkzeughälfte 104 ist ein zweites Druckstück 106 angeordnet, welches wiederum eine Aussparung zur Aufnahme eines ersten Druckstücks 108 aufweist. Das erste Druckstück 108 füllt die Aussparung des zweiten Druckstücks 106 nicht vollständig aus, da verschiedene Abstandshalter 110 in der Aussparung zwischen dem ersten Druckstück 108 und dem zweiten Druckstück 106 angeordnet sind.
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Das Schäumwerkzeug befindet sich in der 1 im geschlossenen Zustand, sodass eine Kraft von der zweiten Werkzeughälfte 104 über das zweite Druckstück 106 und vom zweiten Druckstück über das erste Druckstück 108 auf die erste Werkzeughälfte 102 ausgeübt wird. Zwischen der Werkzeughälfte 104 und der Werkzeughälfte 102 befindet sich ein Trägerteil 116. Über das Druckstück 108 wird das Trägerteil 116 im Bereich 114 auf die erste Werkzeughälfte 102 aufgepresst.
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Aufgrund des Aufpressens in dem Bereich 114 findet eine Abdichtung des zwischen der Werkzeughälfte 102 und Trägerteil 116 gebildeten Hohlraums 112 statt. Wird nun also über die Zuführung 118 ein Schaum, beispielsweise ein Polyurethanschaum, in die Aussparung 112 eingebracht (Schäumvorgang), so kann sich dieser eingebrachte Schaum nur bis an den Bereich 114 hin ausbreiten. Aufgrund des Aufpressens von Trägerteil 116 auf die erste Werkzeughälfte 102 wird eine Abdichtung im Bereich 114 gewährleistet, sodass sich der Schaum nicht weiter in Richtung nach rechts in 1 ausbreiten kann.
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Ferner ist in der 1 gezeigt, dass die erste Werkzeughälfte 102 mit einer Folie 120 versehen ist. Die Folie 120 liegt vollständig an der ersten Werkzeughälfte 102 im Bereich des aufzuschäumenden Hohlraums 112 an. Beispielsweise weist diese Folie 120 ein Polyethylenmaterial auf, welches abweisend gegenüber einer Haftung des Polyurethanschaums ist, welcher in den Hohlraum 112 einzuspritzen ist.
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Dies könnte dazu führen, dass bei einem Entformungsvorgang (Öffnen des Werkzeugs und Entnahme von Trägerteil 116 mit daran angespritztem Schaum) sich der Schaum in einfacher Weise von der Folie 120 und damit indirekt von der Werkzeughälfte 102 ablösen lässt.
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Sowohl die erste Werkzeughälfte 102, die zweite Werkzeughälfte 104, die Folie 120 als auch das Trägerteil 116 können Fertigungstoleranzen aufweisen. Aufgrund der Vielzahl der verwendbaren Komponenten könnten sich dabei die Fertigungstoleranzen in ungeschickter Weise addieren, sodass bei Verwendung einer starren zweiten Werkzeughälfte 104 zum Aufpressen auf das Trägerteil 116 im Bereich 114 Undichtigkeiten in diesem Bereich 114 entstehen könnten. Es findet also keine klare Abdichtung in dem Schaum statt, welcher sich im Hohlraum 112 ausbreitet.
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Um solchen Toleranzen entgegenzutreten ist vorgesehen, dass das erste Druckstück 108 eine gewisse Elastizität aufweist. Aufgrund der Elastizität des Druckstücks 108 wird dieser bei verschiedensten Fertigungstoleranzen in der Lage sein, immer die gleiche Kraft von der zweiten Werkzeughälfte 104 auf das Trägerteil 116 und damit auf die erste Werkzeughälfte 102 auszuüben.
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Um diese durch das erste Druckstück 108 ausgeübte Kraft variabel zu gestalten, ist es möglich, entweder verschiedene Druckstücke mit unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften vorzusehen. Möglich ist jedoch alternativ oder zusätzlich, dass in dem durch den zweiten Druckstück 106 gebildeten Hohlraum, in welchem das erste Druckstück 108 aufgenommen ist, die Abstandshalter 110 eingesetzt werden können.
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Die Abstandshalter 110 sorgen dafür, dass je nach Dicke und Anzahl der Abstandshalter das erste Druckstück 108 unterschiedlich weit aus dem zweiten Druckstück 106 herausragt. Dadurch wird die Kraft eingestellt, welche von der zweiten Werkzeughälfte 104 über das erste Druckstück 108 auf das Trägerteil 116 und damit vom Trägerteil 116 über die Folie 120 auf die erste Werkzeughälfte 102 ausgeübt wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass im geschlossenen Zustand des Schäumwerkzeugs der Abstand zwischen der ersten Werkzeughälfte 102 und der zweiten Werkzeughälfte 104 konstant ist, unabhängig von Fertigungstoleranzen der Folie 120 bzw. dem Trägerteil 116 und unabhängig davon wie weit das erste Druckstück 108 aus dem zweiten Druckstück herausragt.
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Das zweite Druckstück 106 ist optional und es ist auch möglich, dass sich die zweite Werkzeughälfte 104 weiter nach links erstreckt und damit den Raum einnimmt, welcher durch den zweiten Druckstück 106 in der 1 eingenommen wird. Die zweite Werkzeughälfte 104 kann damit auch zusätzlich die Rolle des zweiten Druckstücks 106 übernehmen.
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Im Kontaktbereich 114 könnten zum Beispiel Sensoren angeordnet sein, welche die Kraft messen, mit welcher das Trägerteil 116 auf die erste Werkzeughälfte 102 durch das Druckstück 108 aufgepresst wird. Je nach Messergebnis könnte daraufhin entweder die Elastizität des Druckstücks 108 oder aber die Größe der Abstandshalter 110 dynamisch variiert werden. Beispielsweise könnte sich bei dem Druckstück 108 um ein Druckstück handeln, welcher dynamisch mit Flüssigkeiten oder mit einem Gas gefüllt werden kann. Ebenso ist es möglich, dass die Abstandshalter 110 piezoelektrische Aktoren sind, welche ihre Ausdehnung in Richtung des Kontaktbereichs 114 variabel gestalten können. Eine Feedbackschleife von den Kontaktsensoren im Bereich 114 zu einer entsprechenden Steuereinheit könnte dafür sorgen, dass in vordefinierter Weise der Anpressvorgang des zweiten Druckstücks 108 auf das Trägerteil 116 und damit das Anpressen des Trägerteils 116 auf die erste Werkzeughälfte 102 stattfindet.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht des Schäumwerkzeugs der 1 in stark vereinfachter Form. Neben der ersten Werkzeughälfte 102 und der zweiten Werkzeughälfte 104 ist nun ersichtlich, dass die zweite Werkzeughälfte 104 zusammen mit dem Trägerteil 116 in Richtung der ersten Werkzeughälfte 102 geklappt werden kann. Im geöffneten Zustand kann damit das Trägerteil 116 an der zweiten Werkzeughälfte 104 angeordnet werden.
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Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass Vakuumsaugstutzen 200 an der zweiten Werkzeughälfte 104 angeordnet sind, welche im geöffneten Zustand das Trägerteil 116 in der in 2 gezeigten Stellung an der zweiten Werkzeughälfte 104 festhalten. Beim Schließen des Werkzeugs wird also die zuvor durch die Vakuumansaugung definierte relative Position von Trägerteil 116 und zweiter Werkzeughälfte 104 nicht mehr verändert. Dadurch wird sichergestellt, dass das erste Druckstück 108 an einer exakt vordefinierten Stelle auf das Trägerteil 116 aufdrückt. Beim Schließvorgang wird dadurch insbesondere vermieden, dass ein aufgrund der Elastizität gegebenenfalls mögliches Verziehen des ersten Druckstücks 108 in Richtung senkrecht zur Kraftwirkung (in den 1 und 2 nach links und rechts in horizontaler Richtung gesehen) vermieden wird.
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Die 3 und 4 zeigen schematische Ansichten einer zweiten Werkzeughälfte 104 mit jeweiliger Aussparung 300, in welcher unterschiedliche erste Druckstücke 108 aufgenommen sind. In 3 weist das erste Druckstück 108 eine T-Form auf, wohingegen in der 4 das erste Druckstück einen Fuß aufweist, an dessen aus der Aussparung 300 herausragenden Ende eine ellipsenförmige und sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Fußes erstreckende Ellipsenfläche anschließt.
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Die T-Form der 3 hat den Vorteil, dass aufgrund der Kantenform des Druckstücks 108 im Bereich der Auflagefläche auf das Trägerteil 116 eine definierte Auflagefläche gegeben ist. Durch die Ellipsenform der 4 hingegen variiert die Größe der Auflagefläche je nach Aufpresskraft des Druckstücks 108 auf das Trägerteil 116. Letzteres könnte von Vorteil sein, wenn zusätzlich nebst Höhentoleranzen des Trägerteils 116 bzw. des Schäumwerkzeugs in Erstreckungsrichtung des elastischen Druckstücks gesehen (in den 3 und 4 in die Blattebene hinein) auch noch Höhentoleranzen ausgeglichen werden sollen, in der Richtung senkrecht hierzu, in den 3 und 4 also in horizontaler Richtung.
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Üblicherweise wird das erste Druckstück eine langgezogene Form in seiner Erstreckungsrichtung aufweisen. Somit wird die Aussparung 300 ebenfalls eine langgezogene Form aufweisen mit einer Erstreckungsrichtung senkrecht zur Richtung der Kraft, welche vom Druckstück auf die untere Werkzeughälfte über das Werkstück 116 ausgeübt wird.
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Diese längliche Erstreckung sowohl des Druckstücks als auch der Aussparung 300 ist in der 5 gezeigt. Bei der 5 handelt es sich um eine schematische Ansicht der zweiten Werkzeughälfte 104 in einer Aufsicht von unten (entgegen der Richtung, in welcher die Kraft auf das Trägerteil auszuüben ist), wobei der Einfachheit halber das Druckstück 108 lediglich schematisch dargestellt ist. Die sich länglich erstreckende Aussparung 300 dient wiederum zur Aufnahme des Fußes des Druckstücks 108, wie er beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt ist.
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Um nun das Druckstück 108 an der zweiten Werkzeughälfte 104 zu fixieren, ist vorgesehen, dass Befestigungspunkte 500 an den einander gegenüberliegenden Enden (in der Erstreckungsrichtung gesehen) der Aussparung an der zweiten Werkzeughälfte 104 vorgesehen sind. Beispielsweise könnte über die Befestigungspunkte 500 das Druckstück 108 an der zweiten Werkzeughälfte 104 angeschraubt werden. Damit ist es möglich, nach einer beispielsweisen Beschädigung des Druckstücks 108 oder aufgrund des Bedarfs eines anderen Druckstücks mit anderen elastischen Eigenschaften das Druckstück 108 von der zweiten Werkzeughälfte 104 abzuschrauben und zu entfernen.
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Die 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines geschäumten Werkstücks mittels eines Schäumwerkzeugs, wie es in den vorigen Figuren exemplarisch beschrieben wurde.
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Das Verfahren beginnt mit Schritt 600, in welchem das zweite Druckstück 108 auf die Gegebenheiten des Schäumwerkzeugs und insbesondere des Trägerteils 116 eingestellt wird. Das Einstellen umfasst dabei das Einstellen der Elastizität des Druckstücks 108 sowie der Wegstrecke, mit welcher das Druckstück 108 aus der Aussparung der zweiten Werkzeughälfte 104 herausragt. Beispielsweise könnte durch das Einsetzen von Abstandshaltern in die Aussparung 300 (vergleiche 4 und 5) die Wegstrecke variiert werden, mit welcher das Druckstück 108 aus der zweiten Werkzeughälfte 104 herausragt.
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In Schritt 602 erfolgt das Einlegen der Antihaftfolie 114 in die erste Werkzeughälfte. Vorzugsweise ist auch in der ersten Werkzeughälfte vorgesehen, dass über Vakuumansaugmittel die Antihaftfolie an der ersten Werkzeughälfte gehalten wird.
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In Schritt 604 erfolgt das Anlegen des Trägerteils 116 an der zweiten Werkzeughälfte 104, wobei auch hier wieder über Vakuumansaugmittel das Trägerteil an der zweiten Werkzeughälfte gehalten wird.
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In Schritt 606 erfolgt das Schließen des Werkzeugs und damit das Aufbringen einer entsprechenden Kraft im Bereich 114 zwischen Trägerteil 116 und erster Werkzeughälfte 102.
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In Schritt 608 erfolgt das Einspritzen von Schaum in den zwischen Antihaftfolie und Trägerteil gebildeten Hohlraum. Nach der Aushärtung des Schaums erfolgt in Schritt 610 das Entformen des so hergestellten mit Schaum versehenen Trägerteils 116, das heißt das Öffnen des Werkzeugs und die Entnahme des Trägerteils mit dem Schaum.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schäumwerkzeug
- 102
- Werkzeughälfte
- 104
- Werkzeughälfte
- 106
- Druckstück
- 108
- Druckstück
- 110
- Abstandshalter
- 112
- Hohlraum
- 114
- Bereich
- 116
- Trägerteil
- 118
- Zuführung
- 120
- Folie
- 300
- Aussparung
- 500
- Befestigungspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008019246 B3 [0002]
