DE102015109897A1

DE102015109897A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse sowie Bauteil

Info

Publication number: DE102015109897A1
Application number: DE102015109897.0A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Parat Beteiligungs GmbH
Current assignee: PARAT TECHNOLOGY GROUP GMBH, DE
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-01-14
Also published as: DE202015009827U1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse (15), wobei während einer Eintragdauer ein Eintrag der Vergussmasse, in eine Kavität (14) hinein mittels einer entlang der Kavität bewegbaren Eintragvorrichtung (16) erfolgt, und wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet. Eine Besonderheit besteht unter anderem darin, dass sich die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) aufweist, das die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, wobei die Vergussmasse (15) zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten (P1, P2, Poly1, Poly2) aufweist, die über gesonderte Zuführleitungen (24b, 24c) einer Mischkammer (34) zugeführt werden, die unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung (16) angeordnet ist oder Bestandteil der Eintragvorrichtung ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse nach Anspruch 1.
Bauteile vergleichbarer Art werden von der Anmelderin seit geraumer Zeit entwickelt und gefertigt. Es kann sich dabei um Bauteile für Außenanwendungen, insbesondere Verkleidungsteile für Fahrzeuge, oder elektrische Geräte, wie zum Beispiel Wärmepumpen, handeln, insbesondere um flächige Bauteile. Es kann sich alternativ auch um Bauteile handeln, bei denen die Polyurethan-Vergussmasse im ausgehärteten Zustand ein langgestrecktes Wulstelement bereitstellt.
Eine aushärtbare Polyurethan-Vergussmasse besteht in der Regel aus zumindest zwei Komponenten, nämlich einer Polyol-Komponente und einer Isocyanat-Komponente. Die beiden Komponenten werden getrennt voneinander aufbewahrt, und erst kurz vor der gewünschten Reaktion zusammen gebracht. In der Regel werden die Komponenten miteinander in einem fahrbaren Mischkopf, oder stromaufwärts dessen, gemischt, und sodann in eine Kavität eingebracht. Der Mischkopf oder die Eintragvorrichtung können insbesondere auch Roboter-geführt ausgebildet sein. Weiter besteht die Möglichkeit, den Mischkopf sukzessive zu unterschiedlichen Werkzeugen hin zu verfahren.
Der Mischkopf kann entlang der Kavität verfahrbar ausgebildet sein. Es ist alternativ auch möglich, die Polyurethan-Vergussmasse unter Druck in eine zum Beispiel langgestreckt ausgebildete Kavität hinein einzuspritzen. Auch bei dieser Variante kann vorgesehen sein, dass der Mischkopf sukzessive unterschiedlichen Werkzeugen zugeführt wird.
Neben den beiden essentiellen Komponenten, Polyol und Isocyanat, können auch weitere Zuschlagstoffe, wie zum Beispiel Verstärkungsstoffe, insbesondere Glasfasern, in die Vergussmasse mit eingebracht werden.
Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei sehr langgestreckten Kavitäten, oder bei sehr großflächig ausgebildeten Kavitäten, oder bei der Einbringung großer Volumina an Vergussmasse in eine Kavität, oder bei insgesamt sehr langen Eintragsdauern, kann das Problem auftreten, dass die zu Beginn des Einbringungsvorganges, also zu Beginn der Eintragsdauer, eingebrachte Vergussmasse früher zu reagieren beginnt, als die zuletzt in die Kavität eingebrachten Vergussmassenanteile. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass die zuerst eingebrachten Vergussmassenanteile früher beginnen, auszuhärten, und hierdurch einen erhöhten Schaumdruck auf die noch flüssigen, erst gegen Ende der Eintragdauer in die Kavität eingebrachten Vergussmassenanteile ausüben. Hierdurch können Vergussmassenströme innerhalb der Kavität, ggf. auch innerhalb der bereits geschlossenen Kavität, auftreten, dies mit der Folge, dass das Bauteil mit der ausgehärteten Vergussmasse eine inhomogene Dichteverteilung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem derartige Dichteunterschiede in dem zu fertigenden Bauteil vermieden werden können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Das Prinzip der Erfindung besteht im wesentlichen darin, die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer zu ändern. Zu Beginn der Eintragdauer kann der Vergussmasse ein Mittel beigemischt sein, oder zugefügt sein, das die chemische Reaktion verzögert, oder verlangsamt. Die Verzögerung oder Verlangsamung der Reaktion erfolgt in Relation zu der chemischen Reaktion derjenigen Vergussmassenanteile, die erst gegen Ende der Eintragdauer in die Kavität eingetragen werden.
Solche Vergussmassenanteile, die zu Beginn des Eintrages, also zu Beginn der Eintragdauer, in die Kavität eingetragen werden, sollen gemäß der Erfindung grundsätzlich möglichst zu der gleichen Zeit reagieren, zu der die spätest eingetragenen Vergussmassenanteile reagieren. Wenn bei geschlossener Kavität sämtliche darin befindlichen Vergussmassenanteile gleichzeitig chemisch reagieren, und aushärten, kann ein homogen gleicher Schaumdruck erzielt werden. Damit ist gewährleistet, dass keine Dichteunterschiede bei dem fertigen Bauteil auftreten.
Durch Hinzufügung eines Reaktionsverzögerers zu Beginn des Eintragsvorganges, also bei Beginn der Eintragdauer, können die früh in die Kavität eingebrachten Vergussmassenanteile einer Reaktionsverzögerung oder Reaktionsverlangsamung unterworfen werden. Wird der Reaktionsverzögerer beispielsweise nur in einem ersten Abschnitt, zum Beispiel in der ersten Hälfte, der Eintragdauer eingebracht, und in späteren Abschnitten, zum Beispiel in der zweiten Hälfte, der Eintragdauer kein derartiger Reaktionsverzögerer eingebracht, kann – bei entsprechender Wahl der Verzögerungszeiten – erreicht werden, dass die unterschiedlichen Vergussmassenanteile zu einem gleichen Zeitpunkt eine chemische Reaktion durchführen, und aushärten.
Gemäß der Erfindung kann das Mittel, das die chemische Reaktion verlangsamt oder verzögert, ein gesondertes Mittel sein, welches eine Reaktion einer Polyol-Komponente mit einer Isocyanat-Komponente grundsätzlich verzögert. Alternativ kann das Mittel auch von einem Bestandteil der flüssigen Vergussmasse selbst gebildet sein, beispielsweise von einer Polyol-Komponente.
Es ist gemäß der Erfindung möglich, zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Eintragdauer unterschiedliche Reaktionsverzögerer zuzuführen, oder beizumischen. Denkbar ist aber auch, dass nur eine Art von Reaktionsverzögerer zugeführt wird, und dies nur zu Beginn der Eintragdauer.
Von der Erfindung ist umfasst, dass während der Eintragdauer die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse derart geändert wird, dass zu Beginn der Eintragdauer eine andere Polyol-Komponente verwendet wird, als gegen Ende der Eintragdauer, oder dass sich über die Eintragdauer das Mischungsverhältnis der beiden Polyol-Komponenten ändert.
Von der Erfindung umfasst ist weiter, dass die Vergussmasse unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Polyol-Komponenten bereitgestellt wird. Eine erste Polyol-Komponente weist eine längere Reaktionszeit für eine Reaktion mit der Isocyanat-Komponente auf, und eine zweite Polyol-Komponente weist eine kürzere Reaktionszeit für eine Reaktion mit der Isocyanat-Komponente auf. Zu Beginn des Einbringungsvorgangs, also gegen Beginn der Eintragdauer, wird ausschließlich die erste Polyol-Komponente zugeführt, und während der Eintragdauer wird allmählich die zweite Polyol-Komponente mit der kürzeren Reaktionszeit beigemischt. Gegen Ende der Eintragdauer geht der Anteil der ersten Polyol-Komponente gegen null. Das Verhältnis dieser beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten mit den unterschiedlichen Reaktionszeiten kann insoweit kontinuierlich gegeneinander gedimmt werden.
Als unterschiedliche Polyol-Komponenten im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung werden insbesondere auch Ausführungsbeispiele verstanden, bei denen eine erste Polyol-Komponente einen ersten Reaktionsverzögerer in Form eines Additivs und eine zweite Polyol-Komponente einen zweiten, unterschiedlichen Reationsverzögerer in Form eines Additivs aufweist. Die Polyol-Komponenten selbst können aus chemischer Sicht identisch sein, und sich nur bezüglich der Additive unterscheiden. Diese können in der Polyol-Komponente eingebracht, z. B. eingerührt sein.
Als unterschiedliche Polyol-Komponenten im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung werden weiter Ausführungsbeispiele verstanden, bei denen eine erste Polyol-Komponente ein Additiv in Form eines Reaktionsverzögerers und die zweite Polyol-Komponente das gleiche chemische Polyol-Ausgangsmaterial aufweist, aber ohne dieses Additiv oder ohne einen Reaktionsverzögerer ausgestattet ist.
Das Mittel zur Verzögerung der Reaktionszeit wird gemäß der Erfindung in diesem Falle – besonders vorteilhaft – von der Polyol-Komponente als wesentlicher Bestandteil der Vergussmasse selbst bereit gestellt.
Gemäß der Erfindung weist die Vergussmasse wenigstens zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten auf. Die wenigstens zwei unterschiedlichen Polyol-Komponenten werden über gesonderte Zuführleitungen einer Mischkammer zugeführt. Die Mischkammer ist unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung angeordnet, oder sie ist Bestandteil der Eintragvorrichtung.
Gemäß der Erfindung werden die beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten über gesonderte Zuführleitungen bis an die Eintragvorrichtung herangeführt. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, eine Änderung des Mischungsverhältnisses erst im Bereich der Eintragvorrichtung zu bewerkstelligen. Die Mischkammer kann insoweit bewegungseinheitlich mit der Eintragvorrichtung verbunden sein, und gemeinsam mit der Eintragvorrichtung entlang der Kavität bewegbar ausgestaltet sein.
Gemäß der Erfindung kann der Zuführleitung für die erste Polyol-Komponente eine erste Rückführleitung zugeordnet sein, und der Zuführleitung für die zweite Polyol-Komponente eine zweite Rückführleitung zugeordnet sein. Dies bietet die Möglichkeit, die beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten in einem Kreislauf zirkulieren zu lassen, ohne dass ungewünschte Vermischungen auftreten, bzw. ohne dass ungewünschte Verschleppungen zu befürchten sind.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren nach Anspruch 2.
Zur Vermeidung von Wiederholungen kann bezüglich der Vorteile dieses Verfahrens und der Auslegung und dem Verständnis der verwendeten Begriffe und Merkmale auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
Die Besonderheit des Verfahrens nach Anspruch 2 besteht darin, dass der Vergussmasse im Bereich der Eintragvorrichtung Zuschlagstoffe, insbesondere Verstärkungsfasern, beigefügt werden. Dies ermöglicht eine Einbringung der Zusatzstoffe oder Zuschlagstoffe im Bereich der Mischkammer der Eintragvorrichtung bzw. erst unmittelbar an der Eintragvorrichtung.
Dadurch, dass die Verstärkungsstoffe nicht etwa den Polyol-Komponenten schon im Bereich der Zuführleitungen hinzugesetzt werden, mithin kein Transport des Verstärkungsstoffe gemeinsam mit dem Polyol-Komponenten stattfindet, kann ebenfalls eine Rückführung der Polyol-Komponenten – ohne Verstärkungsstoffe – im Reinzustand zum Zwecke der Bewerkstelligung eines Kreislaufes erfolgen.
Die Erfindung löst die obige Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt mit den Merkmalen des Anspruches 3.
Wiederum kann bezüglich der Vorteile des Verfahrens nach Anspruch 3 und bezüglich des Verständnisses und der Auslegung der Begriffe auf die obigen Ausführungen zur Vermeidung von Wiederholungen zurückgegriffen werden.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 können zwei oder mehr Bauteile in einem Guss hergestellt werden. Hierzu ist eine Kavität eines Werkzeuges in wenigstens zwei Teil-Kavitäten unterteilt oder umfasst zwei Teil-Kavitäten. Die Teil-Kavitäten können nacheinander, sukzessive, von der Eintragvorrichtung angefahren werden und mit Vergussmasse gefüllt werden. Durch Änderung der chemischen Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer besteht überhaupt erst die Möglichkeit, zwei im Wesentlichen homogen ausgebildete Bauteile in einem Guss, im Rahmen eines Verfahrensschrittes, herzustellen.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren nach Anspruch 4.
Wiederum kann zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zurückgegriffen werden.
Die Besonderheit des Verfahren nach Anspruch 4 besteht darin, dass bei dem Verfahren ein Bauteil gefertigt wird, bei dem eine Folie, insbesondere tiefgezogene Folie, von der Vergussmasse hinterschäumt wird. Hierdurch können besonders groß dimensionierte Bauteile mit einer hochwertigen Oberfläche gefertigt werden.
Die Erfindung bezieht sich gemäß einem weiteren Aspekt auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse gemäß Anspruch 9.
Vorrichtungen vergleichbarer Art werden seit geraumer Zeit von der Anmelderin entwickelt und verwendet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die die Herstellung von Bauteilen ermöglicht, wobei Dichteunterschiede in den Bauteilen vermieden werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 9.
Das Prinzip der Erfindung besteht zunächst darin, dass der Eintragvorrichtung eine Mischvorrichtung zugeordnet ist. Die Mischvorrichtung ändert die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer. Hierzu mischt die Mischvorrichtung der Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel, insbesondere einen Bestandteil, bei, der die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt, oder verzögert.
Die Eintragvorrichtung ist relativ zu der Kavität beweglich angeordnet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes Bauteil gefertigt werden, welches bislang als LFI-Bauteil, oder als ein im RTM- oder im RIM-Verfahren hergestelltes Bauteil gefertigt wurde. In Frage kommen insbesondere Verkleidungsteile für Fahrzeuge, wie z. B. Traktorhauben, Kotflügel, Wohnwagenschürzen oder auch Verkleidungsteile für Anlagen, wie Wärmepumpen, Elektro-Tankstellen, Blockheizkraftwerke, etc.
Gemäß der Erfindung erfolgt der Eintrag der Vergussmasse bei offener Kavität, also bei nicht geschlossener Werkzeugform. Die Eintragsvorrichtung ist beweglich ausgebildet, und kann die Kavität sozusagen abfahren, also insbesondere entlang dem Grunde der Kavität bewegt werden. Ein Eintrag in eine offene Kavität herein erfolgt insbesondere druckfrei, oder unter einem nur geringen Druck, da der Druck in der Kavität dem Druck des Außenraumes entspricht.
Die Eintragvorrichtung weist gemäß der Erfindung eine Mischvorrichtung auf. Die Mischvorrichtung ist mittels einer entsprechenden Steuerung, welche Bestandteil der Mischvorrichtung ist, in der Lage, die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer zu ändern. Hierzu kann die Mischvorrichtung mit unterschiedlichen Behältnissen, ggf. auch unterschiedlichen Pumpen, Dosiervorrichtungen, insbesondere Zylinder- oder Kolbendosiervorrichtungen, Antriebsvorrichtungen, Schlauchleitungen, Flussmesseinrichtungen, Temperaturmess- und Steuereinrichtungen etc., verbunden sein, oder solche Teile oder Elemente umfassen. In den an die Mischvorrichtung angeschlossenen Behältnissen befinden sich unterschiedliche Komponenten. Durch eine entsprechende Steuerung kann die Mischvorrichtung auf die unterschiedlichen Komponenten zugreifen, und die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändern.
Die Mischvorrichtung kann beispielsweise auf einen Reaktionsverzögerer zugreifen, der zumindest zu Beginn der Eintragdauer zugegeben wird, und dessen anteilsmäßige Zugabe während der Eintragdauer kontinuierlich reduziert wird.
In einem besonders vorteilhaften Fall kann die Mischvorrichtung auf zwei Behältnisse mit unterschiedlichen Polyol-Komponenten zurückgreifen. Davon kann eine Polyol-Komponente eine erste, längere Reaktionszeit und eine zweite Polyol-Komponente eine zweite, kürzere Reaktionszeit aufweisen. Die Mischvorrichtung kann das Verhältnis, in dem die beiden Polyol-Komponenten der Vergussmasse zugeführt oder beigemischt werden, während der Eintragdauer ändern, insbesondere proportional ändern, zum Beispiel kontinuierlich ändern. Dabei kann vorgesehen sein, dass zu Beginn der Eintragdauer ausschließlich, oder nahezu ausschließlich, nur die erste Polyol-Komponente mit der längeren Reaktionszeit, und gegen Ende der Eintragdauer ausschließlich, oder nahezu ausschließlich, nur die Polyol-Komponente mit der kürzeren Reaktionszeit zugeführt oder beigemischt wird.
Während der Eintragdauer kann das Verhältnis der beiden Polyol-Komponenten zueinander geändert, insbesondere auch kontinuierlich geändert, insbesondere kontinuierlich gegeneinander gedimmt werden.
Gemäß der Erfindung werden die beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten einer Mischkammer über gesonderte Zuführleitungen zugeführt. Die Mischkammer ist unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung angeordnet, oder ist Bestandteil der Eintragvorrichtung. Gemäß dieser Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung eine Rückführung der beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten, im Reinzustand und getrennt voneinander, jeweils in gesonderten Rückführleitungen, und die Bewerkstelligung eines kontinuierlichen Kreislaufes der Polyol-Komponenten. Die Mischkammer kann gemeinsam mit der Eintragvorrichtung bewegt werden. Eine Mischung der Polyol-Komponenten in unterschiedlichen Dosierverhältnissen findet erst in der Mischkammer statt. Durch Anordnung geeigneter Ventile bzw. Schalteinrichtungen kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine Öffnung bzw. eine Schließung der Rückführleitungen bewerkstelligt werden. Auch die entsprechenden Ventile bzw. Schalteinrichtungen sind unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung bzw. an der Eintragvorrichtung angeordnet. Die Ventile oder Schalteinrichtungen können gleichermaßen gemeinsam mit der Eintragvorrichtung entlang der Kavität bewegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.
Die obigen Ausführungen können zur Vermeidung von Wiederholungen wiederum in Bezug genommen werden.
Gemäß Anspruch 10 besteht die Besonderheit dieser Vorrichtung darin, dass die Mischvorrichtung dazu ausgebildet ist, Zuschlagstoffe, insbesondere Verstärkungsfasern, der Vergussmasse zuzuführen. Dabei sorgt die Mischvorrichtung dafür, dass die Zuschlagstoffe der Vergussmasse erst im Bereich der Eintragvorrichtung, also unmittelbar stromaufwärts der Mischkammer oder in der Mischkammer oder in der Eintragvorrichtung zugeführt werden.
Dieser Aspekt ermöglicht gleichermaßen die Anordnung von Rückführleitungen für die beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten, die jeweils einem gesonderten geschlossenen Kreislauf zugeführt werden können, ohne dass die entsprechende Polyol-Komponente gemeinsam mit darin enthaltenen Verstärkungsfasern zirkuliert.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung nach Anspruch 11.
Wiederum kann zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zurückgegriffen werden.
Die Besonderheit besteht darin, dass die Vorrichtung die Herstellung von zwei oder mehr Bauteilen in einem Guss ermöglicht. Hierzu ist eine in dem Werkzeug vorhandene Kavität in wenigstens zwei Teil-Kavitäten unterteilt, oder umfasst zwei solche Teil-Kavitäten.
Gemäß der Erfindung kann die Eintragvorrichtung nacheinander sukzessive die Teil-Kavitäten anfahren und befüllen. Hierdurch wird die Möglichkeit bereitgestellt, mehrere Bauteile in einem Guss zu fertigen. Damit kann insbesondere bei unterschiedlichen Bauteilen eine homogene, gleiche Dichteverteilung gewährleistet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil gemäß Anspruch 14. Derartige Bauteile werden von der Anmelderin seit geraumer Zeit entwickelt, gefertigt und vertrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil anzugeben, welches gegenüber Bauteilen des Standes der Technik bessere technische Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll das Bauteil der Erfindung eine bessere, homogene Dichteverteilung aufweisen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 14.
Demnach umfasst das Bauteil der erfindungsgemäßen Art eine ausgehärtete Polyurethan-Masse, und ist insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt worden. Das erfindungsgemäße Bauteil umfasst eine Folie, insbesondere eine tiefgezogene Folie, sowie einen ersten und einen zweiten Werkstoffbereich. Beide Werkstoffbereiche sind von der ausgehärteten Polyurethan-Masse bereitgestellt. Die Folie ist also von der ausgehärteten Vergussmasse hinterschäumt.
Der erste Werkstoffbereich ist mit dem zweiten Werkstoffbereich stoffschlüssig verbunden. Eine stoffschlüssige Verbindung bedeutet im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung, dass die beiden Werkstoffbereiche einheitlich, in einem Zuge, das heißt, im Rahmen eines einheitlichen Schäumprozesses, gefertigt worden sind.
Die beiden Werkstoffbereiche sind unter Verwendung unterschiedlicher Polyol-Komponenten ausgehärtet. Alternativ sind die beiden Werkstoffbereiche unter Verwendung von Polyol-Komponenten mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen ausgehärtet.
Durch Verwendung unterschiedlicher Polyol-Komponenten bzw. unterschiedlicher Polyol-Komponenten mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, wird bei dem erfindungsgemäßen Bauteil erreicht, dass dieses eine insgesamt homogene Dichteverteilung aufweist. Damit können auch großflächige Bauteile homogen ausgebildete Masseverteilungen aufweisen, bzw. entsprechen auch tatsächlich nach der Fertigung exakt den theoretischen Anforderungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung, und das erfindungsgemäße Bauteil werden in der vorliegenden Patentanmeldung einheitlich, unter Verwendung eines einheitlichen Vokabulars und einer einheitlichen Beschreibung der besonderen Merkmalsgruppen zur Vermeidung von Wiederholungen erläutert. Jeder beschriebene Vorteil und jede beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf jeden der drei geschilderten Erfindungsaspekte, auch, wenn die konkrete Beschreibung nur anhand eines der drei Erfindungsaspekte erfolgt.
Auch soweit in der vorliegenden Patentanmeldung der Begriff „Erfindung” verwendet wird, bezieht sich dieser Begriff auf sämtliche geschilderten Erfindungsaspekte, also sowohl auf das Herstellungsverfahren, als auch auf die Herstellungsvorrichtung, und auf das Bauteil selbst.
Die beschriebene Erfindung lässt eine Herstellung des Bauteils im offenen Eintrag und im geschlossenen Eintrag zu. Als offener Eintrag wird eine Herstellung des Bauteils bezeichnet, bei der die Werkzeugform, umfassend wenigstens ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteil, während des Eintragens der Vergussmasse in die Kavität, also während der gesamten Eintragdauer, geöffnet ist. Die Eintragvorrichtung umfasst dabei insbesondere einen Kopf, der sich entlang der Kavität bewegen kann. Die Eintragdauer kann dabei bis zu mehreren Minuten betragen. Nach abschließend erfolgtem Eintrag zieht sich der Eintragkopf aus der Kavität zurück. Die Kavität kann dann geschlossen werden. Hierzu werden Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil relativ zueinander aufeinander zubewegt und geschlossen. Bei geschlossener Kavität kann dann die aushärtbare Schaummasse aushärten.
Als geschlossener Eintrag, der als alternative Ausführungsform explizit von der Erfindung mit umfasst ist, wird ein Eintrag bezeichnet, bei dem die Einbringung der Vergussmasse in die Kavität bei geschlossener Kavität erfolgt. Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Vergussmasse unter hohem Druck in die Kavität eingespritzt wird. Nach erfolgtem Eintrag wird der Einlass oder Einspritzbereich geschlossen bzw. abgeriegelt. Die Kavität wird dann ebenfalls erst geöffnet, wenn die Vergussmasse ausgehärtet ist.
Von der Erfindung umfasst ist eine Ausführungsform, bei der ein Eintrag der aushärtbaren Vergussmasse unmittelbar in eine Kavität hinein, die von einer Werkzeugform gebildet ist, erfolgt. Hierbei kann ein Bauteil gefertigt werden, welches eine Grenzfläche aufweist, die unmittelbar von der ausgehärteten Polyurethan-Vergussmasse bereit gestellt ist. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Bauteil handeln, das als Strukturbauteil ausgebildet ist, und das zur Anbringung einer hochwertigen Oberfläche beispielsweise noch einem weiteren Verfahren unterworfen wird, wie es in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 008 364 der Anmelderin beschrieben ist. Deren Inhalt wird hiermit in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung, auch zum Zwecke der Bezugnahme auf einzelne oder mehrere Merkmale, vollständig mit eingeschlossen.
Von der Erfindung umfasst sind allerdings auch Ausführungsformen, bei denen der Eintrag in eine Kavität hinein erfolgt, die von einer Folie, insbesondere von einer tiefgezogenen Folie, gebildet oder teilweise gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird insbesondere eine Folie, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,01 und 5 mm, weiter vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,1 und 3 mm aufweist, hinterschäumt. Die Folie selbst stellt dann beispielsweise eine für Außenanwendungen des Bauteils besonders geeignete hochwertige Oberfläche bereit, die unter Zuhilfenahme der aushärtbaren Vergussmasse versteift wird.
Je nach Wandstärke der Folie kann diese im bereits tiefgezogenen Zustand in die Werkzeugform eingelegt sein, oder, wenn es sich z. B. um eine besonders dünne Folie handelt, kann auch vorgesehen sein, dass diese dünne Folie durch ein Vakuum oder einen sonstigen Unterdruck an ein Werkzeugteil, insbesondere an das Werkzeugunterteil, der Werkzeugform angesaugt wird.
Von der Erfindung ist auch umfasst, wenn die Folie in einer anderen oder in der selben Werkzeugform in Folge einer Wärmebehandlung (z. B. in einem Blasformverfahren) erst in Form gebracht wird. Der Umformvorgang der Folie aus einem flachliegenden Substrat in eine dreidimensionale Kontur kann auch in der Werkzeugform erfolgen, in die hinein der Eintrag der Vergussmasse erfolgt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein Hinterschäumen oder Umschäumen einer Folie oder eines Einlegers, wobei dieser Einleger als Verstärkungselement die mechanischen oder anderen physikalischen Eigenschaften des Bauteils verbessert.
Von der Erfindung mit umfasst sind Ausführungsformen, bei denen die Polyurethan-Vergussmasse nur zwei Komponenten, nämlich eine Polyol- und eine Isocyanat-Komponente, aufweist, sowie auch Ausführungsformen, bei denen mehr als zwei Komponenten in der Vergussmasse vorgesehen sind.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsbespiele, bei denen Zusatzstoffe, wie Glasfasern, Karbonfasern, Matten, Einleger oder andere Versteifungselemente vorgesehen sind.
Schließlich sind von der Erfindung auch Ausführungsbeispiele umfasst, bei denen in die Kavität Einleger wie Matten, Dämmelemente, oder Funktionsbauteile vor dem Einbringen der Vergussmasse angeordnet werden. Solche Funktionselemente können nach dem Aushärten der Vergussmasse auch aus dem Bauteil, zum Beispiel zu Anschlusszwecken, frei heraus ragen.
Von der Erfindung sind umfasst Ausführungsbeispiele, bei denen die aushärtbare Polyurethan-Vergussmasse Verstärkungen, insbesondere Glasfaserverstärkungen, zum Beispiel in Form von Langfasern (LFI) enthält. Von der Erfindung sind auch Ausführungsbeispiele umfasst, bei denen unter den Bezeichnungen RIM (reaction injection moulding) oder RRIM (re-enforced reaction injection moulding) verwendete Verfahren eingesetzt werden. Es können also in der Vergussmasse oder vor dem Einbringen der Vergussmasse in der Kavität – bei Ausführungsbeispielen der Erfindung – zusätzliche Verstärkungselemente angeordnet sein. Die Verstärkungselemente können in die Kavität eingesetzt werden, bevor die Vergussmasse eingebracht wird, oder ggf. auch nachdem die Vergussmasse eingebracht worden ist, oder während die Vergussmasse in die Kavität eingebracht wird. Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Vergussmasse frei von derartigen Verstärkungszusätzen, und umfasst beispielsweise lediglich Polyol- und Isocyanat-Komponenten. Bei wiederum weiteren Ausführungsbeispielen werden in der Kavität vor dem Einbringen der Vergussmasse keinerlei gesonderte Verstärkungselemente angeordnet.
Die Erfindung umfasst weitere Ausführungsbeispiele, bei denen der Eintrag in eine einzige Kavität hinein erfolgt. Die Erfindung umfasst allerdings auch Ausführungsbeispiele, bei denen der Eintrag der Vergussmasse in zwei oder mehr miteinander verbundene Kavitäten erfolgt. Insbesondere werden häufig zwei (oder auch mehrere) Bauteile in einer unterteilten Kavität hergestellt. Die Unterteilung kann dabei ggf. auch erst im Zuge des Schließens der Kavität oder bei dem Schließen oder vor dem Schließen der Kavität erfolgen. Insbesondere, wenn zwei großdimensionierte Bauteile in zwei kommunikativ miteinander verbundenen Kavitäten gefertigt werden sollen, wird es mit der Erfindung möglich, eine Homogenität der Dichteverteilung in den beiden unterschiedlichen Bauteilen oder Werkstoffbereichen zu erreichen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von zumindest während der Eintragdauer der Vergussmasse miteinander verbundenen oder in Kommunikation stehenden Kavitäten als eine (einzige) Kavität im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung angesehen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere bei einem offenen Eintrag in eine Werkzeugform unter einer einzigen Kavität auch eine Mehrzahl von Teilkavitäten verstanden, die nacheinander, sukzessive von der Eintragvorrichtung angefahren werden, und mit Vergussmasse befüllt werden.
So kann beispielsweise ein Werkzeugunterteil mehrere Fächer oder Teilkavitäten umfassen, wobei die Eintragvorrichtung beim offenen Eintrag zunächst Vergussmasse in eine erste Teilkavität einbringt, sodann der Eintrag für eine kurze Zeit unterbrochen wird, die Eintragvorrichtung zu der zweiten Teilkavität verfährt, und hier den Eintrag fortsetzt, und diese zweite Teilkavität füllt. Auch die Mehrzahl dieser Teilkavitäten wird im Sinne der Erfindung als eine Kavität angesehen, wobei beide Teilkavitäten während des Einbringens nach oben hin offen sind. Hier wird die Eintragvorrichtung nach Beendigung des Eintrages aus der offenen Werkzeugform herausfahren, und sodann die Kavität mit den Teilkavitäten in einem Zug geschlossen.
Auch hier ist die Erfindung besonders vorteilhaft einsetzbar, da bei Werkzeugen, die mehrere Teilkavitäten aufweisen, bei Einträgen gemäß des Standes der Technik – die ohne ein erfindungsgemäßes Einbringen von Reaktionsverzögerern operieren – unterschiedliche Schaumdrücke zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einzelnen Teilkavitäten auftreten können. Hierdurch können zumindest geringfügige Schiefstellungen des Werkzeugoberteils auftreten, welches gemeinsam die mehreren Teilkavitäten abdeckt. Hierdurch können unterschiedliche Dicken der Bauteile auftreten. Man spricht hier von einem Atmen des Werkzeugträgers.
Erfindungsgemäß kann dies ebenfalls verhindert werden.
Die aushärtbare Vergussmasse kann gemäß der Erfindung beispielsweise solche Zusammensetzungen aufweisen, wie sie in der älteren vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2012 014 689 A1 beschrieben sind. Auch der Inhalt dieser Patentanmeldung wird vollinhaltlich, auch zum Zwecke der Bezugnahme auf einzelne Merkmale oder Merkmalsgruppen, hiermit in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung miteingeschlossen.
Der Eintrag der Vergussmasse in eine Kavität bei offener Kavität kann gemäß der Erfindung unter einer Verfahrbewegung des Eintragkopfes entlang einem regelmäßigen Muster erfolgen, beispielsweise schlangenlinienförmig, mäanderförmig, oder schneckenlinienartig, ggf. auch nach einem Zufallsprinzip.
Um die gewünschte Reaktionsverzögerung insbesondere derjenigen Vergussmassenanteile zu erzielen, die zu Beginn der Eintragdauer eingebracht werden, können der Vergussmasse ein oder mehrere Reaktionsverzögerer oder ein oder mehrere unterschiedliche Mittel, dies auch in einem sich während der Eintragdauer ändernden Verhältnis oder Mischverhältnis, zugeführt werden.
Das Mittel zur Reaktionsverzögerung kann in der Polyol-Komponente, oder auch in der Isocyanat-Komponete, oder in beiden Komponenten, enthalten sein. Das Mittel kann durch die entsprechende Komponente selbst unmittelbar bereit gestellt sein, oder von einem gesonderten Zuschlagstoff gebildet sein.
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen sowie aus den nicht-zitierten Unteransprüchen.
In den Figuren zeigen:
1 in einer schematischen, teilgeschnittenen Darstellung den konzeptionellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit mehreren Behältnissen, einer Mischvorrichtung, einer Eintragvorrichtung, und der geöffneten Werkzeugform, die die Kavität bereitstellt,
2 eine Innenansicht der Kavität in Alleinstellung etwa entlang Ansichtspfeil II in 1 in Draufsicht auf das Werkzeugunterteil, mit Angabe des Verfahrwegs der Eintragvorrichtung,
3 in einer schematischen Schnitt-Darstellung die geschlossene Werkzeugform der 1 mit darin befindlichem ausgehärteten Bauteil,
4 eine alternative Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1, wobei hier ein Eintrag gegen eine tiefgezogene Folie erfolgt,
5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1, wobei hier die Kavität durch eine am Werkzeugoberteil angeordnete Trennwand beim Schließen des Werkzeugs in zwei Teilkavitäten unterteilt wird,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1, bei dem der Polyol-Komponente ein gesonderter Reaktionsverzögerer dosiert zugeführt werden kann,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei unterschiedliche Reaktionsverzögerer zugeführt werden können,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1, wobei zusätzlich ein Zuschlagstoff, insbesondere Glasfasern, zugeführt werden können,
9 eine tabellenartige Auflistung eines zeitlichen Verhaltens des Mischverhältnisses zweier unterschiedlicher Polyole mit unterschiedlichen Reaktionszeiten während der Eintragdauer für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bei dem Ausführungsbeispiel die Eintragdauer 60 Sekunden beträgt, und wobei nach Beendigung der Eintragdauer eine vorgesehene Zuhaltedauer der Werkzeugform von 500 Sekunden Anwendung findet, wobei zusätzlich eine rechte Spalte unterschiedliche Zuhaltezeiten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Gesamt-Mischungsverhältnissen für unterschiedliche Polyol-Komponenten aufführt,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1, wobei eine Mischkammer an der Eintragvorrichtung angeordnet ist,
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 10, wobei hier eine Zusammenführung der beiden Polyol-Komponenten-Anschlussleitungen bereits stromaufwärts der Eintragvorrichtung vorgesehen ist,
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 5, wobei hier die Kavität durch eine am Werkzeugunterteil angeordnete Trennwand in zwei Teilkavitäten unterteilt ist,
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Darstellung gemäß 1, wobei hier Rückführleitungen für die beiden unterschiedlichen Polyol-Komponenten und für die Isocyanat-Komponente zur Bewerkstelligung eines jeweils geschlossenen Kreislaufes der Polyol-Komponenten und der Isocyanat-Komponente dargestellt sind,
14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Darstellung gemäß 8, wobei bei dem Ausführungsbeispiel der 14 die Zuführung der Glasfaser zumindest teilweise in Form eines Stranges oder Fadens 40 erfolgt, wobei erst im Bereich der Eintragvorrichtung ein Zerschneiden des Glasfaserstranges in Kurzfasern erfolgt,
15 eine schematische, vergrößerte Detaildarstellung des Anbindungsbereiches der Zuführleitungen an die Mischkammer, und die Anbindung der entsprechenden Rückführleitungen, unter Darstellung schematischer Ventile, etwa gemäß dem Teil-Kreis XV in 13,
16 eine schematische blockschaltbildartige Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der Anbindungsbereich der Zuführleitungen und der Rückführleitungen für die unterschiedlichen Polyol-Komponenten und die Isocyanat-Komponente gezeigt sind, wobei ein Hubkolben in einem Öffnungszustand dargestellt ist, und
17 das Ausführungsbeispiel der 16 mit einem in Schließstellung befindlichen Hubkolben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung, auch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, beispielhaft beschrieben. Dabei werden der Übersichtlichkeit halber – auch soweit unterschiedliche Ausführungsbespiele betroffen sind – gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente oder Bereiche mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben, bezeichnet.
Merkmale, die nur in Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, können im Rahmen der Erfindung auch bei jedem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen werden. Derartig geänderte Ausführungsbeispiele sind – auch wenn sie in den Zeichnungen nicht dargestellt sind – von der Erfindung mit umfasst.
Alle offenbarten Merkmale sind für sich erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) sowie der zitierten Druckschriften des Standes der Technik vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, einzelne oder mehrere Merkmale dieser Unterlagen in einen oder in mehrere Ansprüche der vorliegenden Anmeldung mit aufzunehmen.
Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete Vorrichtung wird zunächst anhand des Ausführungsbeispiels der 1 erläutert.
Die Vorrichtung 10 dient zur Einbringung einer flüssigen Vergussmasse 15, vorzugsweise einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse, in eine Kavität 14. Diese wird bei dem Ausführungsbeispiel der 1 von einem im wesentlichen schalenförmigen Werkzeugunterteil 12 bereit gestellt. Das Werkzeug 11 umfasst auch ein Werkzeugoberteil 13, das in 1 schematisch als Deckel für die Kavität 14 dargestellt ist. 1 zeigt schematisch das Werkzeug 11 in geöffnetem Zustand.
1 zeigt weiter eine Eintragvorrichtung 16, die entlang des Doppelpfeils y, sowie unter späterer Bezugnahme auf 2 auch entlang des Doppelpfeiles x, entlang der Kavität 14 bewegbar ausgebildet ist. Lediglich der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, dass die Eintragvorrichtung auch entlang einer Richtung z, quer zu einer durch die Pfeile x und y aufgespannten Ebene, bewegbar ausgebildet sein kann.
Der Eintrag der Vergussmasse 15 in die Kavität 14 hinein erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel bei geöffneter Werkzeugform.
Wenn der Eintrag abgeschlossen ist, fährt die Eintragvorrichtung 16 aus der Kavität 14 heraus, und das Werkzeug 11 kann geschlossen werden. Hierzu wird das Werkzeugoberteil 13 im Schließsinne auf das Werkzeugunterteil 12 gefahren. Die Vergussmasse kann dann unter Entwicklung eines Schaumdruckes aushärten, wobei die geschlossene Werkzeugform diesem Schaumdruck stand hält.
Bei unterschiedlichen Varianten der Erfindung kann die flüssige Vergussmasse die Kavität 14 entweder vollständig oder nur teilweise ausfüllen. Dies hängt ab von den verwendeten Materialien und den Anwendungsbeispielen sowie von der gewünschten Dichte des Materials.
3 zeigt bei geschlossener Werkzeugform 11 ein aus ausgehärteter Vergussmasse 25 bestehendes Bauteil 26. Nach dem Öffnen der Werkzeugform, ausgehend von 3 also nach einer Auseinanderbewegung von Werkzeugoberteil 13 und Werkzeugunterteil 12, kann das ausgehärtete Bauteil 26 aus der Kavität 14 entnommen werden.
Die Vorrichtung 10 der 1 umfasst neben der Eintragvorrichtung 16 auch eine Mischvorrichtung 17. Der Mischvorrichtung 17 zugeordnet sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei Behältnisse 21, 22, 23 und eine Reihe von Zuleitungen, sowie eine Steuerung 18.
In einem ersten Behältnis 21 befindet sich eine Isocyanat-Komponente I. In einem zweiten Behältnis 22 befindet sich eine erste Polyol-Komponente P1 mit einer längeren Reaktionszeit. In einem dritten Behältnis 23 befindet sich schließlich eine zweite Polyol-Komponente P2 mit einer kürzeren Reaktionszeit.
Im Bereich der Anschlussleitung 24b des Behältnisses 22 befindet sich ein erstes Ventil 20a, welches über eine Wirk- oder Steuerleitung 19a von der Steuerung 18 ansprechbar ist.
Im Bereich der Zuleitung 24c für die zweite Polyol-Komponente befindet sich ein zweites Ventil 20b, welches über eine Steuer- oder Wirkleitung 19b ebenfalls von der Steuerung 18 ansprechbar ist.
Die Zuleitung von dem Behältnis 21, welches die Isocyanat-Komponente I aufweist, ist mit 24a bezeichnet.
Sämtliche drei Zuleitungen 24a, 24b, 24c sind entlang einer Strecke parallel geführt und laufen in dem Ausführungsbeispiel der 1 im Bereich der Eintragvorrichtung 16 zusammen. Im Bereich der Eintragvorrichtung 16 kann sich insoweit auch eine Mischkammer befinden, die Bestandteil der Mischvorrichtung 17 ist. Diese ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt. Eine Darstellung der Mischkammer 34 ist allerdings bei dem Ausführungsbeispiel der 10 getroffen worden. Dort ist die Mischkammer 34 als Bestandteil der Eintragvorrichtung 16 mit 34 bezeichnet.
Freilich ist die Anordnung und Positionierung und die geometrische Ausbildung der Mischkammer 34 vom Fachmann beliebig wählbar. Auch die Zuleitungen 24a, 24b, 24c können, falls gewünscht, infolge einer Zusammenführung stromaufwärts der Eintragvorrichtung, wie in 11 gezeigt, die Mischkammer oder eine Teilmischkammer ausbilden.
Von der Erfindung umfasst ist demnach auch, dass die drei Zuleitungen 24a, 24b, 24c schon vor der Eintragvorrichtung, also stromaufwärts der Eintragvorrichtung, zusammenlaufen, und eine Mischung oder eine teilweise Mischung der in den einzelnen Zuleitungen befindlichen Komponenten erfolgt, bevor der Volumenstrom die Eintragvorrichtung 16 erreicht.
Der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit halber keine Pumpen oder andere Fördereinrichtungen, und auch keine vorteilhafterweise vorgesehenen Durchfluss-Messeinrichtungen zeigen, die der Fachmann aber als der Erfindung zugehörig ohne weiteres erkennt.
Die Steuerung 18 kann auf die Ventilstellung der Ventile 20a und 20b Einfluss nehmen, und diese im Öffnungs- oder im Schließsinne ansprechen. Der Einfachheit halber sei angenommen, dass durch ein Ansprechen der Ventile 20a, 20b der jeweilige Volumenstrom der beiden Polyol-Komponenten P1, P2, einstellbar ist. Die Ventile 20a, 20b symbolisieren insoweit auch eine Dosier-Einrichtung zum Dosieren, insbesondere für ein während der Eintragdauer zeitabhängiges Dosieren der Volumenströme der angeschlossenen Komponenten.
Gemäß der Erfindung kann bei Bedarf selbstverständlich auch der Volumenstrom der Isocyanat-Komponente I sowie auch der Strom anderer angeschlossener Behältnisse, die weitere Komponenten oder Zuschlagstoffe oder Additive enthalten, einstellbar sein.
Gemäß 1 ist der Verfahrweg VER der Eintragvorrichtung 16 entlang der Kavität 14 schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber wird hier ein mäanderförmiges, oder schlaufenförmiges Verfahren angenommen. Die Eintragdauer beginnt, wenn die Eintragvorrichtung 16 die Position Pos1 erreicht hat, und endet, wenn die Eintragvorrichtung 16 die Position Pos4 erreicht hat. Die unterschiedlichen Positionen Pos1, Pos2, Pos3 und Pos4, die jeweils als gestrichpunktete Rechtecke entlang dem Verfahrweg VER angedeutet sind, sollen lediglich beispielhafte Positionen der Eintragvorrichtung 16 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten andeuten.
Das Verfahren der Eintragvorrichtung 16 während des Ausbringens der Vergussmasse 15, bzw. während des Einbringens der Vergussmasse 15 in die Kavität 14 hinein, erfolgt zum Zwecke der Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Vergussmasse innerhalb der Kavität 14.
Erst, wenn die Kavität 14 vollständig abgefahren ist, mithin die gesamte einzubringende Vergussmassenmenge – verteilt – eingebracht ist, kann die Eintragvorrichtung 16 aus der Form vollständig herausfahren, und das Werkzeug 11 geschlossen werden.
Beim Stand der Technik wurde lediglich eine einzige Polyol-Komponente und einzige Isocyanat-Komponente verwendet. Während langer Einbringungsdauern oder Eintragdauern, also bei langen Verfahrwegen VER zwischen der Position Pos1 und der Position Pos4, können unter Umständen bis zu mehreren Minuten vergehen.
Sobald eine Mischung der Polyol-Komponente und der Isocyanat-Komponente erfolgt, beginnen diese beiden Stoffe miteinander unter Schaumbildung zu reagieren.
Dies führte beim Stand der Technik dazu, dass bei geschlossener Kavität zunächst in einem Bereich der Vergussmasse 15 etwa im Bereich der Position Pos1 ein Aushärtungsvorgang infolge der chemischen Reaktion der beiden Komponenten begann, lange bevor eine solche chemische Reaktion im Bereich der Vergussmassenanteile in der Position Pos4 erfolgte. Hierdurch wurde bei geschlossener Form 11 ein ständig zunehmender Schaumdruck aufgebaut, der hin zu den Vergussmassenanteilen gerichtet war, die zuletzt in die Kavität eingebracht worden sind. Hierdurch konnte es zu Volumenströmungen von Vergussmassenanteilen kommen, so dass mithin beim ausgehärteten Bauteil Dichteunterschiede auftraten.
Gemäß der Erfindung werden derartige Dichteunterschiede wie folgt vermieden:
Zu Begin der Eintragdauer, also entsprechend einem in der Position Pos1 gemäß 2 befindlichen Eintragkopf 16, wird zunächst ausschließlich eine Polyol-Komponente P1 mit einer langen Reaktionszeit in die Kavität 14 eingebracht.
Im Laufe der Verfahrbewegung der Eintragvorrichtung 16 entlang dem Verfahrweg VER wird zunehmend ein Anteil der zweiten Polyol-Komponente P2 mit einer kürzeren Reaktionszeit beigemischt. Gleichzeitig wird der Anteil der ersten Polyol-Komponente P1 kontinuierlich reduziert.
9 zeigt beispielhaft bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in den drei linken Spalten das sich während der Eintragdauer ändernde Mischungsverhältnis von zwei Polyol-Komponenten. Die in 9 mit Poly 1 bezeichnete Polyol-Komponente entspricht der Polyol-Komponente P1 mit einer längeren Reaktionszeit.
Die in 9 mit Poly 2 bezeichnete Polyol-Komponente entspricht einer Polyol-Komponente mit einer kürzeren Reaktionszeit, beispielsweise der Polyol-Komponente P2 der 1.
Während einer Eintragdauer von ungefähr 60 Sekunden ändert sich das Verhältnis der Anteile von Poly 1 zu Poly 2 in Zehnerschritten von 100% zu 0% auf 0% zu 100%.
Zu einem Zeitpunkt etwa zur Hälfte der Eintragdauer werden demnach die beiden Polyol-Komponenten etwa im gleichen Mischungsverhältnis eingebracht.
Das Ausführungsbeispiel der 9 ist selbstverständlich lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere ist von der Erfindung umfasst, dass die Änderung des Mischungsverhältnisses stufenlos erfolgt.
Die Eintragdauer kann variieren, und beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 200 Sekunden, insbesondere zwischen 15 und 60 Sekunden. Das Ausführungsbeispiel der 9 zeigt eine Eintragdauer von 60 Sekunden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nach dem Schließen des Werkzeuges eine Zuhaltezeit von beispielsweise zwischen 200 und 1000 Sekunden, insbesondere von etwa 500 Sekunden, vorgesehen.
Auch die Zuhaltezeiten können bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen aber sehr stark variieren.
Bei extrem großen, voluminösen Bauteilen können auch Zuhaltezeiten von mehreren Stunden vorgesehen sein, um langwierige Aushärteprozesse ordnungsgemäß durchführen zu können.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 9 ist in der ganz rechts angeordneten Spalte auch noch eine Information darüber enthalten, wie sich Zuhaltezeiten in Abhängigkeit von Gesamt-Mischungsverhältnissen für unterschiedliche Polyol-Komponenten Poly 1 und Poly 2, die unterschiedliche Additive in Form von Reaktionsverzögerern enthalten oder nicht enthalten, verhalten können.
Unter der Annahme, dass die Komponente Poly 1 eine Startzeit von 60 Sekunden und die Komponente Poly 2 eine Startzeit von 15 Sekunden aufweist, kann für den Fall, dass ein Bauteil ausschließlich aus der Komponente Poly 1 gefertigt würde, eine Zuhaltezeit von 800 Sekunden angemessen sein, wohingegen unter der Annahme, dass das Bauteil ausschließlich aus einer Komponente Poly 2 gefertigt würde, eine Zuhaltezeit von nur 200 Sekunden angewendet werden könnte.
Dieses Wissen um die optimalen Zuhaltezeiten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Mischungsverhältnissen unterschiedlicher Polyol-Komponenten kann auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Nutzen sein.
Insbesondere wird für den Fall, dass sich während einer Eintragsdauer von etwa 60 Sekunden gemäß dem Ausführungsbeispiel der drei linken Spalten der 9 das Mischverhältnis der beiden Komponenten Poly 1 und Poly 2 kontinuierlich von 100 zu 0 auf 0 zu 100 verändert, in einer ersten Näherung davon ausgegangen werden können, dass die insgesamt in der Kavität befindliche Vergussmasse etwa ein Mischungsverhältnis aufsummiert von Poly 1 zu Poly 2 von etwa 50 zu 50 aufweist.
Unter Berücksichtigung der rechten Spalte der 9 kann etwa eine Zuhaltezeit von 500 Sekunden als angemessen angesehen werden.
Auch können erfindungsgemäß mehr als zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten mit unterschiedlichen Reaktionszeiten verwendet und gegeneinander gedimmt werden.
Durch die erfindungsgemäße Variation der chemischen Zusammensetzung der aushärtbaren Vergussmasse 15 wird erreicht, dass sämtliche in der Kavität 14 befindlichen Vergussmassenanteile etwa gleichzeitig einer chemischen Reaktion unterworfen werden, und aushärten. Hierdurch wird der Schaumdruck beim Aushärten im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Volumenströmungen von flüssigen Vergussmassenanteilen in der Kavität können somit vermieden werden. Es kommt nicht zu Dichteunterschieden beim ausgehärteten Bauteil. Dieses ist insgesamt mit einer homogenen Dichte ausgestattet.
Die Steuerung 18 kann eine Schnittstelle aufweisen, die nicht dargestellt ist. In Frage kommt ein graphic user interface, oder eine Maschinenschnittstelle, die für einen automatisierten Prozess sorgen kann.
Bei Betrachtung eines ausgehärteten Bauteils 26 mit ausgehärteter Vergussmasse 25 gemäß 3 kann man durch Materialuntersuchungen feststellen, dass in einem Werkstoffbereich W1, also beispielsweise einem Abschnitt des Bauteils 26, der näherungsweise der Position Pos1 in 2 entspricht, eine andere Zusammensetzung von Polyol-Komponenten P1, P2 besteht, als in einem Werkstoffbereich W2 des Bauteils 26, der näherungsweise einer Position Pos4 der 2 entspricht. Aufgrund dieser unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen der flüssigen Vergussmasse findet sich im ausgehärteten Bauteil 26 eine hohe Homogenität der Dichteverteilung.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 4. Hier wird die Kavität 14 nicht von der bloßen Werkzeugform 11 bzw. vom Werkzeugunterteil 12 bereitgestellt, sondern von einer tiefgezogenen, in das Werkzeugunterteil 12 vor dem Einbringen der Vergussmasse 15 bereits eingelegten Folie 27.
Die Verwendung dieser Folie ist – auch unter Verwendung zusätzlicher Dammelemente – beispielweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 017 698 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hiermit in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung – auch zum Zwecke der Bezugnahme auf einzelne oder mehrere Merkmale – miteinbezogen wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 5: Hier ist am Werkzeugoberteil 13 eine Trennwand 28 vorgesehen, die die Kavität 14 in zwei Teilkavitäten 29a, 29b unterteilt, wenn das Werkzeug 11 geschlossen 11.
Die beiden Teilkavitäten 29a, 29b sind während des Eintrags der Vergussmasse 15 miteinander verbunden, so dass diese beiden Teilkavitäten 29a, 29b als eine einzige Kavität 14 im Sinne der Erfindung angesehen werden.
Ein ähnliches Ausführungsbeispiel zeigt 12.
Hier ist eine Trennwand 28 am Werkzeugunterteil 12 vorgesehen, welches die Kavität 14 in zwei Teilkavitäten 29a, 29b unterteilt. Das Werkzeugoberteil 13 kann im Zuge eines Schließvorganges beide Teilkavitäten 29a, 29b zugleich schließen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der 6 weist die Vorrichtung 10 ein Behältnis 30 auf, in dem sich Glasfasern oder andere, der Verstärkung dienende Zuschlagstoffe befinden. Es kann sich hierbei um Kurzfasern oder Langfasern handeln, die über eine gesonderte Zuführleitung 24d der Mischvorrichtung 17 zugeführt werden und zum Beispiel einer in 6 nicht dargestellten Mischkammer, die Bestandteil der Mischvorrichtung 17 ist, der Vergussmasse beigemischt werden.
Hierbei sei angemerkt, dass derartige Zuschlagstoffe bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung nicht in einem gesonderten Behältnis angeordnet sind, sondern bereits in den Komponenten der Vergussmasse, also beispielsweise in der Polyol-Komponente, oder in der Isocyanat-Komponente, enthalten sind.
Von der Erfindung sind auch umfasst Ausführungsbeispiele, bei denen entsprechende Verstärkungsfasern erst unmittelbar im Bereich der Eintragvorrichtung 16 zerkleinert, zum Beispiel zerhäckselt, werden, und dort der Vergussmasse beigefügt werden.
Denkbar ist auch, dass derartige Zuschlag- oder Verstärkungsstoffe durch einen eigenen, gesonderten Auslass an der Eintragvorrichtung 16 gemeinsam mit der Vergussmasse 15 in die Kavität 14 eingebracht werden, oder alternativ von einer gesonderten Eintragvorrichtung, die in den Figuren nicht dargestellt ist, in die Kavität 14 eingebracht werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 ist desweiteren bemerkenswert, dass hier das Mittel zur Erzielung einer Verzögerung oder Verlangsamung der chemischen Reaktion als gesondertes Mittel, aus einem gesonderten Behältnis 31 stammend, zugeführt wird. Dieser gesonderte Reaktionsverzögerer RV kann, wie dies 6 andeutet, unter Zuhilfenahme einer Zuführleitung 33, und unter Zwischenschaltung eines Ventils 20c der Zuführleitung 24b, oder, was in 6 nicht dargestellt ist, unmittelbar der Mischkammer, zugeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt 7. Hier sind zwei gesonderte Behältnisse 31, 32, mit unterschiedlichen Reaktionsverzögerern RV1 und RV2 vorgesehen. Der erste Reaktionsverzögerer RV1 gewährleistet eine sehr lange Reaktionszeit und der zweite Reaktionsverzögerer RV2 gewährleistet eine kurze Reaktionszeit. Wiederum kann durch Ansprechen der zugehörigen Ventile 20d, 20e, über die Steuerung 18 der Mischvorrichtung 17 das Verhältnis, in dem die unterschiedlichen Reaktionsverzögerer RV1, RV2 der Vergussmasse zugeführt werden, über die Eintragdauer variiert werden.
Das sich über die Eintragdauer ändernde Mischverhältnis der beiden unterschiedlichen Reaktionsverzögerer RV1, RV2 kann dabei beispielsweise dem im 9 beispielhaft dargestellten, variierenden Verhältnis der beiden Polyol-Komponenten Poly1, Poly2 entsprechen.
Das Ausführungsbeispiel der 8 entspricht dem Ausführungsbeispiel der 1, wobei hier lediglich zusätzlich dargestellt ist, dass aus einem gesonderten Behältnis 30 Glasfasern oder andere Verstärkungsstoffe der Mischvorrichtung 17 zugeführt werden können.
Bei der Beschreibung der unterschiedlichen Polyol-Komponenten sind unterschiedliche Verzögerungszeiten für das Eintreten der chemischen Reaktion angenommen worden, sobald die entsprechende Polyol-Komponente mit der zugehörigen Isocyanat-Komponente in Kontakt kommt. Derartige Reaktionszeiten werden fachmännisch auch als Startzeiten bezeichnet. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Polyol-Komponente (Poly1) eine Startzeit von 60 Sekunden aufweist, und eine zweite Polyol-Komponente (z. B. Poly2) eine Startzeit von 15 Sekunden aufweist. Diese Startzeiten bedeuten, dass erst nach Ablauf der entsprechenden Startzeit, gerechnet von dem Zeitpunkt des Mischens von Polyol-Komponente und Isocyanat-Komponente an, die chemische Reaktion eintritt oder einzutreten beginnt oder maßgeblich einsetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Mischvorrichtung 17 eine Mischkammer 34 auf, in der sich Polyol-Komponente und Isocyanat-Komponente mischen. Diese Mischkammer 34 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung 16 angeordnet, oder Bestandteil der Eintragvorrichtung 16. Die Mischkammer 34 kann Bestandteil der Mischvorrichtung 17 sein.
Zur Klarstellung sei angemerkt, dass die Mischvorrichtung 17 als System angesehen wird, und insbesondere eine Steuerung 18 aufweisen kann, um eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Vergussmasse 15 über die Eintragdauer zu gewährleisten.
Gemäß der Erfindung kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Mischvorrichtung 17 eine Mischung der Komponenten erst unmittelbar in einer Mischkammer 34 unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung 16 vornimmt. Die Mischvorrichtung 17 kann hierzu mit Dosiervorrichtungen oder Ventilen versehen sein, die unmittelbar benachbart der Mischkammer 34 angeordnet sind.
Für den Fall, dass der oder die Reaktionsverzögerer den Polyol-Komponenten bereits beigemischt sind, genügt die Anordnung von Dosier-Ventilen unmittelbar stromaufwärts der Mischkammer 34, um eine Mischung der Polyol-Komponenten in einem änderbaren Verhältnis in der Mischkammer 34 während der Eintragdauer zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung 18 auch ohne elektrische oder elektronische oder Software-Unterstützung arbeiten, und beispielsweise eine von einer Bedienperson manuell zu betätigende Einstellung von Ventilen oder Dosiereinrichtungen oder Zuflussleitungen zum Zwecke der Änderung der chemischen Zusammensetzung der Vergussmasse 15 umfassen.
Weiter vorteilhaft ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die unterschiedlichen Polyol-Komponenten P1, P2, Poly1, Poly2 miteinander hinsichtlich der während Eintragdauer variierenden Mischungsverhältnisse stromaufwärts der Mischkammer gemischt werden. Dies ist möglich, da die unterschiedlichen Polyol-Komponenten miteinander nicht reagieren.
Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt 11. Hier weist die gemeinsame Zuführleitung 24b Anschlüsse auf, die zu den beiden Ventilen 20a und 20b gelangen.
Anhand des Ausführungsbeispiels der 13 soll erläutert werden, dass die unterschiedlichen Polyol-Komponenten P1, P2 sowie die Isocyanat-Komponente I in einem Kreislauf zirkulieren können. Beispielsweise wird die Polyol-Komponente P1 über eine Zuführleitung 24b der Mischkammer 34 zugeführt, kann aber für Fall, dass sie dort nicht verbraucht wird, über eine entsprechende Rückführleitung 24e in das Behältnis 22 für die Polyol-Komponente P1 zurückgeführt werden. Nicht dargestellt sind die zur Bewerkstelligung eines kontinuierlichen Kreislaufes vorgesehenen Pumpen und Heizgeräte, die dafür sorgen, dass die Polyol-Komponente auf einer vorgegebenen, konstanten Temperatur gehalten wird.
Für die Polyol-Komponente P2 ist eine entsprechende Rückführleitung 24f zur Bewerkstelligung des Kreislaufes vorgesehen.
Auch die Isocyanat-Komponente I kann zirkulieren. Hierfür ist eine Rückführleitung 24d vorgesehen.
Von Bedeutung ist, dass die Rückführung über entsprechende Rücklaufventile 35a, 35b, 35c (15) steuerbar ist. Die Rücklaufventile 35a, 35b, 35c sind unmittelbar benachbart der Mischkammer 34, also unmittelbar an der Eintragvorrichtung 16, angeordnet.
Eine entsprechende schematische Darstellung veranschaulicht 15:
Hier ist beispielsweise für die Isocyanat-Komponente ein Rücklaufventil 35a vorgesehen, welches als zwischen zwei Stellungen schwenkbares Klappventil ausgestaltet ist. 15 zeigt das Rücklaufventil 35a in durchgezogenen Linien im Schließzustand und in gestrichelten Linien im Öffnungszustand.
Befindet sich das Rücklaufventil 35a – wie in 15 dargestellt – in einem Schließzustand, verschließt es die Rücklaufleitung 24d, und gibt die Zuführleitung 24a für das Isocyanat hin zu der Mischkammer 34 frei.
Von der zentralen Steuerung 18 (13) kann das Rücklaufventil 35a über eine entsprechende Steuerleitung 38a und über einen entsprechenden Antrieb 36a über die Wirkleitung 37a angesprochen werden, und von der in 15 dargestellten Schließposition in die in 15 gestrichelt dargestellte Öffnungsposition verlagert werden. Befindet sich das Rücklaufventil 35a in seiner Öffnungsposition, wird der Zugang der Zuführleitung 24a hin zu der Mischkammer 34 gesperrt, und die Isocyanat-Komponente zirkuliert durch die Rückführleitung 24d zurück zu dem in 13 mit 21 bezeichneten Behältnis für die Isocyanat-Komponente.
15 macht deutlich, dass für die beiden Polyol-Komponenten P1 und P2, die durch separate Zuführleitungen 24b und 24c zugeführt werden, entsprechende Rücklaufventile 35b und 35c vorgesehen sind. Das Ventil 35b ist über eine Wirkleitung 37b von einem Antrieb 36b zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung steuerbar, wobei der Antrieb 36b über die Steuerleitung 38b von der Steuerung 18 angesprochen werden kann. 15 zeigt das Rücklaufventil 35b im Öffnungszustand. Hier kann dass entsprechende Polyol P1 zirkulieren, wird aber nicht zu der Mischkammer 34 durchgelassen.
15 macht des Weiteren deutlich, dass für das Polyol P2 ein weiteres Rücklaufventil 35c, über die Wirkleitung 37c, über den Antrieb 36c, und über die Steuerleitung 38c, von der Steuerung 18 ansprechbar ist. 15 zeigt das Rücklaufventil 35c in Sperrstellung. In dieser Stellung ist der Kreislauf unterbunden. Die Zuführleitung 24c ist zu der Mischkammer 34 hin offen.
Ausgehend von dem Schaltzustand der 15 wird bei dieser Position der Rücklaufventile 35a, 35b, 35c die Isocyanat-Komponente I und das Polyol P2 über die Zuführleitung 24c der Mischkammer 34 zugeführt. Das Polyol P1 zirkuliert.
Um das Dosierverhältnis zu ändern, kann von der Steuerung 18 über den Antrieb 36b das Rücklaufventil 35b angesprochen werden, und von seiner Öffnungsstellung in seine Schließstellung versetzt werden. Bei Erreichen seiner Schließstellung kann ein Anteil an Polyol P1 über die Zuführleitung 24b der Mischkammer 34 zugeführt werden.
Es ist von der Erfindung umfasst, dass die Rücklaufventile 35a, 35b, 35c als Zwei-Stellungsventile ausgebildet sind, die nur eine vollständige Öffnungs- und nur eine vollständige Schließposition kennen.
Von der Erfindung ist aber auch umfasst, wenn die Ventile Zwischenzustände kennen, in denen sie Teil-Volumina durchlassen, so dass ein kontinuierliches Ändern der Mischungsverhältnisse der beiden Polyol-Komponenten P1 und P2 möglich ist.
Schließlich ist von der Erfindung auch umfasst, wenn durch ein schnelles Ansprechen der Ventile, ähnlich einer bekannten pulsbreitmodulierten Ansteuerung von LED's zur Erzielung einer Dimmung, dass heißt durch schnelle Abfolge von Ein- und Ausschaltbewegungen, eine Dosierung der Volumenströme der beiden Polyol-Komponenten P1 und P2 durch ein entsprechendes schnelles Ansprechen der Rücklaufventile 35b und 35c bewerkstelligt wird.
Ausweislich des Ausführungsbeispiels der 16 soll noch eine weitere Variante der Erfindung erläutert werden. Hier besteht eine erfindungsgemäße Besonderheit darin, dass das Rücklaufventil 35c für die zweite Polyol-Komponente P2 und das Rücklaufventil 35b für die erste Polyol-Komponente P1 – bezogen auf die Zuführleitung 24b für die erste Polyol-Komponente P1 – in Reihe geschaltet sind.
Dies ermöglicht die Erzielung einer nur sehr geringen Verschleppung und die Gewährleistung eines nahezu lückenlosen Kreislaufes des Polyol P2 – in Reinform –, ohne eine Vermischung mit dem Polyol P1 befürchten zu müssen.
Die Mischvorrichtung 17 des Ausführungsbeispiels der 16 umfasst einen Hohlzylinder 43, der zwischen einer in 16 dargestellten Betriebsposition und einer in 17 dargestellten Nicht-Betriebsposition entlang der Richtung des Doppelpfeiles m verfahrbar ist. Der Hohlzylinder 43 umfasst eine Schneideinrichtung 42, die als rotierendes Messer ausgebildet ist. Das Messer schneidet einen kontinuierlich, entlang einer Zuführrichtung ZR zugeführten Strang 40 einer Glasfaser in kurze Fasern, zum Beispiel sogenannte LFI-Fasern, von einigen mm oder einigen cm Länge. Dieser Strang oder Faden 40 wird, wie beispielsweise ausweislich des Ausführungsbeispiels der 14 deutlich, von einer Spule 39, also einem Strangvorrat, zugeführt. Der Strang 40 kann über die lediglich beispielhafte dargestellte Führungsrollen 41 oder Walzen geführt sein.
Von der Erfindung ist auch umfasst, wenn mehrere Fäden 40 oder mehrere Stränge 40 von Glasfasermaterial gleichzeitig der Schneideinrichtung 42 zugeführt werden.
Befindet sich der Hohlzylinder 43 in Gebrauchsstellung gemäß 16, ist die Schneidvorrichtung aktiv und schneidet den Faserstrang in angedeutete Fasern.
In dieser Position gemäß 16 ist der Zugang der Zuführleitung 24b durch den Hohlzylinder 43 hindurch, nämlich durch eine Öffnung 44a in der Wand des Hohlzylinders, freigegeben. Die Zuführleitung 24b steht nun in kommunikativer Verbindung mit der Mischkammer 34, die sich ausweislich 16 unterhalb des Hohlzylinders 43 befindet.
Zugleich hat eine entsprechende Öffnung 44b in der Wand des Hohlzylinders einen Zugang zu der Zuführleitung 24a für die Isocyanat-Komponente I freigegeben. Die beiden Materialien, Polyol-Komponente P1 und Isocyanat-Komponente I, können sich in der Mischkammer 34 unter sehr hohem Druck von zum Beispiel zwischen 100 bis 200 Bar miteinander vermischen.
In dieser Position des Hohlzylinders 43 befindet sich das Rückführventil 35b für die erste Polyol-Komponente P1 in einer Schließstellung. 16 deutet an, dass die Rückführleitung 24e gesperrt ist.
Für den Fall, dass ein Eintrag der Polyol-Komponente P1 in die Mischkammer 34 hinein erfolgt, kann durch Ansteuerung des Rückführventils 35c für die Polyol-Komponente P2 gemäß 16 die Rückführleitung 24f gesperrt werden und dadurch zugelassen werden, dass die Polyol-Komponente P2 von der Zuführleitung 24c her ebenfalls der Mischkammer 34 zugeleitet wird.
Der wesentliche Vorteil dieser geometrischen Ausbildung der insgesamt mit 17 bezeichneten Mischvorrichtung der 16 besteht darin, dass der Vermischweg bzw. die Vermischstrecke ST, entlang der einer Vermischung der beiden Polyol-Komponenten P1 und P2 innerhalb der Zuführleitung 24b erfolgt, extrem kurz gehalten werden kann. Bei geschlossenem Rückführventil 35c ist gewährleistet, dass die Polyol-Komponente P1 nicht in die Rückführleitung 24f für die zweite Polyol-Komponente P2 gerät.
Gegen Ende des Vorganges der Befüllung der Kavität wird zuerst die Zirkulation der Polyol-Komponente P2 wieder hergestellt, derart, dass das Rückführventil 35c in seinen Öffnungszustand verbracht wird. Erst danach wird der Hohlzylinder 43 aus seiner in 16 dargestellten Gebrauchsstellung in seine in 17 dargestellten Nicht-Gebrauchsstellung verfahren, in der die entsprechenden Wandbereiche 45a, 45b des Hohlzylinders die entsprechenden Durchgangsöffnungen oder Durchbrüche 46a, 46b in der Zuleitung 24b und 24a sperren. Sobald der Hohlzylinder 43 seine Schließposition gemäß 17 erreicht hat, wird über die Steuereinrichtung 18 über entsprechende Steuerleitungen 38b und einen nicht dargestellten Antrieb und über die Wirkleitung 37b ein entsprechendes Signal an das Rücklaufventil 35b im Sinne einer Öffnungsbewegung veranlasst. 17 zeigt den Öffnungszustand der Rückführventilanordnung 35b, in der die Rückführleitung 24e für das Polyol P1 freigegeben ist, und das Polyol P1 zirkulieren kann.
Ein Hubbewegung des Hohlzylinders 43 bzw. eine Öffnungs- und Schließbewegung der entsprechenden Durchgangspassagen 44a, 46a bzw. 44b, 46b geht insoweit immer einher mit einer entsprechenden Ansteuerung und Verlagerung der Ventile 35b, 35a.
Wie zuvor beschrieben, befindet sich in diesem Zustand der Mischvorrichtung 17 das Rücklaufventil 35c schon etwas längere Zeit in seinem Öffnungszustand und gibt die Rücklaufleitung 24f für die Polyol-Komponente P2 frei.
Den Ausführungsbeispielen der 13 bis 17 ist gemeinsam, dass die Zuführleitung 24b, 24c für die unterschiedlichen Polyol-Komponenten P1, P2 unmittelbar an die Mischkammer 34 herangeführt sind, wobei die Mischkammer 34 Bestandteil der Eintragvorrichtung 16 ist und unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung 16 angeordnet ist, und gemeinsam mit der Eintragvorrichtung 16 bewegbar ausgebildet ist. Die Mischkammer 34 ist also entlang der Kavität 14 gemeinsam mit der Eintragvorrichtung 16 verlagerbar.
Dadurch, dass bei den Ausführungsbeispielen der 13 bis 17 Rückführleitungen 24d, 24e, 24f vorgesehen sind, können die Isocyanat-Komponente, bzw. die Polyol-Komponenten P1 und P2 kontinuierlich zirkulieren und der Mischvorrichtung 17 bzw. der Mischkammer 34 jeweils frisch, in Reinform, und ordnungsgemäß temperiert zugeführt werden.
Auch die Rücklaufventile 35a, 35b, 35c sind fest relativ zu der Eintragvorrichtung 16 angeordnet und mit dieser entlang der Kavität 14 bewegbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013008364 [0064]
DE 102012014689 A1 [0079]
DE 102012017698 [0150]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse (15), wobei während einer Eintragdauer ein Eintrag der Vergussmasse in eine Kavität (14) hinein mittels einer entlang der Kavität bewegbaren Eintragvorrichtung (16) erfolgt, und wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, wobei sich die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) aufweist, das die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, wobei die Vergussmasse (15) zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten (P1, P2, Poly1, Poly2) aufweist, die über gesonderte Zuführleitungen (24b, 24c) einer Mischkammer (34) zugeführt werden, die unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung (16) angeordnet ist oder Bestandteil der Eintragvorrichtung ist.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Vergussmasse, insbesondere einer Polyurethan-Vergussmasse (15), wobei während einer Eintragdauer ein Eintrag der Vergussmasse in eine Kavität (14) hinein mittels einer entlang der Kavität bewegbaren Eintragvorrichtung (16) erfolgt, und wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) aufweist, das die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, und wobei der Vergussmasse im Bereich der Eintragvorrichtung (16) Zuschlagstoffe, insbesondere Verstärkungsfasern, beigefügt werden.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, zur Herstellung von wenigstens zwei Bauteilen (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Vergussmasse, insbesondere einer Polyurethan-Vergussmasse (15), wobei während einer Eintragdauer ein Eintrag der Vergussmasse in eine wenigstens zwei Teilkavitäten (29a, 29b) umfassende Kavität (14) hinein mittels einer entlang der Kavität bewegbaren Eintragvorrichtung (16) erfolgt, und wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, wobei sich die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) aufweist, das die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, und wobei die Teilkavitäten nacheinander, sukzessive von der Eintragvorrichtung angefahren und mit Vergussmasse befüllt werden
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse (15), wobei während einer Eintragdauer ein Eintrag der Vergussmasse in eine, von einer Folie, insbesondere von einer tiefgezogenen Folie, gebildete oder teilweise gebildete Kavität (14) hinein mittels einer entlang der Kavität bewegbaren Eintragvorrichtung (16) erfolgt, und wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion unter Hinterschäumung der Folie aushärtet, wobei sich die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, und wobei die Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) aufweist, das die chemische Reaktion im Verhältnis zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (15) zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten (P1, P2, Poly1, Poly2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polyol-Komponente (P1, Poly1) eine erste, längere Reaktionszeit für eine Reaktion mit einer Isocyanat-Komponente, aufweist, und die zweite Polyol-Komponente (P2, Poly2) eine zweite, kürzere Reaktionszeit für eine Reaktion mit der Isocyanat-Komponente, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel von der ersten Polyol-Komponente (P1) mit der längeren Reaktionszeit bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder nach einem auf Anspruch 5 rückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polyol-Komponenten (P1, P2) mit einem während der Eintragdauer variierenden, insbesondere kontinuierlich variierenden, Mischverhältnis eingetragen werden.
Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Polyurethan-Vergussmasse (15), umfassend eine Kavität (14) zur Aufnahme der Vergussmasse, und eine entlang der Kavität bewegbare Eintragvorrichtung (16), die während einer Eintragdauer einen Eintrag der Vergussmasse in die Kavität hinein vornimmt, wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, wobei der Eintragvorrichtung eine Mischvorrichtung (17) zugeordnet ist, die die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Mischvorrichtung der Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) beimischt, das die chemische Reaktion in Relation zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert und wobei die Vergussmasse (15) zwei unterschiedliche Polyol-Komponenten (P1, P2, Poly1, Poly2) aufweist, die über gesonderte Zuführleitungen (24b, 24c) einer Mischkammer (34) zugeführt werden, die unmittelbar stromaufwärts der Eintragvorrichtung (16) angeordnet ist oder Bestandteil der Eintragvorrichtung ist.
Vorrichtung (10), insbesondere nach Anspruch 9, zur Herstellung eines Bauteils (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Vergussmasse, insbesondere einer Polyurethan-Vergussmasse (15), umfassend eine Kavität (14) zur Aufnahme der Vergussmasse, und eine entlang der Kavität bewegbare Eintragvorrichtung (16), die während einer Eintragdauer einen Eintrag der Vergussmasse in die Kavität hinein vornimmt, wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, wobei der Eintragvorrichtung eine Mischvorrichtung (17) zugeordnet ist, die die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Mischvorrichtung der Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) beimischt, das die chemische Reaktion in Relation zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, und wobei der Vergussmasse im Bereich der Eintragvorrichtung (16) Zuschlagstoffe, insbesondere Verstärkungsfasern, beigefügt werden.
Vorrichtung (10), insbesondere nach Anspruch 9 oder 10, zur Herstellung von wenigstens zwei Bauteilen (26) unter Verwendung einer aushärtbaren Vergussmasse, insbesondere einer Polyurethan-Vergussmasse (15), umfassend eine wenigstens zwei Teilkavitäten (29a, 29b) umfassende Kavität (14) zur Aufnahme der Vergussmasse, und eine entlang der Kavität bewegbare Eintragvorrichtung (16), die während einer Eintragdauer einen Eintrag der Vergussmasse in die Kavität hinein vornimmt, wobei die Vergussmasse nach erfolgtem Eintrag bei geschlossener Kavität infolge einer chemischen Reaktion aushärtet, wobei der Eintragvorrichtung eine Mischvorrichtung (17) zugeordnet ist, die die chemische Zusammensetzung der Vergussmasse während der Eintragdauer ändert, wobei die Mischvorrichtung der Vergussmasse zumindest zu Beginn der Eintragdauer ein Mittel (P1) beimischt, das die chemische Reaktion in Relation zu der gegen Ende der Eintragdauer eingetragenen Vergussmasse verlangsamt oder verzögert, und wobei die Eintragvorrichtung nacheinander, sukzessive die Teilkavitäten anfährt und befüllt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an die Mischvorrichtung wenigstens zwei Behältnisse (22, 23) angeschlossen sind, in denen unterschiedliche Polyol-Komponenten (P1, P2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polyol-Komponente (P1) eine erste, längere Reaktionszeit für eine Reaktion mit einer Isocyanat-Komponente, aufweist, und die zweite Polyol-Komponente (P2) eine zweite, kürzere Reaktionszeit für eine Reaktion mit der Isocyanat-Komponente, aufweist.
Bauteil, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine ausgehärtete, eine Folie (27) hinterschäumende Vergussmasse, insbesondere eine Polyurethan-Vergussmasse (25), und einen daraus gebildeten ersten Werkstoffbereich (W1) sowie einen daraus gebildeten zweiten, mit dem ersten Werkstoffbereich stoffschlüssig verbundenen Werkstoffbereich (W2), wobei die beiden Werkstoffbereiche (W1, W2) unter Verwendung unterschiedlicher Polyol-Komponenten (P1, P2) oder unter Verwendung von Polyol-Komponenten (P1, P2) in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, ausgehärtet sind.
Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil insgesamt eine homogene Dichteverteilung aufweist.