DE102015224216A1

DE102015224216A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102015224216A1
Application number: DE102015224216.1A
Authority: DE
Inventors: Roman Lesser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial mit den Schritten: (A) Befüllen eines ersten Formteiles eines dem herzustellenden Bauteil zu Grunde liegenden Formwerkzeuges mit einem dem Polyurethanschaummaterial zu Grunde liegenden Polyurethangrundmaterial, (B) Aufschäumen des Polyurethangrundmateriales zum Polyurethanschaummaterial und (C) Ausfüllen des Formwerkzeuges in geschlossener Form mit dem Polyurethanschaummaterial und dadurch Ausbilden des Bauteiles, bei welchem das Aufschäumen (B) zumindest teilweise bei nicht geschlossenem Formwerkzeug erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteiles und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteiles mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial.
Beim Herstellen von Bauteilen mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial wird herkömmlicherweise ein gewisser Mindestschaumquerschnitt vorausgesetzt. Das bedeutet, dass in der Vorrichtung oder im Werkzeug zum Schäumen eine Mindestmenge an Schaummaterial vorgelegt werden muss, insbesondere wenn vergleichsweise große Bauteile zu prozessieren sind, wie sie im Zusammenhang mit der Herstellung von Instrumententafeln und dergleichen benötigt werden. Die Mindestmenge an Schaummaterial und der Mindestschaumquerschnitt gewährleisten auch eine Befüllung des verwendeten Werkzeuges bis an die Fließenden der zugrunde liegenden Form und darüber hinaus eine hohe Tagesstückzahl bei der Produktion in prozesssicherer Art und Weise.
Nachteilig beim herkömmlichen Vorgehen im Zusammenhang mit der Mindestmenge oder dem Mindestquerschnitt des einzutragenden Polyurethangrundmaterials ist, dass Materialeinsparungen im Hinblick auf das Polyurethangrundmaterial selbst dann nicht möglich sind, wenn im Hinblick auf das eigentlich zu befüllende Volumen eine geringere Menge als die bisher vorgesehene Mindestmenge ausreichen würde. Dies hängt mit den oben beschriebenen Randbedingungen des Herstellungsvorgangs hinsichtlich der Fließwege und der Gewährleistung hoher Tagesstückzahlen zusammen und auch damit, dass es bei einem Unterschreiten der Mindestmenge nicht möglich ist, einen kommunalen Träger für kaschierte oder hinterschäumte Oberflächen einzusetzen.
Bei kaschierten Oberflächen wird ein Dekor mittels Klebstoff auf einen harten Träger kaschiert. Die Dekore haben in der Regel eine Wandstärke von 2 bis 3 mm. Oft ist die Basisvariante z.B. in den Fahrzeugen hinterschäumt, z.B. mit mindestens 6 mm Schaumquerschnitt, und es ist nicht möglich, den identischen und somit kommunalen Träger auch für eine hochwertigere Variante, z.B. in kaschierter Form, einzusetzen, da es zu einem Flächen-Offset käme. Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem vermeiden helfen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial zu schaffen, bei welchen ohne Erhöhung des prozesstechnischen oder apparativen Aufwandes unter Materialeinsparung eine zuverlässige Produktion von Bauteilen mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial in hohen Tagesstückzahlen möglich ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 und bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteiles erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial mit den Schritten: (A) Befüllen eines ersten Formteiles eines dem herzustellenden Bauteil zu Grunde liegenden Formwerkzeuges mit einem dem Polyurethanschaummaterial zu Grunde liegenden Polyurethangrundmaterial, (B) Aufschäumen des Polyurethangrundmateriales zum Polyurethanschaummaterial und (C) Ausfüllen des Formwerkzeuges in geschlossener Form mit dem Polyurethanschaummaterial und dadurch Ausbilden des Bauteiles, bei welchem das Aufschäumen zumindest teilweise bei nicht in endformgebender Konfiguration befindlichem Formwerkzeug erfolgt. Dadurch, dass entgegen dem herkömmlichen Vorgehen das verwendete Formwerkzeug zum Aufschäumen des Polyurethangrundmateriales zum Polyurethanschaummaterial nicht in eine endformgebende Konfiguration gebracht oder gar vollständig geschlossen ist, wird dem Polyurethangrundmaterial Zeit zum ungestörten Aufschäumen gegeben, so dass auch reduzierte Ausgangsmengen an Polyurethangrundmaterial zum Einsatz kommen können, weil erst nachfolgend das komplette Ausfüllen des Formwerkzeuges in dessen geschlossener Form zum Ausbilden des Bauteiles erfolgt, welches durch den Vorgang des Schließens des Werkzeuges bei schon zumindest teilweise zu Polyurethanschaummaterial aufgeschäumtem Polyurethangrundmaterial unterstützt wird.
Durch das erfindungsgemäße Schaumprägen kann erreicht werden, dass sich der Schaumquerschnitt von zum Beispiel ca. 3 mm und die Wandstärke des Kaschierguts von z.B. 2 bis 3 mm annähern. Somit wird – im Gegensatz zum herkömmlichen Vorgehen – ein kommunaler Träger ermöglicht.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens das teilweise und insbesondere ein vollständige Aufschäumen (B) bei offenem Formwerkzeug und/oder bei höchstens teilweise – insbesondere bis auf eine Lücke oder einen Abstand zwischen dem ersten Formteil und einem zweiten Formteil des Formwerkzeuges – geschlossenem Formwerkzeug erfolgt. Durch das teilweise Schließen des Formwerkzeuges kann der Prozess des Aufschäumens bereits innerhalb des Formwerkzeuges in vergleichsweise geschützter Umgebung erfolgen, um so die Homogenität des beim Aufschäumen entstehenden Polyurethanschaummateriales zu verbessern.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Ausfüllen (C) erfolgt oder unterstützt wird, indem das Formwerkzeug nach einem teilweisen oder nach dem vollständigen Aufschäumen geschlossen wird.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass das zweite Formteil auf das erste Formteil aufgesetzt wird, insbesondere in endformgebender Art und Weise, und dass dadurch das Polyurethanschaummaterial im ersten Formteil und/oder im gesamten Formwerkzeug zumindest teilweise verdrängt und geprägt wird. Durch das Schließen nach dem teilweisen oder vollständigen Aufschäumen und dem damit verbundenen Verdrängen und Prägen wird das zumindest teilweise aufgeschäumte Polyurethangrundmaterial beim Erreichen sämtlicher Fließwege quasi durch Hineinpressen unterstützt. Folglich können geringere Mengen an Polyurethangrundmaterial zum vollständigen Befüllen des geschlossenen Formwerkzeuges mit Polyurethanschaummaterial ausreichend sein. Es kann somit eine Materialeinsparung am Polyurethangrundmaterial erreicht werden.
Grundsätzlich kann daran gedacht werden, dass das Formwerkzeug als solches zunächst ausschließlich mit dem Polyurethangrundmaterial vorbelegt und dann durch den Aufschäumprozess vollständig mit dem Polyurethanschaummaterial gefüllt wird, ohne dass dabei zusätzliche Materialkomponenten hinzugefügt werden.
Dies ist insbesondere dann möglich, wenn z.B. ein Anhaften des Polyurethanschaummaterials an der Oberfläche der Formteile des Formwerkzeuges nicht erfolgt oder sich nach dem Anhaften das Polyurethanschaummaterial nach Abschluss der Reaktion und gegebenenfalls nach einem Aushärten wieder leicht von der Oberfläche der Formteile des Formwerkzeuges lösen lässt.
Andererseits können in dem ersten und/oder zweiten Formteil auch begrenzende oder grenzflächenbildende Materialien in Form von Folien oder Platten oder dergleichen vorgelegt werden, die beim fertig hergestellten Bauteil teilweise oder vollständig eine Begrenzung des Bauteiles liefern.
So ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass vor dem Ausfüllen (C) im ersten Formteil ein erstes Trägermaterial und insbesondere ein Dekor vorgelegt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann es bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass vor dem Schließen des Formwerkzeuges im zweiten Formteil ein zweites Trägermaterial und insbesondere ein Träger vorgelegt werden.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn besonders geringe Mengen an Polyurethangrundmaterial vorgelegt werden können.
Bei einer anderen Weiterbildung ist es entsprechend vorgesehen, dass beim Befüllen (A) eine reduzierte Menge an Polyurethangrundmaterial im ersten Formteil vorgelegt wird, und zwar im Vergleich zu einer Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial, die zum vollständigen Ausschäumen des geschlossen Formwerkzeuges nötig wäre.
Es ist ferner von Vorteil, wenn zusätzlich oder alternativ dazu beim Befüllen (A) als reduzierte Menge die Hälfte der Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial, die zum vollständigen Ausschäumen des geschlossen Formwerkzeuges nötig wäre, vorgelegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteiles mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial, insbesondere gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit (i) einem dem herzustellenden Bauteil zu Grunde liegenden Formwerkzeug mit einem ersten Formteil und einem zweiten Formteil, (ii) mit einer Bewegungseinrichtung zum gesteuerten Bewegen der ersten und zweiten Formteile relativ zueinander und zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeuges und (iii) mit einer Steuereinheit, welche eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung derart zu steuern, dass das Formwerkzeug in einem nicht geschlossenen, einem teilgeschlossenen oder einem offenen Zustand verbleibt, bis ein Aufschäumen von Polyurethangrundmaterial zu einem Polyurethanschaummaterial im ersten Formteil zumindest teilweise oder vollständig erfolgt ist.
Indem die Steuereinheit bewirkt, dass das Formwerkzeug zum Aufschäumen des Polyurethangrundmateriales in einem nicht geschlossenen Zustand verbleibt, wird dem Polyurethangrundmaterial Zeit und Raum gegeben, sich ungestört zum Polyurethanschaummaterial weiterzuentwickeln, bevor dann das Formwerkzeug im geschlossenen Zustand durch das Polyurethanschaummaterial vollständig gefüllt wird. Auf diese Weise ist es möglich, Anteile am vorzulegenden Polyurethangrundmaterial einzusparen, weil das später erfolgende Schließen des Formwerkzeuges die weitere Verteilung des Polyurethanschaummateriales unterstützt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuereinheit eingerichtet zu bewirken, dass ein Ausfüllen des Formwerkzeuges in dessen geschlossener Form mit dem Polyurethanschaummaterial und dadurch ein Ausbilden des Bauteiles erfolgen, indem das Formwerkzeug nach einem teilweisen oder nach dem vollständigen Aufschäumen geschlossen wird.
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass das zweite Formteil auf das erste Formteil schließend aufgesetzt und dadurch das Polyurethanschaummaterial im ersten Formteil und/oder im gesamten Formwerkzeug zumindest teilweise verdrängt und geprägt wird.
Durch das Schließen des Formwerkzeuges und das teilweise Verdrängen und Prägen des bereits zum Polyurethanschaummaterial aufgeschäumten Polyurethangrundmateriales werden selbst bei einer reduzierten Menge an eingesetztem Polyurethangrundmaterial und somit bei verringerter Gesamtschaummenge sämtliche Fließwege und Fließenden des geschlossenen Formwerkzeuges in zuverlässiger Art und Weise erreicht.
Die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise der zum Einsatz kommenden erfindungsgemäßen Vorrichtung kann weiter gesteigert werden, wenn gemäß einer anderen Fortbildung die Vorrichtung ausgebildet ist mit einer Sensoreinrichtung zum Detektieren einer Lage der ersten und zweiten Formteile relativ zueinander, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die detektierte Lage zu bewerten und die Bewegungseinrichtung basierend auf der detektierten Lage und der Bewertung zu steuern, so dass dadurch dass das Formwerkzeug gesteuert in einem nicht geschlossenen, teilgeschlossenen oder offenen Zustand haltbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
1 bis 8 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteiles erreicht werden, bei welchem im Formwerkzeug ein Träger und Dekor für das Schaummaterial vorgelegt werden.
9A bis 9E zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden, bei welchem im Formwerkzeug kein Trägermaterial für das Schaummaterial vorgelegt wird.
10 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteiles.
11 bis 17 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles erreicht werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Die 1 bis 8 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteiles 1 mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial 30 erreicht werden.
Ausgangspunkt der Abfolge der 1 bis 8 ist das Bereitstellen eines Formwerkzeuges 40 mit einem ersten oder unteren Formteil 41 mit der Innenseite als Formfläche 43 und einem zweiten oder oberen Formteil 42, hier mit der Außenseite als Formfläche 44.
Im Übergang zu dem in 2 gezeigten Zwischenzustand wird die Formfläche 43 des ersten Formteiles 41 mit einem ersten Trägermaterial 10, welches als Dekor ausgebildet sein kann und eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 aufweist, mit der Unterseite 12 auf der Formfläche 43 vorgelegt.
Das zweite Formteil 42 des Formwerkzeuges 40 wird auf seiner Formfläche 44 mit einem zweiten Trägermaterial 20, welches auch als Träger bezeichnet werden kann und eine Oberseite 21 und eine Unterseite 22 aufweist, mit seiner Oberseite 41 auf der Formfläche 44 des zweiten Formwerkzeuges 42 vorgelegt.
Bei dem in 2 gezeigten Zwischenzustand stehen sich die Formflächen 43 und 44 des ersten Formteiles 41 bzw. des zweiten Formteiles 42 des Formwerkzeuges 40 gegenüber, wobei sich die Oberseite 11 des Dekors 10 und die Unterseite 22 des eigentlichen Trägers 20 ebenfalls gegenüberstehen.
Im Übergang zu dem in 3 gezeigten Zwischenzustand ist im ersten oder unteren Formteil 41 im Bereich der Formfläche 43 mit dem Dekor 10 dazwischen eine gewisse Menge eines Polyurethangrundmateriales 31 vorgelegt.
Im Übergang zu dem in 4 gezeigten Zwischenzustand sind dann das erste und zweite Formteil 41 bzw. 42 des Formwerkzeuges 40 bis auf eine Distanz Y einander angenähert, so dass das Formwerkzeug 40 insgesamt nicht vollständig offen und nur teilweise bis auf eine Lücke Y geschlossen ist.
Durch Zuwarten bis zu dem in 5 gezeigten Zwischenzustand findet dann inhärent der Aufschäumprozess des Polyurethangrundmaterialies 31 zum Polyurethanschaummaterial 30 zumindest teilweise statt, wobei das Formwerkzeug 40 im nicht offenen und nur teilweise geschlossenen Zustand mit einer Lücke Y zwischen dem ersten oder unteren Formteil 41 und dem zweiten oder oberen Formteil 42 verbleibt.
Im Übergang zu dem in 6 gezeigten Zwischenzustand werden dann das erste Formteil 41 und das zweite Formteil 42 des Formwerkzeuges 40 weiter aneinander bis auf eine Schließdistanz X mit X < Y angenähert. So wird das Formwerkzeug 40 in den geschlossenen Zustand überführt.
In 6 ist ebenfalls zu sehen, dass beim Schließen das Polyurethanschaummaterial 30 über sämtliche Fließstrecken und im gesamten Zwischenraum zwischen Dekor 10 und dem eigentlichem Träger 20 weiter verteilt, weil das Polyurethanschaummaterial 31 durch die weitere Annäherung auf den Abstand X zwischen dem ersten Formteil 41 und dem zweiten Formteil 42 durch Verdrängung und Prägung im gesamten Formwerkzeug 40 zur weiteren Bewegung gezwungen wird.
Dabei berühren sich hier auch die Ränder des Dekors 10 und des Trägers 20. Dieser Aspekt ist jedoch nicht zwingend erforderlich, bei bestimmten zu erzeugenden Bauteilen 1 jedoch hilfreich.
Auf diese Weise wird das fertige Bauteil 1 erzeugt.
Im Übergang zu dem in 7 gezeigten Zwischenzustand werden dann das erste Formteil 41 und das zweite Formteil 42 des Formwerkzeuges 40 voneinander getrennt. Dabei wird im Fall der Situation gemäß 7 durch das zweite oder obere Formteil 42 des Formwerkzeuges 40 auch das fertige Bauteil 1 aus dem ersten oder unteren Formteil 41 abgehoben und mitgeführt.
Im Übergang zu dem in 8 gezeigten Zwischenzustand wird dann das fertige Bauteil 1 mit oder aus Polyurethanschaummaterial 30, welches zwischen Dekor 10 und Träger 20 eingefasst ist, aus dem zweiten oder oberen Formteil 42 durch Ablösen von der Formfläche 44 herausgelöst und kann zur Montage oder anderen Weiterverarbeitung oder in einer Anwendung verwendet werden.
Die 9A bis 9E zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteiles 1 mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial 30 erreicht werden.
Im Unterschied zu den im Hinblick auf die 1 bis 8 gezeigten Verfahren wird bei dem hier vorgestellten alternativen Vorgehen im Formwerkzeug 40 mit erstem oder unterem Formteil 41 und mit zweitem oder oberem Formteil 42 keinerlei Trägermaterial oder Dekor vorgelegt.
Das bedeutet, dass im Grundzustand des Formwerkzeuges gemäß der in 9A gezeigten Situation das erste oder untere Formteil 41 des Formwerkzeuges 40 als leeres Formteil bereitgestellt wird.
Im Übergang zu dem in 9B gezeigten Zwischenzustand wird dann eine bestimmte Menge eines Polyurethangrundmateriales 31 im Bereich der Formfläche 43 des ersten oder unteren Formteiles 41 des Formwerkzeuges 40 vorgelegt. Dabei wird eine Menge des Polyurethangrundmaterials 41 so gewählt, dass ein Füllniveau 46 erreicht wird, welches deutlich unter dem herkömmlichen Füllniveau 47 liegt, welches nötig wäre, um die Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial 31 beim herkömmlichen Herstellungsverfahren zu erreichen, nämlich derjenigen Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial 31, die zum vollständigen Ausschäumen des geschlossenen Formwerkzeuges 40 notwendig wäre.
In 9B ist noch das Aufschäumniveau 48 eingezeichnet, welches durch Zuwarten und Laufenlassen des Aufschäumprozesses für den Übergang des Polyurethangrundmateriales 31 zum Polyurethanschaummaterial 30 mit entsprechender Volumenausdehnung erreicht werden soll. Dabei wird bis zum Erreichen des Aufschäumniveaus 48 der in 9B gezeigte offene Zustand des Formwerkzeuges 40 beibehalten.
Erst nach dem Erreichen des Aufschäumniveaus 48 durch das Polyurethanschaummaterial 30 wird gemäß 9C das zweite oder obere Formteil 42 auf das erste oder untere Formteil 41 des Formwerkzeuges 40 aufgesetzt und dann im Übergang zu dem in 9D gezeigten Zwischenzustand weiter bis zum Schließen des Formwerkzeuges angenähert.
Dadurch gelangt die Formfläche 44 des zweiten oder oberen Formteiles 42 des Formwerkzeuges 40 in einen Bereich unterhalb des Aufschäumniveaus 48 und verdrängt dadurch das Polyurethanschaummaterial 30 räumlich, wodurch auch die Flanken 49 zwischen erstem Formteil 41 und zweiten Formteil 42 im Formwerkzeug 40 mit Polyurethanschaummaterial 30 bis in alle Fließwege gefüllt werden.
Im Übergang zu dem in 9E gezeigten Zwischenzustand werden dann die ersten und zweiten Formteile 41 beziehungsweise 42 des Formwerkzeuges 40 voneinander getrennt und das fertige Bauteil 1 wird herausgelöst.
10 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Herstellen eines Bauteiles 1 mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial 30.
Bei dieser Ausführungsform besitzt das Formwerkzeug 40 die bereits in den 9A bis 9E gezeigte Struktur mit einem ersten oder unteren Formteil 41 mit Formfläche 43 auf der Innenseite und einem zweiten oder oberen Formteil 42 mit Formfläche 44 auf der Außenseite.
Mittels einer Bewegungseinrichtung 60 kann bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 100 das zweite oder obere Formteil 42 relativ zum ersten oder unteren Formteil 41 des Formwerkzeuges 40 in Richtung des Doppelpfeiles 61 der Bewegung gesteuert auf- und abbewegt werden.
Zur Steuerung der Bewegung und somit des Betriebes der Bewegungseinrichtung 60 ist eine Steuereinheit 70 ausgebildet und mit einer Steuer- und Messleitung 72 mit der Bewegungseinrichtung 60 verbunden.
Des Weiteren sind Sensoreinrichtungen 41 am ersten oder unteren Formteil 41 und am zweiten oder oberen Formteil 42 ausgebildet, welche über Steuer- und Messleitungen 73 und 74 in Verbindung mit der Steuereinheit 70 an die Steuereinheit 70 die Position und/oder den Abstand der ersten und zweiten Formteile 41, 42 voneinander mitteilen.
Die Steuereinheit 70 ist eingerichtet, aus den Signalen der Sensoreinrichtungen 71 den Öffnungszustand des Formwerkzeuges 40 abzuleiten und in die Steuerung der Bewegungseinrichtung 60 einfließen zu lassen.
Die 11 bis 17 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteiles mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial.
Wie bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens gemäß den 1 bis 8, wird auch bei der herkömmlichen Vorgehensweise ein Formwerkzeug 40 mit erstem und zweitem Formteil 41 bzw. 42 bereitgestellt und mit einem Dekor 10 als erstem Trägermaterial und einem eigentlichen Träger 20 als zweitem Trägermaterial vorbestückt. Dann wird mit einer Mindestmenge an einem Polyurethangrundmaterial 31 befüllt, die notwendig ist, ein bereits geschlossenes Formwerkzeug 40 vollständig auszuschäumen.
Ausgehend von dem in 13 gezeigten Zwischenzustand wird dann unmittelbar anschließend an das Befüllen mit Polyurethangrundmaterial 31 das Formwerkzeug 40 vollständig geschlossen. Das erste Formteil 41 und das zweite Formteil 42 werden dabei bis auf den Schließabstand X aneinander herangeführt. Erst dann wird zugewartet und gemäß 15 der Aufschäumvorgang des Polyurethangrundmaterialies 31 zum Polyurethanschaummaterial 30 genutzt, um über eine ausreichende Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial 31 sämtliche Fließwege des Zwischenraumes zwischen Dekor 10 und eigentlichem Träger 20 auszufüllen.
Im Übergang zu dem in 16 gezeigten Zwischenzustand wird dann das zweite Formteil 42 des Formwerkzeuges 40 mit dem fertigen Bauteil 1 angehoben und im Übergang zum Zwischenzustand gemäß 17 komplett aus dem Formwerkzeug 40 gelöst, um der weiteren Verwendung, zum Beispiel in einem Weiterverarbeitungsvorgang, zugeführt zu werden.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Bei PUR-Schäumprozessen wird ein gewisser Mindestschaumquerschnitt vorausgesetzt um große Bauteile, z.B. Teile für Instrumententafeln für Fahrzeuge oder andere Fahrzeugkomponenten, oder Formen dafür bis an das Fließwegende vernünftig und bei hohen Tagesstückzahlen prozesssicher füllen zu können.
Bei einem Mindestschaumquerschnitt von z.B. ca. 6 mm ist es z.B. nicht möglich, einen kommunalen Träger für kaschierte und hinterschäumte Oberflächen einzusetzen. Andererseits ist eine Reduzierung der Schaumeintragsmenge an Grundmaterial nicht möglich, da der Mindestschaumquerschnitt eingehalten werden muss.
Ein Aspekt der Erfindung besteht z.B. in der konstruktiven Auslegung des Schaumquerschnittes deutlich unterhalb des notwendigen Mindestschaumquerschnitts, z.B. im Bereich etwa 3,0 mm.
Nach dem Eintrag an Grundmaterial wird das Werkzeug nicht vollständig geschlossen, sondern fährt z.B. auf einen Spalt Y von 3,0 mm. Somit wird in Bereichen, die in Entformrichtung liegen wieder der Mindestschaumquerschnitt von 6,0 mm durch das beim Zuwarten und Aufschäumen im nicht geschlossenen Zustand des Formwerkzeuges 40 erreicht. Der Spalt ermöglicht dem PUR-Schaum das Füllen des Bauteils oder des Formwerkzeuges bis an die Fließwegenden.
Nach einer gewissen Zeit und insbesondere bevor der Schaum am Bauteilende angekommen ist, wird das Werkzeug 40 dann vollständig geschlossen und dabei der Schaum 30 verdrängt. Die Verdrängung des Schaumes 30 durch die Schließbewegung unterstützt zusätzlich die Bauteilfüllung.
Erfindungsgemäß stellen sich folgende Vorteile ein:

– Ein kommunaler Träger für das Hinterschäumen und Kaschieren wird möglich.
– Es erfolgt eine Fließhilfe beim PUR-Schäumprozess und ggf. auch in Verbindung mit geschlossenen Schäumen.
– Es erfolgt eine Verbesserung der Bauteilqualität und/oder eine Erhöhung der Freiheitsgrade im Prozess.
– Eine Materialeinsparung von bis zu 50% pro Bauteil ist möglich in Bezug auf das Polyurethangrundmaterial 31.

Folgende Aspekte sind bei der vorliegenden Erfindung noch beachtenswert:

– Am Endbereich der Bauteilvorlage aus Dekor 10 und Träger 10 oder am Endbereich des Formwerkzeuges 40 sind Dichtungen im Werkzeug angebracht, die einen Schaumaustritt, also ein Herauslaufen, verhindern. D.h., der Schaum expandiert in der Kavität, schiebt die Luft vor sich her, bis die Kavität vollständig gefüllt ist. Dann schließen die aufblasbaren Dichtungen. In diesem Zustand hat der Schaum die Möglichkeit, seine spezielle Schaumstruktur auszubilden. Er baut einen Druck von bis zu 2,5 bar auf.
– Ein Aufschäumen ist auch bei offenem Formwerkzeug 40 unter bestimmten Randbedingungen möglich, falls nämlich bestimmte Aspekte einer 3D-Konturgebung durch das zweite Formteil 42 bis zu diesem Zeitpunkt zweitrangig sind.
– Das teilweise Schließen bis auf die Lücke Y hat dagegen den Vorteil, dass das Bauteil 1 mit einem geringeren Schaumquerschnitt konstruktiv ausgeführt, aber zur Füllung des Werkzeuges die Lücke als Prägeposition mit erhöhtem Querschnitt als Fließhilfe für das Schaummaterial 30 verwendet werden kann.
– Dies bedeutet mit anderen Worten, dass man ein Endbauteil 1 erhält mit z.B. 3 mm Schaumquerschnitt, welches aber in der Herstellung als Fließhilfe zeitweise einen Querschnitt von z.B. 6 mm zur Füllung hatte.
– Denkbar ist auch ein Arbeiten ohne Dekor und Träger, wenn der Schaum 30 an der Form 40 nicht anhaftet. Dies kann z.B. bei Schäumen von Sitzen angewandt werden, wobei das Werkzeug 40 eingetrennt wird und der Schaum ohne Dekor und Träger in das Werkzeug 40 eingebracht wird.
– Das Schaumgrundmaterial 31, z.B. als Reaktionsgemisch, wird kann durch einen Mischkopf in das Formwerkzeug 40 eingetragen werden. Beim Eintrag des Schaumgrundmateriales 31 werden eine A-Komponente (z.B. Polyol) und eine B-Komponente (z.B. Isocyanat) miteinander vermischt. Auf diese Weise startet eine chemische Reaktion. Nach einer gewissen Zeit – z.B. einer Startzeit von z.B. 5 bis 7s – beginnt das Schaumgrundmaterial aufzuschäumen.
– Die Reaktion kann durch ein temperiertes Werkzeug 40 mit Temperatur im Bereich von etwa 40 °C bis etwa 50 °C zusätzlich unterstützt werden.
– Nach vollständiger Füllung durch das Aufschäumen baut das Schaummaterial 30 erst Druck auf, wobei die Dichtungen am Randbereich des Formwerkzeuges 40 verschlossen sind. Erst dann stellen sich die endgültigen Eigenschaften Dichte, Zelligkeit usw. des Schaummaterials 30 ein. Somit gibt es nach der Füllung ggf. noch eine Vernetzungs- bzw. Aushärtezeit.
– Unter besonderen Umständen kann das Werkzeug 40, nachdem beim Start der Reaktion sowohl die Treibreaktion als auch die Vernetzungsreaktion gestartet wurden, auch erst nach vollständiger Expansion des Schaummateriales 30 geschlossen werden, wenn nämlich in diesem Zustand das Schaummaterial noch nicht zu stark vernetzt ist.

Bezugszeichenliste

1: Bauteil
10: erstes Trägermaterial, Dekor
11: Oberseite
12: Unterseite
20: zweites Trägermaterial, Träger
21: Oberseite
22: Unterseite
30: Polyurethanschaummaterial
31: Polyurethangrundmaterial
40: Formwerkzeug
41: erstes/unteres Formteil
42: zweites/oberes Formteil
43: Formfläche, Innenseite
44: Formfläche, Außenseite
46: Füllniveau
47: herkömmliches Füllniveau
48: Aufschäumniveau
49: Flanke
50: Lager
60: Bewegungseinrichtung
61: Bewegung
70: Steuereinheit
71: Sensoreinrichtung
72: Steuer- und Messleitung
73: Steuer- und Messleitung
74: Steuer- und Messleitung
100: Vorrichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles (1) mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial (30), mit den Schritten: (A) Befüllen eines ersten Formteiles (41) eines dem herzustellenden Bauteil (1) zu Grunde liegenden Formwerkzeuges (40) mit einem dem Polyurethanschaummaterial (30) zu Grunde liegenden Polyurethangrundmaterial (31), (B) Aufschäumen des Polyurethangrundmateriales (31) zum Polyurethanschaummaterial (30) und (C) Ausfüllen des Formwerkzeuges (40) in geschlossener Form mit dem Polyurethanschaummaterial (30) und dadurch Ausbilden des Bauteiles (1) bei welchem das Aufschäumen (B) zumindest teilweise bei nicht in endformgebender Konfiguration befindlichem Formwerkzeug (40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das teilweise und insbesondere ein vollständiges Aufschäumen (B) bei offenem Formwerkzeug (40) und/oder bei höchstens teilweise – insbesondere bis auf eine Lücke oder einen Abstand zwischen erstem Formteil (41) und einem zweiten Formteil (42) – geschlossenem Formwerkzeug (40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Ausfüllen (C) erfolgt oder unterstützt wird, indem das Formwerkzeug (40) nach einem teilweisen oder nach dem vollständigen Aufschäumen geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem – das zweite Formteil (42) auf das erste Formteil (41) aufgesetzt wird, insbesondere in endformgebender Art und Weise, und – dadurch das Polyurethanschaummaterial (30) im ersten Formteil (41) und/oder im gesamten Formwerkzeug (40) zumindest teilweise verdrängt und geprägt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem vor dem Ausfüllen (C) im ersten Formteil (41) ein erstes Trägermaterial (10), insbesondere ein Dekor, vorgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem vor dem Schließen des Formwerkzeuges (40) im zweiten Formteil (42) ein zweites Trägermaterial (10), insbesondere ein Träger, vorgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem beim Befüllen (A) eine reduzierte Menge an Polyurethangrundmaterial (31) im ersten Formteil (41) vorgelegt wird, und zwar im Vergleich zu einer Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial (31), die zum vollständigen Ausschäumen des geschlossen Formwerkzeuges (40) nötig wäre.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem beim Befüllen (A) als reduzierte Menge die Hälfte der Mindestmenge an Polyurethangrundmaterial (31), die zum vollständigen Ausschäumen des geschlossen Formwerkzeuges (40) nötig wäre, vorgelegt wird.
Vorrichtung (100) zum Herstellen eines Bauteiles (1) mit oder aus einem Polyurethanschaummaterial (30), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit: – einem dem herzustellenden Bauteil (1) zu Grunde liegenden Formwerkzeug (40) mit einem ersten Formteil (41) und einem zweiten Formteil (42), – mit einer Bewegungseinrichtung (60) zum gesteuerten Bewegen der ersten und zweiten Formteile (41 42) relativ zueinander zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeuges (40), – mit einer Steuereinheit (70), welche eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung (60) derart zu steuern, dass das Formwerkzeug (40) gesteuert in einem nicht geschlossenen, teilgeschlossenen oder offenen Zustand verbleibt, bis ein Aufschäumen von Polyurethangrundmaterial (31) zu einem Polyurethanschaummaterial (30) im ersten Formteil (41) zumindest teilweise oder vollständig erfolgt ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, bei welchem die Steuereinheit (70) eingerichtet ist zu bewirken – dass ein Ausfüllen des Formwerkzeuges (40) in geschlossener Form mit dem Polyurethanschaummaterial (30) und dadurch ein Ausbilden des Bauteiles (1) erfolgen, indem das Formwerkzeug (40) nach einem teilweisen oder nach dem vollständigen Aufschäumen geschlossen wird und – insbesondere dass dabei das zweite Formteil (42) auf das erste Formteil (41) schließend aufgesetzt und dadurch das Polyurethanschaummaterial (30) im ersten Formteil (41) und/oder im gesamten Formwerkzeug (40) zumindest teilweise verdrängt und geprägt wird.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, – mit einer Sensoreinrichtung (71) zum Detektieren einer Lage der ersten und zweiten Formteile (41, 42) relativ zueinander, – wobei die Steuereinheit (70) eingerichtet ist, die detektierte Lage zu bewerten und die Bewegungseinrichtung (60) basierend auf der detektierten Lage und der Bewertung zu steuern, so dass dadurch das Formwerkzeug (40) gesteuert in einem nicht geschlossenen, teilgeschlossenen oder offenen Zustand haltbar ist.