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Die Erfindung betrifft die Herstellung bevorzugt großflächiger Formteile, z. B. Stoßstangen oder Kotflügel, aus mehrlagig aufgebrachtem und zeitabhängig aushärtendem sprühbarem Kunststoff, bevorzugt Polyurethan (PUR) Spray Material, das mit kurzen Fasern gefüllt bzw. verstärkt ist. Zudem wird eine Technologie beschrieben, um versteifende Streben mit einem effizienten Arbeitsablauf ansetzen zu können, wobei dennoch eine sehr gute, lackierfähige Oberfläche entsteht.
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Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Ausprägung wird beispielsweise in der
DE 100 03 965 A1 beschrieben. Hier betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen aus Polyurethan (PUR) bei der zwei verschiedene Komponenten A und B mit zeitlichem Abstand auf die zu beschichtende Oberfläche nacheinander aufgetragen werden.
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Darüber hinaus ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 051 129 A1 ein entsprechendes Verfahren bekannt geworden, bei dem eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Faser-/Partikel-PUR-Reaktionsgemisches, meist über mehrere Schichten hinweg, auf der Formoberfläche oder dem Substratträger angestrebt wird.
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Zudem ist es bei einem vergleichbaren Verbundbauteil entsprechend der
DE 10 2009 018 131 A1 bekannt geworden, dass durch das Sprühverfahren eines entsprechenden Werkstoffes die Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements sehr kostengünstig erfolgen kann.
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Die
DE 10 2009 018 131 A1 hat auch erkannt, dass zur zusätzlichen Verstärkung eines dreidimensionalen Strukturelements und/oder zur Kostenreduktion auch vorgesehen ist, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements Fasern und/oder Füllstoffe umfasst und/oder dass dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements Fasern und/oder Füllstoffe beigemischt werden.
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Ein ähnlicher Sachverhalt liegt auch in der
EP 0 303 305 B1 und in
EP0 389 014 B1 vor. In diesen bekannten Verfahren wird eine elastomere Polyurethanhautschicht mit einer Dicke von mehr als 0,3 mm, und vorzugsweise einer Dicke zwischen 0,5 und 2 mm, hergestellt.
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Zudem wird in der
EP 0 303 305 B1 ein Verfahren zur Bildung einer als Gel gebildeten Polyurethanschicht auf einer Oberfläche beschrieben, welches vornehmlich durch Aufsprühen eines flüssigen Reaktionsgemisches erfolgt, das Polyol und Isocyanate enthält.
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Aus dem Stand der Technik ist also bereits das Besprühen von z. B. Formkörpern aus Polystyrol mit einer PUR-Schicht bekannt. Nachteilig ist hier insbesondere, dass die Dicke der PUR-Schicht dabei lokal sehr stark variiert. Insbesondere bei Verwendung von herkömmlichem Short-Fiber-Spray-Verfahren bilden sich einige Millimeter hohe Höcker durch das Auftürmen von Fasern, die sich bei der weiteren Verarbeitung eines Formkörpers sehr nachteilig auswirken.
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Bei dem Short-Fiber-Spray-Verfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein schnell aushärtendes, mehrkomponentiges PUR-System bei Raumtemperatur in eine offene Form gesprüht wird. Gewöhnlich sind die einzelnen Komponenten in ihrem Mischungsverhältnis variierbar, wodurch sich Reaktivitäten und Materialeigenschaften je nach Anwendungsgebiet individuell einstellen lassen.
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Das Reaktionsgemisch bestehend aus einem Short-Fiber-Spray-Verfahren für gewöhnlich aus einer Isocyanat- und mehreren Polyol-Komponenten, welche nur wenige Minuten für die Aushärtung benötigen.
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Des Weiteren wird bei einem klassischen Short-Fiber-Spray-Verfahren ein zwei Komponenten Polyol- und Isocyanat-Gemisch mit Aktivator oder ohne gesprüht. Seitlich wird zudem ein Faserschnitt eingeblasen, so dass sich Fasern und Sprühmasse durchmengen können. Als problematisch erwiesen sich bei diesem Verfahren bisher jedoch die sehr ungleiche Dicke und die sehr raue Oberfläche.
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Ebenfalls bekannt sind aus dem Stand der Technik zweilagige Sprühverfahren, bei denen eine zweite Schicht aufgetragen wird, sobald die erste Schicht ausgehärtet ist. Dabei addieren sich die Toleranzen der Schichtdicke auf etliche Millimeter. Das heißt, auch hier entstehen Formteile mit einer sehr ungleichmäßigen Dicke und gleichzeitig auch mit einem hohen Gewicht. Zudem zeichnen sich bei diesem Verfahren auch oft die Stellen zur Lackseite bzw. Außenseite ab, an denen sich viel Material mit großer Schichtdicke gesammelt hat.
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Ebenfalls können die bekannten Vorgehensweisen auch nicht bei der Herstellung entsprechender Stegwände überzeugen.
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Denn entsprechend der bereits bekannten Verfahren werden Trennwände oder Versteifungsstreben für gewöhnlich auf Formteile innenseitig aufgeklebt. Dazu muss man aber zuerst eine glatte definierte Oberfläche erschaffen, was bei den gesprühten Formteilen nicht ohne Nachbearbeitung möglich ist. Folglich bedeutete dies bisher, dass das Einsetzen von versteifenden Stegwänden etc. einen sehr hohen Bearbeitungsaufwand mit hohen Kosten mit sich brachte. Dies führte unter anderem auch dazu, dass diese Technik im Bau anspruchsvoller Formteile mit PUR oder anderen Kunststoffen sich folglich nicht durchgesetzt hatte.
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Insgesamt können damit die bekannten Vorgehensweisen bei den vorgestellten Herstellungsverfahren und den daraus resultierenden Verbundbauteilen nicht in allen Aspekten überzeugen.
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Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren und ein Verbundbauteil so weiter zu entwickeln, dass bevorzugt großflächige Bauteile effizient aus Kunststoff hergestellt werden können, die ähnlich aussehen wie Blechteile und eine gleichmäßige Wandstärke und eine ausgezeichnete Oberfläche ohne optisch sichtbare Einzugsstellen an Verstärkungsbereichen mit mehr Materialauftrag aufweisen.
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Zudem sollen diese Formteile bei Bedarf mit wenig Aufwand während der Herstellung mit Querstreben und Stegwänden versehen werden, um so eine besseren Stabilisierung, Formgebung und Befestigung zu ermöglichen, ohne dass die Fügestellen sich abzeichnen und ohne dass zwei getrennte Formteile nachträglich zusammengefügt werden müssen.
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Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbundbauteils gelöst, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
- a) Aufsprühen einer ersten PUR-Schicht in eine Form,
- b) Abkühlen bis sich an der Oberfläche der ersten PUR-Schicht ein Gel gebildet hat,
- c) Positionierung eines zusätzlichen Werkzeugteils in der Form
- d) Aufsprühen einer zweiten PUR-Schicht auf die zuvor aufgesprühte PUR-Schicht,
wobei zumindest ein Teil der weiteren PUR-Schicht auf das zusätzliche Werkzeugteil gesprüht wird und zumindest ein anderer Teil der weiteren PUR-Schicht auf die erste PUR-Schicht gesprüht wird.
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Dies hat den Vorteil, dass eine Stegwand in das Bauteil eingebracht werden kann, die dem Verbundbauteil eine deutlich verbesserte Stabilität verleiht. Da die Stegwand aus PUR ist, ist sie deutlich leichter als eingespritzte Metallstreben. Weiterhin ist das Verfahren kostengünstig, da die Verstrebung im Prozess selbst eingebracht werden kann und keine teuren Zusatzmaterialien verwendet werden müssen.
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In diesem Zusammenhang ist deshalb auch die erste PUR-Schicht während der Positionierung des zusätzlichen Werkzeugteils im Kontaktbereich zum zusätzlichen Werkzeugteil deformierbar und chemisch anlösbar. Das hat den Vorteil, dass sich das PUR der Strebe mit den Schichten des Verbundbauteils strukturell verbinden kann und so ein Abreißen der Strebe vermieden wird.
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Auch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zusätzliche Werkzeugteil als Stegwand senkrecht +/–15° zu den bereits aufgesprühten PUR-Schichten angeordnet wird. Zur Ausbildung von Stegwänden oder Streben oder Trennwänden etc. wird ein zweites Werkzeugteil benötigt. Als Werkzeugteil dient im einfachsten Fall eine einflächig polierte Form, in die Schicht für Schicht das flüssige angemischte PUR-Material gesprüht wird. Damit wird in diesem Fall das zweite Werkzeugteil in den Bereich des ersten schichtbildenden Werkzeuges hineinbewegt, nachdem auf dem ersten Werkzeugteil eine entsprechend dicke Schicht aus mehreren Lagen PUR-Spray gebildet und zum Gel angehärtet wurde. Das einbewegbare zweite Werkzeugteil bildet z. B. die Werkzeugfläche für das Ansprühen einer senkrecht zur ersten Schicht stehenden Stegwand. Der Kontaktbereich zwischen Werkzeugteil 2 und PUR-Schicht auf Werkzeugteil 1 ist so ausgeformt, dass sich dort nach dem Aufsprühen des PUR eine Materialansammlung ergibt, die geeignet ist, eine stabile Verbindung zur ersten PUR-Schicht auf Werkzeugteil 1 zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet diese Materialsammlung einen Fuß aus. Hierdurch wird der Kontaktbereich zwischen Formteil und Stegwand erhöht, wodurch ein Abreißen der Stegwand vom Formteil vermieden wird. Weiterhin wird durch diese Materialiensammlung dieser Bauteilbereich auch strukturell verstärkt.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Auflagekante von Werkzeugteil 2 in Richtung zur PUR-Schichtfolge auf Werkzeugteil 1 eine flexible, elastische Dichtvorrichtung auf. Beim Absenken des Werkzeugteils 2 drückt die Dichtvorrichtung in das plastisch sich verformende gelartig angehärtete PUR-Material der z. B. aufgespritzten Schichten, die sich bereits auf Werkzeugteil 1 befinden. Die Kontaktfläche ist dabei im Bereich der jüngsten Schichten noch deformierbar und chemisch sehr leicht anlösbar. Die ältesten werkzeugseitigen Schichten hingegen sind schon härter und widersetzen sich wirksam der Deformation.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die elastische Dichtvorrichtung eine hohle, elastisch verformbare Silikonschnur ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Dichtvorrichtung exakt an die Oberflächentopographie der bisher aufgebrachten Schichten anlegt und keine Zwischenräume zwischen den Schichten und dem zusätzlich eingebrachten Werkzeugteil verbleiben.
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Zudem wird die elastische Dichtvorrichtung in die Oberfläche der verformbaren zuletzt aufgesprühten PUR-Schicht gedrückt. Das hat den Vorteil, dass jeglicher Zwischenraum zwischen den bisher aufgebrachten Schichten und dem zusätzlich positionierten Werkzeugteil vermieden wird. Weiterhin besteht der Vorteil, dass ältere und/oder tiefer liegende PUR-Schichten bei der Positionierung des zusätzlichen Werkzeugteils nicht deformiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass über die zweite PUR-Schicht weitere PUR-Schichten gesprüht werden. Hierdurch wird eine Verstärkung der Verstrebung erreicht.
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Auch wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Weiterbildung des Herstellungsverfahrens gelöst, dass folgende weitere Verfahrensschritte umfasst:
- • Abkühlen der zweiten PUR-Schicht nach dem Aufsprühen der zweiten PUR-Schicht bis sich an der Oberfläche der zweiten PUR-Schicht ein Gel gebildet hat,
- • Aufsprühen einer weiteren PUR-Schicht als Stegwand auf die zuvor aufgesprühte PUR-Schicht als Stegwand,
- • Wiederholen der Schritte b) und c) bis ein Schichtverbund mit mindestens 3 Schichten bevorzugt 4 Schichten besonders bevorzugt 5 Schichten hergestellt ist.
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Neben dieser weiteren Ausführungsanordnung des Herstellungsverfahrens, soll die erste PUR-Schicht als Stegwand eine Dicke von kleiner 1 mm bevorzugt von kleiner 0,5 mm, besonders bevorzugt von kleiner 0,3 mm aufweisen.
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Zudem sollen die weiteren PUR-Schichten eine Dicke von kleiner 1 mm, bevorzugt von kleiner 0,5 mm, besonders bevorzugt von kleiner 0,3 mm aufweisen, um eine leichte Bauweise und ein geringes Gesamtgewicht des Verbundbauteils zu gewährleisten.
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Es ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die PUR-Schichten als Stegwand derart aufgesprüht werden, dass im Kontaktbereich von Steg zu PUR-Schicht ein Fuß entsteht. Hierdurch wird der Kontaktbereich zwischen Stegwand und Verbundbauteil vergrößert und die Anhaftung erhöht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verbundbauteil aus PUR-Schichten gelöst, das eine erste PUR-Schicht und eine zweite PUR-Schicht aufweist, wobei die zweite PUR-Schicht zur ersten PUR-Schicht eine Kontaktfläche aufweist, wobei die erste PUR-Schicht an der Kontaktfläche chemisch mit der zweiten PUR-Schicht verbunden ist, wobei die zweite PUR-Schicht mit ihrem Randbereich an die Fläche der ersten PUR-Schicht stößt und, wobei die erste PUR-Schicht unter einem Winkel α zur zweiten PUR-Schicht angeordnet ist, wobei der Winkel α größer als 25° ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die zweite PUR-Schicht an der Kontaktfläche zur ersten PUR-Schicht einen Fuß auf, um die Kontaktfläche zwischen erster und zweiter PUR-Schicht zu verbessern.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist es vorgesehen, dass auf der zweiten PUR-Schicht weitere PUR-Schichten abgeschieden sind, wobei die jeweils benachbarten PUR-Schichten untereinander chemisch verbunden sind. Dies führt zu einer deutlich verbesserten mechanischen Stabilität des erfindungsgemäßen Verbundbauteils.
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In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite PUR-Schicht und die weiteren PUR-Schichten eine Dicke von kleiner 1 mm auf, bevorzugt eine Dicke von kleiner 0,5 mm und besonders bevorzugt von kleiner 0,3 mm auf. Durch die geringen Schichtdicken wird eine leichtere Bauweise gewährleistet.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Verbundbauteil ein Schichtverbund mit mindestens 3 Schichten, bevorzugt 4 Schichten und besonders bevorzugt 5 Schichten darstellt.
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Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundbauteils ist es in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, dass die zweite PUR-Schicht und die weiteren PUR-Schichten faserverstärkt sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Außenfläche der ersten PUR-Schicht eine Lackschicht aufweist.
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In der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt PUR-Kunststoffe aus zwei Komponenten Polyol und Isocyanat und bei Bedarf mit Aktivatoren verwendt, denen kurzfaserige Glasfasern beigemengt sind, insbesondere Mikrofasern mit weniger als 500 μm Länge und weniger als 30 μm Durchmesser.
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Für das Nass-in-Gel-Verfahren bzw. die „Nass-in-Gel-Technologie” ist insbesondere der genauere Zeitablauf von besonderer Bedeutung, um mehrlagige, gleichmäßig dünne PUR-Formteile herstellen zu können.
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So wird in eine einflächig polierte Form Schicht für Schicht das flüssig angemischte PUR-Material gesprüht. Darauffolgend wird eine bestimmte Aktivierungszeit tA abgewartet und anschließend eine entsprechende Gelzeit tG. Im Gelzustand folgt dann die aktivierte nächste Schicht. Für jede Schicht können Bearbeitungsfenster von 1 bis 15 Minuten eingestellt werden, wobei lange Bearbeitungsfenster erforderlich sind, wenn das Bauteil komplex zu besprühen ist und viele Umlagerungen erfordern.
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Das heißt, entscheidend ist vor allem hier, dass bei Beginn der Sprühzeit tS der Gelzustand der zuletzt aufgesprühten PUR-Schicht durch die entsprechend eingestellte Temperatur und Zugabe von Aktivatoren erreicht ist.
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Folglich kann nur die „Nass in Gel Technologie” mit mehreren dünnen Teilschichten erreichen, dass werkzeugseitig eine erstklassige lackierfähige Oberfläche entsteht und dass gleichzeitig sprühseitig noch der anbindefähige Gelzustand herrscht.
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Das Werkzeug wird auf einer mehrachsigen Positionierungsvorrichtung, insbesondere einem Drehtisch, so positioniert, dass die zu besprühenden Flächenbereiche jeweils angenähert horizontal stehen. Die Sprühdichte wird so eingestellt, dass in Bereichen, in denen sich das Material fließend ansammelt, weniger aufgesprüht wird.
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Die Herstellung der beiden angesetzten Schichtpakete, die zusammen ein Formteil aus PUR bilden, erfolgt bevorzugt in zwei aneinander folgenden Arbeitsgängen. Zuerst wird die erste Schichtfolge aus 4 bis 6 Teilschichten schrittweise aufgetragen, während Werkzeugteil 2 weggeschwenkt ist und Werkzeugteil 1 ist bevorzugt annähernd waagerecht oder wird so positioniert, dass die besprühte Fläche jeweils bis zur Gelbildung annähernd waagrecht ist. In einem weiteren Schritt wird das Werkzeugteil 2 eingeklappt und dichtend auf die sprühseitig noch plastisch verformbare Oberfläche aus PUR gesenkt, ohne dass es werkzeugseitig Verformungen gibt. Anschließend wird das gesamte Werkzeug 1 und 2 umgelagert, z. B. mit Hilfe eines mehrachsigen Tisches, dann folgt der zweite Arbeitsgang zur Herstellung. Die zu besprühenden Flächen am Werkzeugteil 2 stehen nun bevorzugt waagrecht. Nun wird das Schichtpaket 2 aus PUR, bevorzugt mit Verstärkung durch Mikrofaser oder Kurzfaser aufgesprüht.
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Gewöhnlich erfolgt die Aktivierung des sprühbaren Materials nach Anmischen der zwei Hauptkomponenten mit der Zeitkonstante tA. Diese wird durch Temperatur der noch nicht aushärtenden Materialmischung und Zugabe von Aktivator eingestellt. Bei der Aktivierung wird eine exotherme Reaktion in Gang gesetzt.
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Die Gelierung tritt nach einer bestimmen Zeit tG ein. Diese Zeit kann durch die erhöhte Menge eines Aktivators und durch eine entsprechend erhöhte Temperatur verkürzt werden. Damit kann man den gesamten Gelierungsprozess genau steuern. Weiter bedeutet Gelierung in dem o. g. Prozess auch ein Ansteigen des Schermoduls im Material und auch ein Ansteigen der Viskosität, aber noch keine Hautbildung. Resultierend daraus ist ein Anbinden einer Folgeschicht an die Gelschicht nahtlos möglich.
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Gleichzeitig wird aber vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht die Temperatur der Materialschicht der Werkzeugtemperatur, bevorzugt 60 Grad +/–10 Grad, angeglichen, da ansonsten das Material der Folgeschicht an heißen Stellen zu schnell aushärten würde. Wird die Folgeschicht nun aufgesprüht, so geht das Material den direkten chemischen Kontakt mit der darunter liegenden Schicht ein. Gleichzeitig sind die tieferen Schichten bereits über den Gelzustand hinaus ausgehärtet. Insbesondere ist die tiefste PUR-Schicht am weitesten ausgehärtet.
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Bei dem Verfahren zum Ansprühen einer Verstrebung wird zuerst auf dem ersten Werkzeugverbund (bei Bedarf Werkzeug mit Schiebern) eine mehrlagige PUR-Schicht aufgebracht. Bei Erreichen des Gelzustandes in der letzten PUR-Sprühschicht wird ein zweiter Werkzeugverbund, meist eine einflächige Platte, einer Trajektorie folgend, einbewegt z. B. über Scharnier oder kinematische Kette.
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Der zweite Werkzeugverbund hat eine vergleichsweise schmale Kontaktfläche zur bereits erzeugten PUR-Formteilschicht, die auf dem Werkzeugverbund 1 aufgebracht ist. Dort entsteht eine flüssigkeitsdichte lösbare Verbindung zwischen der PUR-Schicht und der Werkzeugkante.
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Im Kontaktbereich des zweiten Werkzeugteils zur bereits aufgebrachten PUR-Schicht wird die halbfeste PUR-Schicht nur oberflächennah spritzseitig durch die Kante des zweiten Werkzeugs plastisch deformiert, wogegen die dem zweiten Werkzeug abgewandte Fläche der bereits aufgetragenen PUR-Schichten undeformiert bleibt, weil diese Schichten bereits stärker ausgehärtet sind. Nach dem Ansetzen des zweiten Werkzeugverbundes, z. B. der einzuschwenkenden Platte, wird damit begonnen eine zweite Schichtfolge der neuen Oberfläche des zweiten Werkzeugteils folgend aufzuspritzen. Dazu wird das Werkzeugteil 1 mit Werkzeugteil 2 so umgelagert, dass die Werkzeugfläche 2 zum Besprühen fast horizontal steht und mit leichter Neigung zur Grenzlinie zwischen dem Werkzeugteil 2 und der mehrlagigen PUR-Schicht auf dem Werkzeugteil 1 steht.
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Das Aufsprühen der mehrlagigen PUR-Schicht auf die Oberfläche des zweiten Werkzeugs erfolgt analog zu den bereits aufgebrachten PUR-Schichten. Dabei bildet sich im Kontaktbereich zwischen Werkzeugteil 2 und der PUR-Schicht auf Werkzeugteil 1 eine Nahtstruktur. Die Nahtstruktur ist einer optionalen Weiterbildung der Erfindung verdickend ausgebildet.
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Die Abrundung der Werkzeugkante des zweiten Werkzeugteils, beispielsweise mit einem Radius von 10 cm oder 12 cm bewirkt, dass das PUR flüssig und gelartig von der Sprühseite her in die so gebildete hohlkehlige V-Rinne laufen kann, so dass sich Sprühschicht für Sprühschicht eine Kehlnaht aus massivem PUR bildet. Diese stabilisiert die Verbindung der Sprühschichten auf Werkzeugteil 1 mit den Sprühschichten auf Werkzeugteil 2.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der weiteren Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar. Ausführungsbeispiele eines Verbundbauteils nach der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1. Schematische Darstellung eines zusammengesetzten mehrlagigen Formteils ohne eingeklapptem Werkzeug.
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2. Schematische Darstellung eines zusammengesetzten mehrlagigen Formteils mit eingeklapptem Werkzeug.
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3. Schematische Darstellung von zwei Formteilen aus Multilayer-PUR mit Bewegungsvorrichtung.
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4. Schematische Darstellung eines Multilayer-PUR-Formteils mit Befestigungsmodul.
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1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der zwei Formteile 5 aus Multilayer-PUR fugenlos, dicht und mechanisch hoch belastbar verbunden sind, ohne dass auf der Lackseite eine Deformation infolge der Verbindung zu erkennen ist. Dafür wird an dem ersten Formwerkzeug 3 ein kinematisches Bewegungssystem 7 montiert, das ein zweites Formwerkzeug 8 trägt. Die bevorzugte Ausführung benutzt ein Drehgelenk 9, um das der Ausleger, der das zweite Formwerkzeug 8 trägt, geschwenkt werden kann.
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Das zweite Formwerkzeug 8 ist ebenso hochglanzpoliert und kann bei Bedarf mit einem IMC-Coating oder einem besonderen Lack versehen werden. In der bevorzugten Ausführung jedoch wird das zweite Formwerkzeug 8 unbeschichtet blank verwendet, weil damit eine innenliegende, später nicht sichtbare Verstrebung hergestellt wird. Zunächst wird in fünf Schichten mit Hilfe des ersten Formwerkzeuges 2 ein Multilayer-Formkörper 5 aus 2K Polyurethan hergestellt. Dieser Formkörper 5 verbleibt in dem ersten Formwerkzeug 2. Anschließend wird noch vor der vollständigen Aushärtung der PUR-Schichten das zweite Formwerkzeug 8 über die Bewegungsvorrichtung so gegen das erste Formwerkzeug 2 bewegt, dass eine dichtende Fügestelle zwischen zweitem Formwerkzeug 8 und erstem PUR-Multilayer-Formteil 5 entsteht. Besonders bevorzugt trägt das zweite Formwerkzeug 8 an dieser Kontaktlinie eine Dichtung, z. B. aus Silikon.
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In 2 wird weiter gezeigt, dass das erste Formwerkzeug 3, an dem das zweite Formwerkzeug 8 montiert ist, nach der Fertigstellung des ersten Multilayer-PUR-Formteils 5 gemeinsam mittels mehrachsiger Bewegungsvorrichtung 1 geschwenkt wird. Dabei steht die polierte Formfläche 5 des zweiten Formwerkzeuges 8 annähernd waagrecht. Nun wird eine Abfolge von zwei bis fünf Schichten auf das zweite Formwerkzeug 8 gesprüht, wobei im besonders bevorzugten Fall drei Schichten aus PUR gesprüht werden, das mit ultrakurzen Fasern gefüllt ist. Zwischen den Sprühvorgängen härtet die gesprühte Schicht kurz an, ohne jedoch auszuhärten. Das zweite Formwerkzeug 8 ist auf ca. 60 Grad temperiert.
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Bei jedem Sprühvorgang werden pro Quadratmeter ca. XXX Gramm 2K-PUR aufgebracht. Dabei fließt etwas PUR-Harz der Schwerkraft folgend in die Dichtlinie 16 zwischen dem zweiten Formwerkzeug 8 und Formkörper 5. Besonders bevorzugt ist die Dichtkante ballig geformt, so dass im Schnitt betrachtet beiderseits ein Krümmungsradius vorliegt, wobei sich der Formkörper des zweiten Formwerkzeugs 8 zum Multilayer-Formkörper 5 hin verbreitert. Die Verbindung erinnert an eine Schweißnaht, sie entsteht jedoch durch mehrlagiges Aufsprühen von PUR-Harz im Zusammenwirken mit der balligen Dichtkante 17 des zweiten Formwerkzeugs 8.
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Besonders bevorzugt werden beide Formteile 5a und 5b aus Multilayer-PUR gefertigt. Alternativ kann das Formteil 5 aber auch ein auf andere Weise und oder aus anderen Kunststoffen oder Werkstoffen gefertigtes Formteil sein. Es sind auch thermoplastische Formkörper und sogar Formteile aus Metall als Formkörper geeignet. Um eine gute fugenlose und haltbare Anhaftung der Sprühlagen aus PUR zu gewährleisten, wird dann die Fügestelle vor dem Anlegen des zweiten Formwerkzeugs oberflächenbehandelt, z. B. mit Lösungsmitteln wie Aceton. Nach jedem Sprühvorgang wird die Schicht teilweise angehärtet, bis sich eine leichte Haut bildet. Auf diese Weise können bis zu 5 oder mehr Schichten angesprüht werden, je nach gewünschter Wandstärke. Für eine Wandstärke des somit direkt fugenlos angebundenen Formkörpers 3 von ca. 3 mm verwendet man bevorzugt 3 oder 4 Sprühvorgänge.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung, wie in 3 gezeigt, werden zwei Formteile 5a und 5b aus Multilayer-PUR hergestellt. Diese beiden PUR-Formkörper sollen durch einen Formkörper 5c aus Multilayer-PUR verbunden werden. Die beiden Formkörper werden bevorzugt in ihren Werkzeugschalen positioniert. Dann wird das Formwerkzeug 2 eingebracht. Die Bewegungsvorrichtung 15 ist im bevorzugten Fall eine hydraulische Kolbenvorrichtung 15.
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Nach Einbringen des Formwerkzeugs 2 bilden sich zwei Kontaktlinien 12, 13: die erste Kontaktlinie 12 zwischen Formteil 5a und Werkzeug 2 und die zweite Kontaklinie 13 zwischen Formteil 5b und Werkzeug 2. Bevorzugt sind die Kanten des Werkzeuges 2 entlang dieser Dichtlinien ballig geformt, mit einem Radius 10 bis 20 mm.
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Nun wird mit einem mehrachsig beweglichen 2K-PUR-Sprühkopf eine Abfolge von 2 bis 5 Lagen PUR-Harz L0–In aufgesprüht. Die eine Komponente K2 des PUR-Harzes ist bevorzugt mit ultrakurzen Fasern gefüllt. Die Dicke der einzelnen Schichten beträgt ca. 0,5 bis 1,0 mm im flächigen Bereich. Die Dicke der Schichten steigt bis zu 8 mm im Bereich der Fügestellen, infolge des dort zusammen laufenden PUR-Harzes. Während der Sprühvorgänge wird das gesamte Werkzeugsystem so umgelagert, dass die zu besprühenden Flächen bevorzugt horizontal stehen mit Neigung unter 45 Grad, besonders bevorzugt unter 30 Grad. Das Formwerkzeug 2 wird mittels Bewegungsvorrichtung 15 ganz oder nach Teilung abgezogen und es verbleibt die fest und fugenlos angebundene Formwand 14 aus Multilayer-PUR. Die Fügestellen sind infolge der balligen Ausformung der Dichtbereiche des Formwerkzeugs 2 beiderseits verdickt.
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4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Formteils 5 mit einem entsprechenden Befestigungsmodul 9. Dabei wird im ersten Formteil 5 zunächst an den Stellen ein dünnerer Schichtaufbau L0–In erzeugt, an denen danach ein Befestigungsmodul 9 angebracht werden soll. Hierzu wird bei einer der mittleren Sprühlagen des Multilayer-PUR-Formteils die Dicke dieser Sprühlage an der designierten Befestigungsstelle gezielt reduziert.
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Nach dem unvollständigen Aushärten wird das Werkzeug 2 mit Formteil 5 so positioniert, dass das Befestigungsmodul 9 an die designierte Stelle aufgesetzt werden kann. Nun wird in weiteren Schichten um das Befestigungsmodul 9 eine Folge von Multilayer-Schichten aus PUR-Harz aufgesprüht. Das PUR-Harz ist dabei besonders bevorzugt mit Fasern gefüllt und verstärkt.
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Die mechanische Schnittstelle, z. B. Kugelraste 10, Magnetbefestigung 11, Schnäpper 12, bleibt frei ohne PUR-Beschichtung. Dies wird durch eine Abdeckung während der Sprühvorgänge gewährleistet. Nach der Fertigstellung der weiteren PUR-Sprühlagen ist die mechanische Schnittstelle X des Befestigungsmoduls 9 fugenlos und mechanisch fest eingebunden und kann mit hohen Kräften und Momenten belastet werden. Der Übergang X der das Befestigungsmodul 9 umgebenden Befestigungsschichten zu den Formteilschichten des Formteils 5 ist fließend. Auf der Lackseite sind keinerlei Zeichen des Befestigungsmoduls 9 zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine
- 2
- Dreh-/Neigetisch
- 3
- Form
- 4
- Sprühkopf
- 5
- Düse
- 6, 6.1, 6.2, 6.3
- PUR-Formteil
- 7
- Bewegliches Formwerkzeug
- 8
- Drehachse
- 9
- Dichtvorrichtung
- 10, 10.1, 10.2
- Balliger Dichtbereich
- 11
- Stempel
- 12
- Hydraulische Kolbenvorrichtung
- 13
- Befestigungsmodul
- 14
- Anker des Befestigungsmoduls
- L0
- Grundierungs- oder Lackschicht
- L1, L2, L3
- nach Positionierung des beweglichen Formwerkzeugs aufgebrachte PUR-Schichten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10003965 A1 [0002]
- DE 102007051129 A1 [0003]
- DE 102009018131 A1 [0004, 0005]
- EP 0303305 B1 [0006, 0007]
- EP 0389014 B1 [0006]
