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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Innenverkleidungselementen, die mit einem Träger und einer Deckschicht, zwischen denen eine polymere Schaumschicht angeordnet ist, gebildet sind. Solche Innenverkleidungselemente können bevorzugt im Inneren von Fahrzeugen, beispielsweise als Tür-, Dachverkleidungen oder Armaturentafeln eingesetzt werden. Dabei verbessert die polymere Schaumschicht die Haptik der bevorzugt dekorativen Deckschicht, die sich durch ihre Verformbarkeit an die Schaumschicht anlegen kann. Außerdem kann dadurch das Dämmverhalten verbessert werden. Es können so auch Dickenunterschiede des Deckschichtmaterials ausgeglichen werden, die ansonsten als solche sichtbar bleiben würden.
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Bei der Herstellung wird üblicherweise so vorgegangen, dass der Träger und die Deckschicht in ein Formwerkzeug eingesetzt bzw. eingelegt werden. Das Formwerkzeug ist dabei so ausgebildet, dass in seinem Inneren zwischen dem Träger und der Deckschicht ein Hohlraum ausgebildet ist, in den über ein geeignetes Befüllungssystem bevorzugt durch die Formwerkzeughälfte an der der Träger, meistens ein starrer Träger, anliegt ein aufschäumbares Polymer eingebracht wird. Durch einen Energieeintrag, insbesondere eine Erwärmung und/oder die zusätzliche Zufuhr eines Treibmittels wird der Aufschäumprozess des Polymers eingeleitet. Der Aufschäumprozess kann auch mit mehreren chemischen Verbindungen initiiert werden, die chemisch miteinander reagieren und dabei Gase gebildet werden, die ein Schäumen bewirken. Dabei können mindestens zwei chemische Verbindungen, beispielsweise ein mehrfunktionelles Isocyanat (mindestens bi-funktionell) und ein mehrfunktionelles Polyol (mindestens bi-funktionell) eingesetzt werden. Der Aufschäumprozess sollte so lange aufrechterhalten werden, bis der Hohlraum zwischen dem Träger und der Deckschicht ausgefüllt ist. Durch die Volumenvergrößerung des Polymers beim Aufschäumen und dabei gebildete gasförmige Reaktionsprodukte ist es erforderlich diese gasförmigen Reaktionsprodukte und Luft aus dem Formwerkzeuginneren und dem Innenverkleidungselement zumindest zu einem sehr großen Teil zu entfernen.
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Problematisch ist es dabei, dass auch aufschäumendes Polymer aus dem Hohlraum entweicht, wenn Luft und gasförmige Reaktionsprodukte über mindestens eine Durchbrechung nach außen entweichen können. Insbesondere eine zu große Menge an so entweichendem Polymer ist kritisch. Aber auch kleinere Mengen führen zu einem erhöhten Nachbearbeitungsaufwand, da diese entfernt werden müssen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für ausreichende Entlüftung während des Aufschäumprozesses, bei dem der Hohlraum mit Schaum ausgefüllt wird, eine sichere Abdichtung und die Verhinderung eines unerwünschten Austritts von aufgeschäumtem Polymer anzugeben, die zusätzlich einfach realisierbar sein sollten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Träger an einem ersten Formwerkzeugelement und die Deckschicht an einem an dem ersten Formwerkzeugelement gegenüberliegenden zweiten Formwerkzeugelement fixierbar. Die Fixierung kann durch Formschluss erreicht werden. Im Formwerkzeug, das mit dem ersten und zweiten Formwerkzeugelement gebildet ist, ist ein Hohlraum zwischen dem Träger und der Deckschicht ausgebildet, in den ein schäumbares Polymer eingeführt wird. Das schäumbare Polymer kann z.B. über eine weitere Durchbrechung im ersten Formwerkzeugelement eingeführt werden.
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Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Formwerkzeugelement wird während des Aufschäumprozesses vergrößert, so dass sich der Hohlraum während des Aufschäumprozesses ebenfalls vergrößert. Dadurch kann ein entsprechend größeres Volumen und insbesondere eine größere Dicke der ausgebildeten polymeren Schaumschicht erreicht sowie gleichzeitig die aus dem Hohlraum zu entfernende Menge an Luft reduziert werden. Dadurch kann auch eine verbesserte Vorverteilung beim Einspritzvorgang des aufzuschäumenden Polymers erreicht werden.
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Vor dem Beginn des Aufschäumprozesses sollte der Hohlraum ein kleineres Volumen aufweisen, in den das noch flüssige aufzuschäumende Polymer eingefüllt werden kann. Das Volumen sollte dabei bevorzugt so gewählt werden, dass der Hohlraum vom flüssigen Polymer zumindest nahezu vollständig ausgefüllt werden kann. Erst ab Beginn des Aufschäumprozesses sollte das Volumen des Hohlraums durch Vergrößerung des Abstandes der beiden Formwerkzeugelemente vergrößert werden.
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Im Träger und im ersten Formwerkzeugelement ist mindestens eine Durchbrechung für ein Entweichen von Luft und während des Aufschäumprozesses reaktiv gebildete gasförmige Reaktionsprodukte aus dem Hohlraum ausgebildet.
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Die Durchbrechung(en) ist/sind so ausgebildet, dass ein Austreten von Polymer durch einen Selbstverschließungseffekt der Durchbrechung(en) und/oder eine Zwischenschicht, die zwischen dem Träger und dem ersten Formwerkzeugelement angeordnet ist, mittels des Polymers oder zumindest ein temporäres Verschließen der Durchbrechung(en) mit einem Verschlusselement oder einer Ventileinrichtung nach dem Entweichen von Luft und gasförmigen Reaktionsprodukten erreichbar ist.
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Zwischen den äußeren Rändern des Trägers und der Deckschicht kann ein Dichtungselement vorhanden sein, das den Hohlraum radial umschließt und das verhindert, dass Luft und/oder gasförmige Reaktionsprodukte zwischen den äußeren Rändern des Trägers und der Deckschicht entweichen.
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Das Verschließen der Durchbrechung kann mit an sich bekannten Ventilelementen, die beispielsweise wie ein Rückschlagventil ausgebildet sind, erreicht werden. Solche Ventile sollten so ausgebildet sein, dass Luft und gasförmige Reaktionsprodukte aus dem Hohlraum zumindest nahezu vollständig entweichen können. Gelangt aber polymerer Werkstoff in den Bereich der weiteren Durchbrechungen sollten sich diese verschließen lassen.
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Vorteilhaft sollte im Bereich der nach außen weisenden Öffnung(en) der Durchbrechung(en) bevorzugt außerhalb des ersten Formwerkzeugelements ein Unterdruck, der den Austritt von Luft und gasförmigen Reaktionsprodukten unterstützt, mittels einer den Unterdruck erzeugenden Einrichtung eingehalten werden können. Dies kann mit einem Verdichter oder auch unter Nutzung des Venturieffektes erreicht werden. Dadurch können Luft und gasförmige Reaktionsprodukte besser aus dem Bereich außerhalb des Formwerkzeugs und in gezielter Form abgeführt werden.
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Bei der Herstellung von Innenverkleidungselementen kann so vorgegangen werden, dass ein Träger und eine Deckschicht in ein Formwerkzeug so eingelegt werden, dass der Träger an einem ersten Formwerkzeugelement und die Deckschicht an einem zweiten Formwerkzeugelement anliegen. Zwischen dem Träger und der Deckschicht ist so ein Hohlraum ausgebildet worden. Zumindest die Deckschicht kann dabei zwischen den beiden Formwerkzeugelementen klemmend gehalten werden.
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Anschließend wird ein zum Aufschäumen geeignetes Polymer oder ein oder mehrere Komponenten die zu einem Schaum führen, durch im ersten Formwerkzeugelement und dem Träger ausgebildete Öffnungen in den Hohlraum zugeführt. Daraufhin kann ein Aufschäumprozess der chemisch miteinander reagierenden Komponenten oder ein Aufschäumprozess des Polymers durch einen Energieeintrag und/oder zugeführtes Treibmittel eingeleitet werden. Dabei werden der Abstand zwischen den Formwerkzeugelementen und gleichzeitig das Volumen des Hohlraums vergrößert. Mittels der mindestens einen durch den Träger und das erste Formwerkzeugelement sowie eine ggf. vorhandene Zwischenschicht geführten Durchbrechung können die im Hohlraum enthaltene Luft und beim Aufschäumprozess gebildete gasförmige Reaktionsprodukte nach außen entweichen. Sie werden dabei infolge der Volumenvergrößerung des aufschäumenden Polymers aus dem Hohlraum verdrängt.
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Möglichst kurz vor dem vollständigen Entweichen der Luft und der gasförmigen Reaktionsprodukte sollte(n) die Durchbrechung(en) verschlossen werden, um ein Entweichen von Polymer aus dem Hohlraum zu vermeiden. Der Verschluss sollte zumindest aber so erreicht werden, dass wenn überhaupt nur eine kleine Menge an Polymer aus dem Hohlraum und dann über die nach außen weisende Oberfläche des Trägers gelangen kann.
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Nachfolgend sollen alternative Möglichkeiten dazu erläutert werden.
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So kann eine Ventileinrichtung, die mit einem im Bereich der Öffnung der jeweiligen Durchbrechung in Ausströmrichtung bewegbar angeordneten Abdichtelement und einem darüber angeordneten Dichtelement gebildet ist, oberhalb einer nach außen weisenden Öffnung einer Durchbrechung angeordnet sein. Die Ausströmrichtung ist die Richtung der ausströmenden Luft und/oder der gasförmigen Reaktionsprodukte, also die Richtung von innerhalb des Hohlraums nach außen. Dabei können ein Abdichtelement eine Kugel, ein kegel- oder ein kegelstumpfförmiges Element und das Dichtelement ein kreisringförmiges Dichtelement sein. Durch eine entsprechende Bewegung des Abdichtelements kann das Dichtelement verschlossen werden. So kann eine Kugel, ein kegel- oder ein kegelstumpfförmiges Element das Innere einer Bohrung eines Dichtelements verschließen. Die Bewegung sollte in einer Führung erfolgen, um eine seitliche Bewegung des Abdichtelements zu verhindern.
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Vorteilhaft sollte ein Abdichtelement eine Eigenmasse aufweisen, die ein Entweichen von Luft und gasförmigen Reaktionsprodukten durch eine Bewegung des Abdichtelements, die zur Freigabe der Öffnung der jeweiligen Durchbrechung führt, ermöglicht. Dabei kann die Bewegung des Abdichtelements infolge der aus dem Hohlraum ausströmenden Luft und gasförmigen Reaktionsprodukte erreicht werden. Diese Bewegung kann mit einem oberhalb der Öffnung eingehaltenen Unterdruck unterstützt werden. Mit einem dort eingestellten Unterdruck kann auch die Entfernung von Luft und reaktiv gebildeten Gasen aus der Umgebung des Formwerkzeugs gezielt unterstützt werden kann, unterstützt werden. Vorteilhaft sollte das Abdichtelement vertikal angeordnet sein, wodurch die Gravitationskraft auf das Abdichtelement in die Richtung der Durchbrechung im Formwerkzeugelement wirkt. Die Eigenmasse eines Abdichtelements sollte aber unter Berücksichtigung des freien Querschnitts der äußeren Öffnung der Durchbrechung(en) und des Volumenstroms der austretenden Luft und gasförmigen Reaktionsprodukte so groß sein, dass eine selbsttätige Begrenzung der Bewegung des Abdichtelements erreicht und verhindert wird, dass das Abdichtelement das Dichtelement verschließt, bevor es zu einem Austritt von Polymer aus dem Hohlraum kommt. Das unerwünschte frühzeitige Verschließen der jeweiligen Durchbrechung kann auch durch die Anwendung eines Ventils, das bei nur geringem oder gar keinem Überdruck im Hohlraum nicht vollständig geschlossen ist und das während des Aufschäumprozesses Luft und/oder gasförmige Reaktionsprodukte durchlässt, vermieden werden.
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Ein Abdichtelement sollte so ausgebildet sein, dass es mittels aus dem Hohlraum austretendem Polymer gegen den Dichtsitz des Dichtelements bewegbar ist und dabei die Öffnung des Dichtelements verschließt.
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Die beiden Formwerkzeugelemente sollten während des Aufschäumprozesses soweit voneinander weg bewegt werden, dass eine ausreichende Innenvolumenvergrößerung zwischen dem Träger und der Deckschicht erreicht wird, und dabei der Hohlraum zwischen Träger und Deckschicht mit dem aufgeschäumten Polymer zumindest nahezu vollständig ausgefüllt werden kann.
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Zum Einführen des Polymers können an sich bekannte Befülleinrichtungen, die bevorzugt dosierbar sind, eingesetzt werden.
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Bei der Erfindung können sämtliche für die Herstellung von Innenverkleidungselementen an sich bekannten Materialien, insbesondere für den Träger, die Deckschicht und den Schaum eingesetzt werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 in einer geschnittenen Teilansicht ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der ein Träger und eine Deckschicht in einem Formwerkzeug aufgenommen sind, vor dem Aufschäumprozess;
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2 das in 1 gezeigte Beispiel während des Aufschäumprozesses;
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3 eine geschnittene Teilansicht eines weiteren Beispiels während des Austritts von Luft und gasförmigen Reaktionsprodukten;
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4 eine geschnittene Teilansicht des Beispiels nach 3 mit verschlossener Durchbrechung;
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5 eine Schnittdarstellung durch ein Formwerkzeug mit darin angeordnetem Träger und Deckschicht, vor dem Befüllen mit aufschäumbarem Polymer und vor dessen Aufschäumung und
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6 eine Schnittdarstellung gemäß 5 nach dem Aufschäumen des Polymers.
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Mit der in 1 in Schnittdarstellung gezeigten Teilansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird deutlich, wie eine Deckschicht 2 an einer inneren Oberfläche eines zweiten Formwerkzeugelements 5 und ein Träger 1 aus starrem Kunststoff an der inneren Oberfläche eines ersten Formwerkzeugelements 4 anliegen. Zwischen Träger 1 und Deckschicht 2 ist ein Hohlraum 6 ausgebildet. In den Hohlraum 6 wurde ein aufschäumbares Polymer 3.1 eingebracht. Dabei wurde das eingebrachte Polymervolumen so gewählt, dass nach dem vollständigen Aufschäumen des Polymers der Hohlraum 6 vollständig mit der polymeren Schaumschicht 3 ausgefüllt worden ist. Dies soll unter Berücksichtigung der Bewegung mindestens eines der Formwerkzeugelemente 4 bzw. 5, in diesem Fall des ersten Formwerkzeugelements 4, die mit den Pfeilen angedeutet ist, die zu einer Vergrößerung des Hohlraumvolumens führt, durchgeführt werden.
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Bei dem gezeigten Beispiel ist am äußeren Rand der Deckschicht 2 ein Dichtungselement 7 angeordnet, das über den gesamten äußeren Umfang der Deckschicht 2 ausgebildet ist. Bei diesem Beispiel ist das Dichtungselement 7 aus einem flexibel verformbaren Polymer gebildet.
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Im ersten Formwerkzeugelement 4 und dem Träger 1 sind Durchbrechungen 8 ausgebildet, von denen lediglich eine dargestellt ist. An den Durchbrechungen 8 ist jeweils eine Ventileinrichtung 9 vorhanden. Die Ventileinrichtung ist bei diesem Beispiel mit einer Kugel als Abdichtelement 9.1 und einem kreisringförmigen Dichtelement 9.2 gebildet, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Kugel als Abdichtelement 9.1 weist eine Eigenmasse auf, die es ermöglicht, dass infolge des im Formwerkzeug während des Aufschäumprozesses wirkenden erhöhten Druckes und des Ausströmens von Luft und reaktiv gebildeten Gasen diese Kugel 9.1 soweit angehoben werden kann, dass Luft und reaktiv gebildete Gase durch die weiteren Durchbrechungen 8 entweichen können und die Kugel 9.1 dabei nicht am Dichtelement 9.2 anliegt, so dass die Luft und reaktiv gebildeten Gase durch das Dichtelement 9.2 nach außen entweichen können. Das Entweichen der Luft und der reaktiv beim Aufschäumen gebildeten Gase kann durch einen an der Ventileinrichtung 9 wirkenden Unterdruck gefördert werden, wie dies mit den Pfeilen angedeutet ist. Der Unterdruck kann bevorzugt durch den Venturieffekt erreicht werden.
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In 2 ist gezeigt, dass das erste Formwerkzeugelement 4 während des Aufschäumprozesses angehoben wird, wie dies mit den vertikal ausgerichteten Pfeilen anschaulich gemacht worden ist. Dadurch vergrößert sich das Innenvolumen, das mit der polymeren Schaumschicht 3 ausgefüllt werden soll. Gelangt aufschäumendes Polymer während des Aufschäumprozesses durch eine weitere Durchbrechung 8 und trifft auf die Kugel 9.1 wird diese gegen das Dichtungselement 9.2 bewegt und dadurch die Ventileinrichtung 9 verschlossen, so dass kein Polymer austreten kann. Das Dichtungselement 9.2 kann dazu bevorzugt eine konisch ausgebildete ringförmige Dichtfläche aufweisen, die auf den Außenradius der Kugel 9.1 abgestimmt sein sollte. Ein Abdichtelement 9.1 kann aber auch kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein und mit dem sich konisch verjüngenden Teil in die Öffnung des Dichtelements 9.2 zum vollständigen Abdichten eingeführt werden.
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Die 2 zeigt, wie nach dem zumindest nahezu vollständigen Entweichen von Luft und den reaktiv gebildeten Gasen das Abdichtelement 9.1 vom durch die Durchbrechung 8 austretenden Polymer 3.1 verdrängt und dadurch gegen das Dichtelement 9.2 bewegt und gepresst wird, so dass die Ventileinrichtung 9 vollständig verschlossen wird. So kann ein unerwünschter Austritt von Polymer 3.1 vermieden werden.
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Die 3 zeigt, wie Luft und andere Gase aus dem Hohlraum 6 durch die Verdrängung des aufschäumenden Polymers 3.1 über die durch den Träger 1 und das erste Formwerkzeugelement 4 ausgebildete Durchbrechung 8 nach außen austreten können.
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Füllt das aufgeschäumte Polymer 3 den Hohlraum 6 vollständig aus und es hat zumindest den größten Teil der Luft und reaktiv gebildeten Gase aus dem Hohlraum 6 verdrängt, gelangt Polymer 3.1 in die Durchbrechung 8 und füllt diese sukzessive aus. Dabei kann ein Selbstverschliesseffekt den Austritt von Polymer 3.1 nach außen verhindern, in dem wie gezeigt, Polymer innerhalb der Durchbrechung 8 ausreichend aushärtet oder polymerisiert, so dass es nicht mehr fließfähig ist und einen „Stopfen“ als Verschluss für die Durchbrechung 8 bildet.
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Dies kann aber dadurch zumindest unterstützt werden, indem wie in den 3 und 4 angedeutet, zwischen Träger 1 und dem hier nicht gezeigten ersten Formwerkzeugelement 4 eine elastisch und/oder plastisch verformbare Zwischenschicht 12 angeordnet werden kann. Zum Austreiben von Luft und gasförmigen Reaktionsprodukten ist mindestens eine Durchbrechung, die in der Zwischenschicht 12 ausgebildet ist und mit den Durchbrechungen 8 im Träger 1 und ersten Formwerkzeugelement 4 kommuniziert, vorhanden.
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Die Durchbrechung und insbesondere die an der Außenseite des ersten Formwerkzeugelements 4 angeordnete Öffnung der Durchbrechung sollte einen freien Querschnitt aufweisen, so dass eintretender Schaum durch seine Reaktion die Durchbrechung selbst verschließen kann.
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So kann beispielsweise aber auch eine elastisch verformbare Zwischenschicht 12 mittels von außen wirkenden Zugkräften aufgespannt werden, so dass sich der freie Querschnitt der in ihr ausgebildeten Durchbrechungen vergrößert und ein Austritt von Luft und anderen Gasen möglich ist. Nach dem Aufheben der Zugkraftwirkung kann der freie Querschnitt der in der Zwischenschicht 12 ausgebildeten Durchbrechungen reduziert oder diese Durchbrechungen vollständig geschlossen werden. Dies sollte dann erfolgen, wenn Polymer aus dem Hohlraum 6 austritt.
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Der gleiche Effekt kann aber auch durch ein Zusammenpressen der Zwischenschicht 12 von zwei gegenüberliegenden Seiten erreicht werden. Dabei kann der Träger 1 gegen die ihm zugwandte Oberfläche des ersten Formwerkzeugelements 4 gedrückt werden.
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Die Durchbrechungen in der Zwischenschicht 12 können infolge einer so erreichbaren elastischen und/oder plastischen Verformung zumindest soweit verschlossen werden, dass Polymer 3.1 an einem Durchtritt durch die Zwischenschicht 12 nach außen weitestgehend bevorzugt aber vollständig gehindert wird.
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In den 3 und 4 ist auf die Darstellung des ersten Formwerkzeugelements 4 verzichtet worden, das oberhalb der Zwischenschicht 12 angeordnet ist.
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In 5 ist das Formwerkzeug mit dem ersten und dem zweiten Formwerkzeugelement 4 und 5 gezeigt. Im Inneren des geschlossenen Formwerkzeugs sind wieder der Träger 1 und die Deckschicht 2 so aufgenommen, dass ein Hohlraum 6 ausgebildet ist. Durch das erste Formwerkzeugelement 4 und den Träger 6 ist ein Einfüllstutzen einer Befülleinrichtung 10 bis in den Hohlraum 6 geführt. Mit der Befülleinrichtung 10 kann aufschäumbares Polymer 3.1 in den Hohlraum in dosierter Form eingebracht werden.
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Beim Aufschäumprozess vergrößert sich das Volumen des aufschäumbaren Polymers 3.1 und es bilden sich Poren aus. Der Aufschäumprozess kann durch einen Energieeintrag und/oder die Zufuhr eines Treibmittels in den Hohlraum 6 initiiert werden.
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Gleichzeitig werden die Formwerkzeugelemente 4 und 5 auseinander bewegt, so dass sich der mit dem aufschäumenden Polymer befüllte Hohlraum 6 vergrößert. Der Aufschäumprozess ist mit 6 verdeutlicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- starrer Träger
- 2
- Deckschicht
- 3
- polymere Schaumschicht
- 3.1
- aufschäumbares Polymer
- 4
- erstes Formwerkzeugelement
- 5
- zweites Formwerkzeugelement
- 6
- Hohlraum
- 7
- Dichtungselement
- 8
- Durchbrechung
- 9
- Ventileinrichtung
- 9.1
- Abdichtelement
- 9.2
- Dichtelement
- 10
- Befülleinrichtung
- 11
- Verschlusselement
- 12
- Zwischenschicht
