DE102017007098A1

DE102017007098A1 - Schieber für ein Schäumwerkzeug

Info

Publication number: DE102017007098A1
Application number: DE102017007098.9A
Authority: DE
Inventors: Dominik Hertenstein; Torsten Schindler; Klaus Fischer
Original assignee: Ruch Novaplast Co KG GmbH; RUCH NOVAPLAST GmbH and CO KG
Current assignee: Ruch Novaplast De GmbH
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schieber für ein Schäumwerkzeug sowie ein Schäumwerkzeug mit einem erfindungsgemäßen Schieber. Das Schäumwerkzeug umfasst eine Werkzeugkavität bestehend aus mindestens zwei Teilwerkzeugen. Der erfindungsgemäße Schieber umfasst eine oder mehrere rotierende Scheiben, die die Werkzeugkavität des Schäumwerkzeugs im Füllvorgang in verschiedene Dichtesegmente trennen, um die Herstellung von komplexen, mehrdichtigen Bauteilen zu ermöglichen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen aus Segmenten unterschiedlicher Dichte und/oder Materialien unter Verwendung eines Schäumwerkzeugs mit einem erfindungsgemäßen Schieber.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schieber für ein Schäumwerkzeug sowie ein Schäumwerkzeug mit einem erfindungsgemäßen Schieber, wobei der Schieber eine oder mehrere rotierende Scheiben umfasst, die die Werkzeugkavität des Schäumwerkzeugs im Füllvorgang in verschiedene Dichtesegmente trennen, um die Herstellung von komplexen, mehrdichtigen Bauteilen zu ermöglichen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen aus Segmenten unterschiedlicher Dichte und/oder Materialien unter Verwendung eines Schäumwerkzeugs mit einem erfindungsgemäßen Schieber.
Vorrichtungen zum Schäumen von Bauteilen für unterschiedlichste Anwendungen, beispielsweise im Automobilbau und im Bereich von Transportverpackungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden bevorzugt eingesetzt aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften wie geringes Gewicht, gute Stoß-Absorption, Belastbarkeit und Haltbarkeit. Entsprechende Vorrichtungen zur Herstellung von geschäumten Bauteilen sind beispielsweise in der DE 10 2004 008 412 A1 und der DE 10 2005 026 730 A1 beschrieben.
Schäumwerkzeuge weisen eine Werkzeugkavität auf, die üblicherweise durch das Zusammenfahren von zwei Teilwerkzeugen gebildet wird, die jeweils eine Teilkavität besitzen. In die so gebildete Werkzeugkavität werden über einen Zuführkanal Kunststoff- oder Schaumstoffpartikel eingebracht, die durch Beaufschlagung mit vorzugsweise gesättigtem Heißdampf aufgeschäumt und/oder versintert werden. Die Kunststoffpartikel sind beispielsweise aus EPP (expandiertes Polypropylen) oder aus EPS (expandiertes Polystyrol). In der Vorrichtung befindet sich eine Dampfkammer, die mit Heißdampf versorgt wird, der in die Werkzeugkavität eingebracht werden kann, um die darin befindlichen Kunststoffpartikel zu Verschweißen oder zu Versintern. Für die Verschweißung bzw. das Versintern von EPP liegt die notwendige Temperatur bei ca. 160°C, von EPS ca. bei 120°C.
Die Werkzeugkavität bildet die äußeren Konturen des herzustellenden Bauteils. Nach Aushärtung des Schaums in der Werkzeugkavität, die üblicherweise durch Zuführung von Kühlfluid und Abkühlung bspw. auf 80°C beschleunigt wird, liegt ein fertiges Bauteil vor, das nach dem Auseinanderfahren der Teilwerkzeuge aus der Vorrichtung entnommen bzw. entformt werden kann.
Zur Herstellung von Bauteilen, die aus unterschiedlichen Segmenten mit mehreren Formteildichten bestehen, wie bspw. Automobilpralldämpfer, an die unterschiedliche Anforderungen gestellt werden, war es bisher üblich, verschiedene separat geschäumte Bauteile unterschiedlicher Formteildichten in einen Träger einzuclipsen, einzukleben oder anderweitig zu befestigen.
Bekannte Herstellungsverfahren ermöglichten es jedoch auch, solche Bauteile in sogenannten Mehrdichtewerkzeugen einstückig zu produzieren. Dabei werden in einer Werkzeugkavität im Regelfall mittels pneumatischen Zylindern in der Entformrichtung keilförmige Schieber zur Abtrennung der Dichtesegmente während des Füllprozesses eingefahren. Über diese keilförmigen Schieber können Volumenbereiche der Werkzeugkavität blockiert oder freigegeben werden, um die Formgebung des durch den Schäumvorgang herzustellenden Bauteils zu beeinflussen. So ist es insbesondere bei der Herstellung eines hinterschnittigen Bauteils notwendig, durch entsprechende Schieber den Hinterschnitt in der Werkzeugkavität festzulegen. Beispielsweise beschreibt die DE 20 2013 103 236 U1 ein Schäumwerkzeug mit zwei Schieberteilen und einem Keil, der vom Schäumhohlraum weg translatorisch verschiebbar am Schieber angeordnet ist und das erste Schieberteil hintergreift.
Nach dem Füllvorgang, werden diese Schieber zurückgezogen und die Kunststoffpartikel mittels Dampf verschäumt bzw. versintert und nach der Abkühlung und Verfestigung entnommen bzw. entformt.
Bei komplexen Geometrien müssen die üblichweise 3-6 mm breiten keilförmigen Schieber auf der Gegenseite eintauchen. Damit beim Zurückziehen kein Material durch die Öffnung in die dahinterliegende Dampfkammer der Vorrichtung fallen kann, muss über ein Federelement die Kontur wieder bündig angeschlossen werden.
Diese Technik ist sehr störanfällig und führt oftmals zu erheblichen Produktionsausfällen, da sich regelmäßig Material in den Schiebern verklemmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Schieber für ein Schäumwerkzeug und ein verbessertes Schäumwerkzeug mit einem entsprechenden Schieber bereitzustellen, um einen geringeren Verschleiß und Wartungsaufwand sowie eine störungsärmere Produktion zu ermöglichen.
Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung von aus Kunststoffpartikeln bestehenden komplexen Bauteilen unterschiedlicher Segmentdichten und/oder Materialien geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch die Ausgestaltung eines Schiebers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass anstatt der bisher üblichen keilförmigen Schieber eine beweglich Scheibe an einem oder mehreren rotierbaren Schiebern eingesetzt werden, die die Werkzeugkavität im Füllvorgang in verschiedene Dichtesegmente trennen. Erfindungsgemäße Scheiben können nahezu kreisrunde Platten bzw. Platten, deren Außenkontur sich einer Kreisform annähert sein. Sie können aber auch andere Konturen aufweisen, die der Werkzeugkavität angepasst sind. Sie werden komplett in einer Werkzeugkavität aufgenommen. Die sogenannten Scheiben sind mit Ausnehmungen versehen, die die Segmentkonturen bilden. Die bei geschlossener Position des mindestens einen Schiebers gebildeten Segmente können mit Materialien gefüllt werden, vorzugsweise mit unterschiedlichen Materialien. Nach dem Füllvorgang wird die mindestens eine Scheibe um 90-180°, vorzugsweise um 130° gedreht, um die Kontur freizusparen, damit die Bedampfung der eingefüllten Materialien und spätere Entformung stattfinden kann.
Diese einfache mechanische Lösung bringt Vorteile des geringeren Verschleißes und Wartungsaufwands sowie einer störungsärmeren Produktion und kann im Prinzip an allen Schäumwerkzeugen und Schäumautomaten angewendet werden.
Erfindungsgemäße Rotationsschieber beinhalten eine Scheibe einer Materialstärke von 0,5 - 3 mm, vorzugsweise von 1 mm Stärke, und bestehen vorzugsweise aus einem nicht-rostenden metallischen Werkstoff wie beispielsweise Edelstahl oder Messing oder aus einem temperaturstabilen Hochleistungskunststoff. Die Dimensionierung der Schieberscheibe ist dabei abhängig von dem Volumen bzw. der Tiefe der Werkzeugkavität. Je tiefer die Kavität, desto größer ist die Dimensionierung der Scheibe zu wählen. Die Scheibe des Schiebers ist mit Ausnehmungen versehen, die das Innenvolumen der Werkzeugkavität in gewünschte Segmente unterteilen. Die mindestens eine Scheibe ist austauschbar befestigt.
Die rotierbare Scheibe des Schiebers ist vorzugsweise an einem Antriebskranz befestigt, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Schieberscheibe übereinstimmt und dessen Außenkontur teilweise der Außenkontur der Schieberscheibe folgt, und der über ein Umlenkzahnrad mit einer Zahnstange verbunden ist, die an einer Führung am Schäumwerkzeug befestigt ist. Ein pneumatischer Zylinder dient als Antrieb der Mechanik, die senkrecht nach oben und nach unten verfahren werden kann. Dabei greifen Zähne der Zahnstange in die Zähne des Umlenkzahnrads ein, dessen Zähne wiederum in Zähne des Antriebskreuzes eingreifen, an dem die Scheibe des Schiebers angebracht ist und so in eine Kreisbewegung gezwungen wird, insbesondere eine gleichförmige Kreisbewegung. Beim Herunterfahren der Mechanik wird der Rotationsschieber mit demselben Prinzip über eine entgegen gesetzte Kreisbewegung in die geschlossene Position gebracht zum Füllen der Werkzeugkavität mit Kunststoffpartikeln. Im geschlossenen Zustand findet die Füllung statt, indem in die über den mindestens einen Rotationsschieber segmentierte Werkzeugkavität Kunststoffpartikel eingeleitet werden. Nach kompletter Füllung der Werkzeugkavität erfolgt über Ausnehmungen eine Öffnung zur Versinterung und Entformung.
Beim darauf folgenden Herauffahren der Trägerplatte wird der Rotationsschieber um 90-180°, vorzugsweise um 130° gedreht und in eine offene Position überführt zur Verschweißung bzw. Versinterung der Kunststoffpartikel und die spätere Entformposition. Beim Drehen der Scheibe läuft diese durch eine Nut eines der Teilwerkzeuge, vorzugsweise der Kernseite. Die Nut ist angepasst an die Stärke der Schieberscheibe und hat eine Breite von 0,5 - 3,2 mm, vorzugsweise von 1,2 mm.
Beim Herauffahren bzw. Drehen der Scheibe in die geöffnete Position, kann kein Material durch die Öffnung in die dahinterliegende Dampfkammer der Vorrichtung fallen.
Je nach Werkzeugaufbau können die Teilwerkzeuge in mehrere Werkzeugsegmente unterteilt sein, die separat voneinander temperiert, d. h. erwärmt und/oder gekühlt werden können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rotationsschieber bzw. die Scheibe des Schiebers ferner einen Sensor und einen Empfänger, insbesondere eine Steuereinheit auf, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Position des Schiebers zu identifizieren und an den Empfänger, insbesondere an die Steuereinheit zu übermitteln.
Damit könnten beispielsweise Positionen der rotierbaren Scheibe des Schiebers festgestellt werden, um Beschädigungen des Schäumwerkzeugs zu vermeiden bzw. die Prozesssicherheit bei Verwendung mehrerer Schieber mit solchen Scheiben für unterschiedliche Segmente sicherzustellen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte anstatt Verwendung einer Zahnstange, der Zylinder als unmittelbarer Antrieb der Schieberscheibe dienen, wodurch ein geringerer Drehwinkel verwirklicht werden könnte. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, den Antrieb der Schieberscheibe über eine Zahnradschnecke und einen Elektroantrieb zu verwirklichen.
Weiterhin ist es möglich, dass jeder Schieber über einen eigenen Antrieb bewegt wird oder dass beispielsweise ein Antrieb mindestens zwei Schieber bewegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004008412 A1 [0003]
DE 102005026730 A1 [0003]
DE 202013103236 U1 [0007]

Claims

Schieber für ein Schäumwerkzeug mit einer Werkzeugkavität, die aus mindestens zwei Teilwerkzeugen gebildet wird, die jeweils eine Teilkavität besitzen, und mindestens einem Zuführungskanal für Kunststoffpartikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber eine Scheibe aufweist, die aus einer Platte besteht und von der Werkzeugkavität des Schäumwerkzeugs vollständig aufgenommen ist, und wobei das Schäumwerkzeug einen Antrieb aufweist, der eine rotierende Bewegung der Scheibe bewirkt.
Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe Ausnehmungen aufweist.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe an einem Antriebskranz befestigt ist, der über ein Umlenkzahnrad mit einer lotrechten Zahnstange verbunden ist, so dass eine senkrechte Bewegung der Zahnstange in eine Rotationsbewegung des Antriebskranzes und damit der Scheibe umgelenkt wird.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe innerhalb der Werkzeugkavität um 90-180° drehbar gelagert ist und in eine erste geschlossene Position und eine zweite geöffnete Position überführt werden kann.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe beim Drehen durch eine Nut eines der Teilwerkzeuge läuft.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe aus einer Platte aus einem metallischen Werkstoff oder einem Hochleistungskunststoff besteht.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Scheibe austauschbar am Schieber befestigt ist.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Scheibe mit mindestens einem Sensor ausgestattet ist, der Messwerte an einen Empfänger übermitteln kann.
Schäumwerkzeug mit einer Werkzeugkavität, die aus mindestens zwei Teilwerkzeugen gebildet wird, die jeweils eine Teilkavität besitzen, und mindestens einem Zuführungskanal für Kunststoffpartikel, dadurch gekennzeichnet, dass das Schäumwerkzeug mit mindestens einem Schieber ausgestattet ist, der eine Scheibe aufweist, die aus einer Platte besteht und in der Werkzeugkavität des Schäumwerkzeugs vollständig aufgenommen ist und von einem Antrieb im Schäumwerkzeug in eine rotierende Bewegung versetzt werden kann.
Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen aus mindestens zwei Segmenten, wobei in einem Schäumwerkzeug bestehend aus Teilwerkzeugen mit jeweils einer Teilkavität, die eine Werkzeugkavität bilden, und einem Zuführungskanal für Kunststoffpartikel, einem Dampfkanal und mindestens einem Schieber mit einer Scheibe, die aus einer Platte besteht, die Scheibe des Schiebers über einen Antrieb in eine erste geschlossene Position gebracht wird, anschließend Kunststoffpartikel über einen Zuführungskanal in die Werkzeugkavität geleitet werden, um diese vollständig auszufüllen, danach die Scheibe über den Antrieb in eine zweite geöffnete Position gebracht wird und anschließend über den Dampfkanal Heißdampf in die Werkzeugkavität eingebracht wird, mittels dessen die Kunststoffpartikel verschweißt oder versintert werden.