DE102020204876A1 - Method for producing a component comprising a rigid foam, as well as a device for carrying out the method and a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils, insbesondere eines Partikelschaumbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Kavität (10) mit einer Vielzahl von Kunststoffkörpern (100) befüllt wird und zumindest eine wenigstens abschnittsweise eine Kavitätsbegrenzung ausbildende Wandung (20, 30) wenigstens bereichsweise erwärmt wird, von der Wandung (20, 30) Wärme auf die Kunststoffkörper (100) übertragen wird und die Kunststoffkörper (100) bedingt durch die über die Wandung (20, 30) im Wesentlichen mittels Wärmeleitung zugeführte Wärme zumindest teilweise, insbesondere wenigstens an Oberflächenbereichen, anschmelzen und sich durch Ausbildung von stoffschlüssigen Verbindungen zwischen benachbarten Kunststoffkörpern (100) zu einem Gesamtkörper verbinden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing a component comprising a rigid foam, in particular a particle foam component for a motor vehicle, in which a cavity (10) is filled with a multiplicity of plastic bodies (100) and at least one wall (20, 30) which at least in sections forms a cavity boundary ) is heated at least in areas, heat is transferred from the wall (20, 30) to the plastic body (100) and the plastic body (100) is at least partially, in particular, due to the heat supplied via the wall (20, 30) essentially by means of thermal conduction at least on surface areas, and melt through the formation of cohesive connections between adjacent plastic bodies (100) to form an overall body. The invention also relates to a device (1) for carrying out the method according to the invention and to a motor vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend ein einen Hartschaum umfassendes Bauteil hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.The invention relates to a method for manufacturing a component comprising a rigid foam, a device for performing the method for manufacturing a component comprising a rigid foam, and a motor vehicle comprising a component comprising a rigid foam manufactured according to the method according to the invention.
Bauteile aus einem Hartschaum sind insbesondere wegen ihres geringen Gewichts und hohen Festigkeiten im Leichtbau von besonderer Bedeutung. Typischerweise werden Hartschaum-Bauteile, die auch als Partikelschaumbauteile bezeichnet werden, dadurch hergestellt, dass ein Dampf in eine mit Kunststoffkörpern befüllte Werkzeugkavität eingeführt wird, so dass die Kunststoffkörper erwärmt werden und zu einem Kunststoffkörper-Verbund verschmelzen.Components made from a rigid foam are particularly important in lightweight construction because of their low weight and high strength. Hard foam components, which are also referred to as particle foam components, are typically produced by introducing steam into a mold cavity filled with plastic bodies, so that the plastic bodies are heated and fuse to form a plastic body composite.
Es besteht das Bestreben, derartige Herstellungsprozesse möglichst kosteneffizient zu gestalten. Neben der Prozessführung betrifft dies auch die zur Durchführung derartiger Herstellungsprozesse erforderlichen Werkzeuge.There is an effort to make such manufacturing processes as cost-effective as possible. In addition to process management, this also applies to the tools required to carry out such manufacturing processes.
Es ist üblich die für das Verschmelzen der Kunststoffkörper notwendige Energie in die Werkzeugkavität mittels eines gasförmigen Wärmeträgermediums direkt einzubringen, wobei es sich bei dem Wärmeträgermedium typischerweise um einen Wasserdampf handelt.It is customary to introduce the energy necessary for fusing the plastic bodies directly into the mold cavity by means of a gaseous heat transfer medium, the heat transfer medium typically being a water vapor.
Die Verwendung von Wasserdampf als direkt in die Kavität einzuspeisendes Wärmeträgermedium bedingt eine hohe Druckfestigkeit des Werkzeugs. Dies wirkt sich typischerweise auch auf die Werkzeugkosten aus. Auch ist es in einer solchen Verfahrensvariante unter der Verwendung von Wasserdampf technologisch schwierig, elektronische Komponenten in das Hartschaum-Bauteil zu integrieren, ohne diese temperatur- und/oder feuchtigkeitsbedingt zu beschädigen.The use of water vapor as a heat transfer medium to be fed directly into the cavity requires the tool to have high compressive strength. This typically also has an impact on tool costs. In such a variant of the method using steam, it is also technologically difficult to integrate electronic components into the rigid foam component without damaging them as a result of temperature and / or moisture.
Es sind verschiedene Verfahren und Werkzeuge zur Herstellung von Partikelschaumbauteilen bekannt.Various methods and tools for producing particle foam components are known.
Die
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche effizient und kostengünstig die Herstellung von Hartschaum umfassenden Bauteilen ermöglichen.The present invention is based on the object of providing a method and a device which enable components comprising rigid foam to be produced efficiently and cost-effectively.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils gemäß Anspruch 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils gemäß Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2-5 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den Unteransprüchen 7-9 aufgezeigt. Ergänzend wird ein Kraftfahrzeug, umfassend ein einen Hartschaum umfassendes Bauteil, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.The object is achieved according to the invention by a method for producing a component comprising a hard foam according to
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils, insbesondere eines Partikelschaumbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Kavität mit einer Vielzahl von Kunststoffkörpern befüllt wird und zumindest eine wenigstens abschnittsweise eine Kavitätsbegrenzung ausbildende Wandung wenigstens bereichsweise erwärmt wird. Von der Wandung wird Wärme auf die Kunststoffkörper übertragen, so dass die Kunststoffkörper bedingt durch die über die Wandung im Wesentlichen mittels Wärmeleitung zugeführte Wärme zumindest teilweise, insbesondere wenigstens an Oberflächenbereichen, anschmelzen und sich durch Ausbildung von stoffschlüssigen Verbindungen zwischen benachbarten Kunststoffkörpern zu einem Gesamtkörper verbinden.A first aspect of the invention is a method for producing a component comprising a rigid foam, in particular a particle foam component for a motor vehicle, in which a cavity is filled with a plurality of plastic bodies and at least one wall that forms a cavity boundary at least in sections is heated at least in regions. Heat is transferred from the wall to the plastic body, so that the plastic body, due to the heat supplied via the wall, essentially by means of thermal conduction, melts at least partially, in particular at least on surface areas, and connects to an overall body through the formation of material connections between adjacent plastic bodies.
Mit anderen Worten wird die Wärme lediglich durch eine oder mehrere erwärmte Wandungen in die Kavität und somit in die Masse der Kunststoffkörper eingebracht. Im Gegensatz zu den verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Partikelschaumbauteilen ist es erfindungsgemäß nicht vorgesehen, Wärme durch die Zuführung eines erwärmten oder erhitzten Wärmeträgermediums, wie beispielsweise durch die Zuführung eines Dampfs, in die Kavität einzubringen.In other words, the heat is only through one or more heated walls in the cavity and thus introduced into the mass of the plastic body. In contrast to the widespread methods for producing particle foam components, the invention does not provide for heat to be introduced into the cavity by supplying a heated or heated heat transfer medium, such as, for example, supplying steam.
Die mit Kunststoffkörpern zu befüllende Kavität ist ein Hohlraum einer Vorrichtung bzw. eines Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und entspricht üblicherweise im Wesentlichen der Negativform des herzustellenden Bauteils. Typischeraber nicht notwendigerweise wird die Kavität durch zwei miteinander verbindbare bzw. verbundene Hälften ausgebildet.The cavity to be filled with plastic bodies is a cavity of a device or a tool for carrying out the method according to the invention and usually corresponds essentially to the negative shape of the component to be produced. Typically, but not necessarily, the cavity is formed by two halves that can be or are connected to one another.
Die Kavitätsbegrenzung, also die Begrenzungsfläche des Hohlraums, der mit Kunststoffkörpern befüllt wird, wird zumindest teilweise durch wenigstens eine Wandung ausgebildet, die erwärmbar ist. Mit anderen Worten hat die Wandung eine der Kavität zugewandte Seite, die zumindest ein Teilbereich der Kavitätsbegrenzung ist. Die Wandung wird insbesondere auf einer der Kavität abgewandten Seite, insbesondere der der kavitätsbegrenzenden Seite gegenüberliegende Seite, erwärmt. Die Wärme wird mittels Wärmeleitung durch die Wandung hindurch auf die kavitätsbegrenzende Seite übertagen und von hier an die Kavität bzw. die in der Kavität befindlichen Kunststoffkörper übertragen.The cavity boundary, that is to say the boundary surface of the cavity which is filled with plastic bodies, is at least partially formed by at least one wall that can be heated. In other words, the wall has a side facing the cavity, which is at least a partial area of the cavity delimitation. The wall is heated in particular on a side facing away from the cavity, in particular the side opposite the side delimiting the cavity. The heat is transferred by means of heat conduction through the wall to the side delimiting the cavity and from here to the cavity or the plastic body located in the cavity.
Insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung flächiger bzw. im Wesentlichen zweidimensionaler Bauteile werden die Kunststoffkörper in der Kavität vorteilhafterweise mittels mehrerer erwärmbarer Wandungen erwärmt. Dabei sind die erwärmbaren Wandungen sich vorteilhafterweise wenigstens bereichsweise gegenüberliegend angeordnet.In particular when using the method according to the invention for producing flat or essentially two-dimensional components, the plastic bodies in the cavity are advantageously heated by means of a plurality of heatable walls. The heatable walls are advantageously arranged opposite one another at least in some areas.
Ein Hartschaum ist im Sinne der Erfindung ein poröser Festkörper. Dabei liegen innerhalb des Festkörpers gasgefüllte Hohlräume, oder auch Poren bzw. Bläschen, vor. Der Hartschaum wird erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass Kunststoffkörper wenigstens an Bereichen ihrer Oberfläche angeschmolzen werden, so dass zueinander benachbarte bzw. bereichsweise aneinander anliegende Kunststoffkörper sich durch eine stoffliche Vermischung ihrer jeweiligen Schmelzen verbinden. Dieser Vorgang wird auch als versintern bezeichnet. Dabei bleiben Hohlräume zwischen den Kunststoffkörpern wenigstens teilweise erhalten.In the context of the invention, a rigid foam is a porous solid. In this case, gas-filled cavities, or also pores or bubbles, are present within the solid body. According to the invention, the rigid foam is formed in that plastic bodies are melted on at least in areas of their surface, so that plastic bodies that are adjacent to one another or that adjoin one another in areas are connected by a material mixing of their respective melts. This process is also known as sintering. In this case, cavities are at least partially retained between the plastic bodies.
Unter einem Anschmelzen ist zu verstehen, dass lediglich Teilbereiche, insbesondere lediglich Oberflächenbereiche, in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt werden. Beim Anschmelzen schmilzt der Feststoff besonders bevorzugt gerade so viel, wie es zur Ausbildung stofflicher Verbindungen mit den benachbarten Kunststoffkörpern notwendig ist. Ein vollständiges Schmelzen der Kunststoffkörper ist typischerweise nicht gewünscht. Melting is to be understood as meaning that only partial areas, in particular only surface areas, are brought into a molten state. When melting, the solid melts particularly preferably just as much as is necessary to form material connections with the adjacent plastic bodies. Complete melting of the plastic bodies is typically not desired.
Grundsätzlich ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass wenigstens einige der Kunststoffkörper in bestimmten Bereichen der Kavität vollständig schmelzen.In principle, however, it cannot be ruled out that at least some of the plastic bodies melt completely in certain areas of the cavity.
Fachsprachlich werden entsprechende Kunststoffkörpern auch als Partikeln bezeichnet, so dass bei dem herzustellenden Bauteil auch von einem Partikelschaumbauteil gesprochen werden kann. Üblicherweise haben die Kunststoffkörper einem mittleren Durchmesser von dp, wobei 0,5 mm < dp < 10 mm. Dabei kann die äußere Form der Partikeln gegebenenfalls deutlich von einer Kugel abweichen. Es ist möglich, dass die Kunststoffkörper, welche in die Kavität eingefüllt werden, porös sind, d.h. bereits vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein inneres Gasvolumen im Sinne von Poren aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass aufgrund der Erwärmung der Kunststoffkörper bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Volumen einzelner Kunststoffkörper, bedingt durch eine Ausdehnung des Gases im Inneren der Kunststoffkörper, ansteigt, so dass der Gesamtkörper die Kavität im Wesentlichen vollständig ausfüllt und/oder wenigstens bereichsweise an der Kavitätsbegrenzung anliegt.In technical terms, corresponding plastic bodies are also referred to as particles, so that the component to be produced can also be referred to as a particle foam component. The plastic bodies usually have an average diameter of dp, where 0.5 mm <dp <10 mm. The outer shape of the particles can, if necessary, deviate significantly from a sphere. It is possible that the plastic bodies which are filled into the cavity are porous, i.e. already have an internal gas volume in the sense of pores before the method according to the invention is carried out. It can be provided that, due to the heating of the plastic body when carrying out the method according to the invention, the volume of individual plastic bodies increases due to an expansion of the gas inside the plastic body, so that the entire body essentially completely fills the cavity and / or at least partially is applied to the cavity boundary.
In einer Ausführungsform umfassen die Kunststoffkörper wenigstens bereichsweise ein Polycarbonat, ein Polyethlenterephthalat und/oder sogenannte Hochtemperatur-Werkstoffe, deren Schmelztemperatur im oberen Bereich der Dampfdruckkurve von Wasser oder oberhalb der Dampfdruckkurve von Wasser liegt. Es können somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Kunststoffe verarbeitet werden, für deren Anschmelzen ein Dampfdruck oberhalb von 20 bar erforderlich wäre.In one embodiment, the plastic bodies comprise, at least in some areas, a polycarbonate, a polyethylene terephthalate and / or so-called high-temperature materials, the melting temperature of which is in the upper range of the vapor pressure curve of water or above the vapor pressure curve of water. The method according to the invention can therefore also be used to process plastics for which a steam pressure above 20 bar would be required for melting.
Die Wärme wird von der erwärmten Wandung auf die Kunststoffkörper übertragen. Dabei erfolgt die Wärmezufuhr von der Wandung auf die Kunststoffkörper in der Kavität im Wesentlichen mittels Wärmeleitung. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass geringe Anteile, d.h. weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, der Wärme, welche zugeführt wird, durch Wärmestrahlung von der Wandung auf die Kunststoffkörper in der Kavität übertragen wird.The heat is transferred from the heated wall to the plastic body. The heat is supplied from the wall to the plastic body in the cavity essentially by means of heat conduction. However, it should not be ruled out that small proportions, i.e. less than 10%, in particular less than 5%, of the heat that is supplied is transferred by thermal radiation from the wall to the plastic body in the cavity.
Der durch das Anschmelzen aneinander bzw. das bereichsweise Verschmelzen der Kunststoffkörper entstehende Kunststoffkörper-Verbund ist der Gesamtkörper. Dieser ist ein Hartschaum im Sinne der obigen Definition. Das herzustellende Bauteil kann ausschließlich den Gesamtkörper umfassen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass das herzustellende Bauteil zusätzlich zum Gesamtkörper weitere Element umfasst.The plastic body composite resulting from the melting to one another or the regional melting of the plastic bodies is the overall body. This is a hard foam in the sense of the above definition. The component to be produced can exclusively comprise the entire body. However, it is also possible that the The component to be produced includes further elements in addition to the overall body.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die in der Kavität befindlichen Kunststoffkörper durch Wärmeleitung über eine die Kavität begrenzende Wandung erwärmt werden, so dass die Kunststoffkörper bereichsweise verschmelzen können.The advantage of the method according to the invention is that the plastic bodies located in the cavity are heated by heat conduction via a wall delimiting the cavity, so that the plastic bodies can fuse in certain areas.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, in die Kavität zusätzlich zu den Kunststoffkörpern Komponenten, insbesondere elektronische Komponenten, einzubringen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein einen Hartschaum umfassendes Mehrkomponentenbauteil erzeugbar ist. Der Verzicht auf das Einspeisen von Wasserdampf als Wärmeübertragungsmedium in die Kavität ermöglicht dies, da das erfindungsgemäße Verfahren keinen Dampf nutzt, der zu einer Beschädigung der elektronischen Komponenten führen kann.A variant of the method according to the invention provides for components, in particular electronic components, to be introduced into the cavity in addition to the plastic bodies, so that a multi-component component comprising a rigid foam can be produced with the method according to the invention. The fact that water vapor is not fed into the cavity as a heat transfer medium makes this possible, since the method according to the invention does not use any steam that can damage the electronic components.
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, in die Kavität zusätzlich zu den Kunststoffkörpern mechanische Stabilisierungselemente einzubringen, zwecks Erhöhung der mechanischen Stabilität des herzustellenden Bauteils, insbesondere bei im Wesentlichen flächigen herzustellenden Bauteilen und/oder bei herzustellenden Bauteilen mit einer komplexen dreidimensionalen Gestaltung.In another variant of the method according to the invention, it can alternatively or additionally be provided for mechanical stabilization elements to be introduced into the cavity in addition to the plastic bodies in order to increase the mechanical stability of the component to be produced, in particular in the case of essentially flat components to be produced and / or in the case of components to be produced with a complex three-dimensional design.
In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kavität ein abgeschlossener Raum. Das Gasvolumen in den Zwischenräumen zwischen den Kunststoffkörpern wird in der Kavität ausschließlich über die Wandung erwärmt.In one embodiment of the method according to the invention, the cavity is a closed space. The gas volume in the spaces between the plastic bodies is heated in the cavity exclusively via the wall.
Dabei ist die Kavität ein wenigstens teilweise gasdicht abgeschlossener Raum, so dass während des Herstellungsprozesses, insbesondere während der Erwärmung der Kunststoffkörper, kein Gas, insbesondere kein Dampf, in die Kavität eindringt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass insbesondere nach erfolgtem Befüllen der Kavität mit den Kunststoffkörpern und während der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Kunststoffkörpern im Wesentlichen kein Gas, insbesondere kein erwärmtes Gas und/oder Dampf, in die Kavität eindringt. Es ist dabei nicht ausgeschlossen, dass bedingt durch einen Druckanstieg in der Kavität, Gas aus der Kavität entweichen kann. Selbstverständlich verfügt die Kavität über wenigstens eine verschließbare Öffnung, die das Einfüllen der Kunststoffkörper erlaubt. Ferner ist die Kavität insofern zu öffnen, dass das herzustellende Bauteil entnommen werden kann. Entsprechend verfügt die Kavität über wenigstens eine Dichtungseinrichtung zwecks Realisierung der wenigstens teilweisen Gasdichtigkeit während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The cavity is a space that is at least partially gas-tight, so that no gas, in particular no steam, penetrates into the cavity during the manufacturing process, in particular during the heating of the plastic body. In other words, after the cavity has been filled with the plastic bodies and during the formation of the integral connection between the plastic bodies, essentially no gas, in particular no heated gas and / or steam, penetrates the cavity. It cannot be ruled out that, due to an increase in pressure in the cavity, gas can escape from the cavity. Of course, the cavity has at least one closable opening that allows the plastic body to be filled. Furthermore, the cavity is to be opened to the extent that the component to be produced can be removed. Correspondingly, the cavity has at least one sealing device for the purpose of realizing the at least partial gas tightness while the method according to the invention is being carried out.
Das Gasvolumen in den Zwischenräumen zwischen den Kunststoffkörpern wird in der Kavität ausschließlich über die Wandung erwärmt. Die Wärmeübertragung und/oder die Wärmeverteilung innerhalb der Kavität in den Zwischenräumen zwischen den Kunststoffkörpern erfolgt im Wesentlichen über Konvektion, also die Bewegung von Molekülen im Gasraum, die thermische Energie mitführen, in der Gasphase der Zwischenräume zwischen den Kunststoffkörpern. Dabei werden die Kunststoffkörper wenigstens teilweise konvektiv durch die erwärmte Gasphase erwärmt. Eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zwischen benachbarten Kunststoffkörpern an sich berührenden Bereichen kann ebenfalls stattfinden.The gas volume in the spaces between the plastic bodies is heated in the cavity exclusively via the wall. The heat transfer and / or the heat distribution within the cavity in the spaces between the plastic bodies takes place essentially via convection, i.e. the movement of molecules in the gas space that carry thermal energy in the gas phase of the spaces between the plastic bodies. The plastic bodies are at least partially heated convectively by the heated gas phase. A heat transfer by conduction between adjacent plastic bodies in areas in contact with one another can also take place.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung mit entsprechend geringem konstruktivem Aufwand ausgeführt werden kann.The advantage of this embodiment is that the device can be designed with a correspondingly low structural effort.
In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zumindest an einem Teilbereich wenigstens einer Wandung Kunststoffkörper aufgeschmolzen, so dass eine stoffschlüssige, insbesondere adhäsive, Verbindung zwischen dem Gesamtkörper und dem Teilbereich der Wandung ausgebildet wird, zwecks Herstellung eines den Gesamtkörper und den Teilbereich der Wandung umfassenden Verbundbauteils.In one embodiment of the method according to the invention, plastic bodies are melted on at least a partial area of at least one wall, so that a cohesive, in particular adhesive, connection is formed between the entire body and the partial area of the wall for the purpose of producing a composite component comprising the entire body and the partial area of the wall.
Mit anderen Worten ist es bei dieser Verfahrensvariante möglich, ein Verbundbauteil herzustellen, wobei eine Bauteilkomponente des Verbundbauteils bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens ein Teilbereich einer erwärmbaren Wandung und gleichzeitig ein Formgebungselement für den Gesamtkörper ist. Nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens dieser Teilbereich der Wandung zusammen mit dem Gesamtkörper als Verbundbauteil der für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichteten Vorrichtung entnommen.In other words, with this variant of the method it is possible to produce a composite component, a component component of the composite component being at least a portion of a heatable wall and at the same time a shaping element for the entire body when the method according to the invention is carried out. After the method according to the invention has been carried out, at least this partial area of the wall is removed together with the entire body as a composite component of the device set up for the method according to the invention.
Die Verbindung zwischen dem Teilbereich der Wandung und dem Gesamtkörper, also dem Hartschaum, ist eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine adhäsive Verbindung. Mit anderen Worten haften Gesamtkörper und Teilbereich der Wandung aneinander. Es ist nicht ausgeschlossen, dass an der der Kavität zugewandten Seite des Teilbereichs der Wandung eine die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung unterstützende Substanz angeordnet wird oder angeordnet ist.The connection between the partial area of the wall and the entire body, that is to say the rigid foam, is an integral connection, in particular an adhesive connection. In other words, the entire body and partial area of the wall adhere to one another. It is not excluded that a substance supporting the formation of an integral connection is or is arranged on the side of the partial area of the wall facing the cavity.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zeitlich vor der Befüllung der Kavität mit den Kunststoffkörpern der Teilbereich der Wandung, welcher Bestandteil des herzustellenden Verbundbauteils ist, in und/oder an der Kavität angeordnet.In this embodiment of the method according to the invention, it is timed before the filling of the cavity with the plastic bodies, the partial area of the wall, which is part of the composite component to be produced, is arranged in and / or on the cavity.
In einer alternativen Ausführungsform haftet der Gesamtkörper an keinem Teilbereich der Wandung und/oder an keinem Teilbereich der Kavitätsbegrenzung an. In diesem Fall kann das Bauteil auch als Rohling verstanden werden, welcher im Zuge der weiteren Verarbeitung mit weiteren Komponenten kombiniert werden kann.In an alternative embodiment, the entire body does not adhere to any part of the wall and / or to any part of the cavity boundary. In this case, the component can also be understood as a blank, which can be combined with other components in the course of further processing.
Zwecks Verhinderung der Anhaftung des Gesamtkörpers an der Kavitätsbegrenzung bzw. an der Wandung kann die Kavitätsbegrenzung bzw. die Wandung auf ihrer der Kavität zugewandten Seite wenigstens bereichsweise mit einem Trennmittel und/oder einer Trennschicht bzw. Trennbeschichtung versehen werden. Diese Ausführung erleichtert die Entformung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Bauteils, wobei unter einer Entformung im Sinne der Erfindung ein jedes Lösen des Bauteils von und/oder Entnehmen des Bauteils aus der Kavität zu verstehen ist.In order to prevent the entire body from adhering to the cavity delimitation or to the wall, the cavity delimitation or the wall can be provided with a release agent and / or a release layer or release coating on its side facing the cavity, at least in some areas. This embodiment facilitates the demolding of the component to be produced using the method according to the invention, with demolding in the sense of the invention being understood to mean any detachment of the component from and / or removal of the component from the cavity.
In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zeitlich nach der Erwärmung der Wandung zur Übertragung von Wärme auf die Kunststoffkörper zwecks Anschmelzens der Kunststoffkörper eine Abkühlung der Wandung zwecks Abkühlung von Kunststoffkörper.In one embodiment of the method according to the invention, after the heating of the wall to transfer heat to the plastic body for the purpose of melting the plastic body, the wall is cooled for the purpose of cooling the plastic body.
Mit anderen Worten werden in einem ersten Verfahrensschritt die Kunststoffkörper zwecks Ausbildung des Gesamtkörpers erwärmt und miteinander verbunden. Zeitlich danach werden in einem zweiten Verfahrensschritt die Kunststoffkörper, bzw. der nunmehr erzeugte Gesamtkörper, abgekühlt. Dabei werden insbesondere die Kunststoffkörper in einem an die Wandung angrenzenden Randbereich der Kavität abgekühlt. Vorteilhafterweise werden bei der Abkühlung im Wesentlichen alle Kunststoffkörper, bzw. der Gesamtkörper insgesamt, abgekühlt. Die Abkühlung dient dabei zum einen dazu, den Wärmeeintrag in die Masse der Kunststoffkörper und somit den Vorgang des Anschmelzens zu stoppen, so dass auf diese Weise ein vollständiges Schmelzen der Kunststoffkörper verhindert wird. Zum anderen dient die Abkühlung, mit der typischerweise eine gewisse Schwindung des Bauteils einhergeht, der Entformung des den Hartschaum umfassenden Bauteils und dessen Trennung von der Kavitätsbegrenzung.In other words, in a first method step, the plastic bodies are heated and connected to one another for the purpose of forming the entire body. After that, in a second process step, the plastic bodies, or the entire body that has now been produced, are cooled. In particular, the plastic bodies are cooled in an edge region of the cavity adjoining the wall. Advantageously, essentially all of the plastic bodies, or the entire body as a whole, are cooled during the cooling process. The cooling serves on the one hand to stop the introduction of heat into the mass of the plastic body and thus the process of melting on, so that in this way a complete melting of the plastic body is prevented. On the other hand, the cooling, which is typically accompanied by a certain shrinkage of the component, serves to demold the component comprising the rigid foam and to separate it from the boundary of the cavity.
In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu erwärmende Wandung durch Kontaktierung einer der Kavität im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Wandung mit einem, insbesondere flüssigen, Temperierungsmedium erwärmt.In one embodiment of the method according to the invention, the wall to be heated is heated by contacting a side of the wall essentially opposite the cavity with an, in particular liquid, temperature control medium.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Wandung zeitlich nach der Erwärmung der Wandung durch Kontaktierung einer der Kavität im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Wandung mit einem, insbesondere flüssigen, Temperierungsmedium gekühlt.In a further embodiment, the wall is cooled temporally after the heating of the wall by contacting a side of the wall essentially opposite the cavity with a, in particular liquid, temperature control medium.
Mit anderen Worten kann das Verfahren zwei Verfahrensschritte umfassen. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein erwärmtes, insbesondere flüssiges, Temperierungsmedium auf einer der Kavität im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Wandung zugeführt. Die Wärme des Temperierungsmedium wird durch Wärmeleitung auf die Wandung und von der Wandung auf die Kunststoffkörper übertragen. In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein kaltes, insbesondere flüssiges, Temperierungsmedium auf einer der Kavität im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Wandung zugeführt, so dass auf umgekehrte Weise Wärme von den Kunststoffkörpern über die Wandung auf das Temperierungsmedium übertragen wird. Während der erste Verfahrensschritt zum Ziel hat, die Kunststoffkörper anzuschmelzen, hat der zweite Verfahrensschritt zum Ziel, das Schmelzen der Kunststoffkörper zu stoppen, so dass ein vollständiges Schmelzen der Kunststoffkörper verhindert wird, und/oder das herzustellende Bauteil zu entformen.In other words, the method can comprise two method steps. In a first method step, a heated, in particular liquid, temperature control medium is supplied to a side of the wall that is essentially opposite the cavity. The heat of the temperature control medium is transferred to the wall and from the wall to the plastic body by conduction. In a second method step, a cold, in particular liquid, temperature control medium is supplied to a side of the wall that is essentially opposite the cavity, so that, in reverse, heat is transferred from the plastic bodies via the wall to the temperature control medium. While the aim of the first process step is to melt the plastic body, the second process step has the aim of stopping the melting of the plastic body so that the plastic body is prevented from completely melting and / or the component to be produced is removed from the mold.
Das erste und das zweite Temperierungsmedium können dabei grundsätzlich im Wesentlichen hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung gleich sein und lediglich eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass zwei unterschiedliche Temperierungsmedien bereitgestellt und/oder erzeugt werden, von denen eines ein Heizmedium und eines ein Kühlmedium ist.The first and the second temperature control medium can basically be essentially the same with regard to their material composition and only have a different temperature. However, it is also possible for two different temperature control media to be provided and / or generated, one of which is a heating medium and one of which is a cooling medium.
Das Temperierungsmedium ist insbesondere eine Flüssigkeit. Typischerweise handelt es sich dabei um Wasser, Öl oder ein Wasser-Öl-Gemisch. Ist das Temperierungsmedium ein Kühlmedium, so kann es alternativ oder zusätzlich ein Gas, wie beispielsweise CO2, enthalten. Berücksichtigt werden sollte dabei der Einsatz natürlicher Kältemittel als Ersatz für fluorierte Treibhausgase, sogenannte F-Gase.The temperature control medium is in particular a liquid. Typically this is water, oil or a water-oil mixture. If the temperature control medium is a cooling medium, it can alternatively or additionally contain a gas such as CO2. The use of natural refrigerants as a substitute for fluorinated greenhouse gases, so-called F-gases, should be taken into account.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine der Kavität im Wesentlichen gegenüberliegende Seite der Wandung an unterschiedlichen Bereichen mit Temperierungsmedien-Volumenströmen angeströmt, wobei zumindest zwei der Volumenströme unterschiedliche Strömungsrichtungen, Temperaturen und/oder Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen.In a further embodiment of the method according to the invention, a side of the wall essentially opposite the cavity is exposed to temperature control media volume flows in different areas, at least two of the volume flows having different flow directions, temperatures and / or flow velocities.
Typischer- aber nicht notwendigerweise sind die zumindest zwei Temperierungsmedien-Volumenströmen bezüglich ihrer Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Dabei können die Volumenströmen die gleiche Strömungsrichtung aufweisen. Es ist grundsätzlich jedoch ebenso möglich, dass die Temperierungsmedien-Volumenströmen einander entgegengesetzte Strömungsrichtung aufweisen.Typically, but not necessarily, the at least two temperature control media volume flows are im with respect to their flow direction Aligned essentially parallel to each other. The volume flows can have the same direction of flow. In principle, however, it is also possible for the temperature control medium volume flows to have flow directions opposite one another.
Die Verwendung mehrerer Temperierungsmedien-Volumenströme zur Erwärmung und/oder Kühlung der Wandung hat den Vorteil, dass die Temperatur der Wandung, und damit der Wärmeübergang in die Kunststoffkörper, bereichsweise unterschiedlich gestaltet werden kann. Zum eine kann diese Ausführungsform dafür genutzt werden, in im Wesentlichen allen Bereichen der Wandung eine im Wesentlichen gleiche Temperatur, d.h. eine Temperaturverteilung mit Temperaturunterschieden von typischerweise weniger als 5°C, zu realisieren. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist insbesondere von Vorteil für die Herstellung flächiger Bauteile mit einem Gesamtkörper mit bereichsunabhängig im Wesentlichen gleicher Gesamtkörper-Dichte. Die Dichte des Gesamtkörpers ist abhängig davon wie stark die Kunststoffkörper miteinander verschmolzen sind. Je mehr Wärme eingebracht wird umso stärker verschmelzen die Kunststoffkörper, was zu einer Erhöhung der Dichte des Gesamtköpers führt. Folglich führt eine gleichmäßige Wärmeverteilung während des Herstellungsverfahrens zu einer gleichmäßigen Verteilung Gesamtkörper-Dichte.The use of several temperature control media volume flows for heating and / or cooling the wall has the advantage that the temperature of the wall, and thus the heat transfer into the plastic body, can be designed differently in certain areas. On the one hand, this embodiment can be used to achieve essentially the same temperature in essentially all areas of the wall, i.e. a temperature distribution with temperature differences of typically less than 5 ° C. This embodiment of the method is particularly advantageous for the production of flat components with an overall body with essentially the same overall body density regardless of the area. The density of the entire body depends on how strongly the plastic bodies are fused together. The more heat is introduced, the more the plastic bodies fuse, which leads to an increase in the density of the entire body. Consequently, an even distribution of heat during the manufacturing process results in an even distribution of total body density.
Zum anderen kann diese Ausführungsform dafür genutzt werden, gezielt bestimmte Temperaturunterschiede mittels der physikalischen Parameter Strömungsrichtung, Temperatur und/oder Strömungsgeschwindigkeit der Temperierungsmedien-Volumenströmen einzustellen. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von sogenannten Integralschäume umfassenden Bauteilen, also Bauteilen, deren Gesamtkörper einen Hartschaum mit wenigstens bereichsweise abnehmender oder zunehmender Dichte umfasst.On the other hand, this embodiment can be used to set specific temperature differences in a targeted manner by means of the physical parameters of flow direction, temperature and / or flow speed of the tempering medium volume flows. The latter is particularly advantageous in the production of so-called components comprising integral foams, that is to say components whose overall body comprises a rigid foam with at least regionally decreasing or increasing density.
Die Temperierungsmedien-Volumenströme können sich hinsichtlich mehrerer der physikalischen Parameter Strömungsrichtung, Temperatur und/oder Strömungsgeschwindigkeit unterscheiden.The temperature control media volume flows can differ with regard to several of the physical parameters of flow direction, temperature and / or flow speed.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das Temperierungsmedium durch einen durch die Wandung begrenzten Hohlraum an der der Kavität gegenüberliegenden Seite, wobei die Temperatur des Temperierungsmediums in einem Temperierungsmedien-Einlassbereich des Hohlraums TE zur Temperatur des Temperierungsmediums in einem Temperierungsmedien-Auslassbereich des Hohlraums TA eine Differenz von TE-TA <10°C, insbesondere von TE-TA <5°C, aufweist.In a further embodiment of the method according to the invention, the temperature control medium flows through a cavity delimited by the wall on the side opposite the cavity, wherein the temperature of the temperature control medium in a temperature control medium inlet area of the cavity T E corresponds to the temperature of the temperature control medium in a temperature control medium outlet area of the cavity T A has a difference of T E -T A <10 ° C, in particular of T E -T A <5 ° C.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine mit einer Vielzahl von Kunststoffkörpern befüllbare Kavität mit einer wenigstens abschnittsweise durch zumindest eine Wandung ausgebildete Kavitätsbegrenzung. Dabei ist die Wandung erwärmbar, so dass von der Wandung Wärme auf die Kunststoffkörper übertragbar ist und die Kunststoffkörper bedingt durch die über die Wandung im Wesentlichen mittels Wärmeleitung zugeführte Wärme zumindest teilweise, insbesondere wenigstens an Oberflächenbereichen, anschmelzen können und sich durch Ausbildung von stoffschlüssigen Verbindungen zwischen benachbarten Kunststoffkörpern zu einem Gesamtkörper verbinden können.A second aspect of the invention is a device for carrying out the method according to the invention, comprising a cavity which can be filled with a multiplicity of plastic bodies and has a cavity boundary formed at least in sections by at least one wall. The wall can be heated, so that heat can be transferred from the wall to the plastic body and, due to the heat supplied via the wall essentially by means of heat conduction, the plastic body can at least partially melt, in particular at least on surface areas, and form material connections between can connect adjacent plastic bodies to form a total body.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung wenigstens zwei Werkzeughälften, die wenigstens teilweise voneinander trennbar sind, dass das herzustellende Bauteil nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entnommen werden kann.In particular, the device comprises at least two tool halves which are at least partially separable from one another so that the component to be produced can be removed after the method according to the invention has been carried out.
Zwecks Befüllung der Kavität umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Kunststoffkörperzufü hru ng.For the purpose of filling the cavity, the device comprises at least one plastic body feed.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erwämbare Wandung wenigstens abschnittsweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 120 W/(m K) ausgebildet.In one embodiment of the device according to the invention, the heatable wall is formed at least in sections from a material with a thermal conductivity of at least 120 W / (m K).
Insbesondere beträgt die Wärmeleitfähigkeit wenigstens 240 W/(m K). In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Wärmeleitfähigkeit wenigstens 480 W/(m K).In particular, the thermal conductivity is at least 240 W / (m K). In a particular embodiment, the thermal conductivity is at least 480 W / (m K).
Typischer- aber nicht notwendigerweise ist die Wandung im Wesentlichen aus einem Metall ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wandung durch ein Blechteil ausgebildet, wobei die kavitätsbegrenzende Seite des Blechteils, welche für das herzustellende Bauteil formgebend ist, wenigstens bereichsweise hinsichtlich Form und Größe einem Kraftfahrzeugbauteil entspricht, an dem das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Bauteil im fertiggestellten Kraftfahrzeug wenigstens bereichsweise anliegen soll.Typically, but not necessarily, the wall is essentially formed from a metal. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the wall is formed by a sheet metal part, the cavity-delimiting side of the sheet metal part, which is shaping for the component to be produced, at least in some areas in terms of shape and size corresponds to a motor vehicle component on which the component to be produced using the method according to the invention is in finished motor vehicle should be applied at least in some areas.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die formgebende erwärmbare Wandung austauschbar, so dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, dass mit ihr mehrere verschiedene, einen Hartschaum umfassende Bauteile herstellbar sind.In a particularly advantageous embodiment of the device, the shaping, heatable wall is exchangeable, so that the device is set up so that it can be used to produce several different components comprising a rigid foam.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die erwämbare Wandung eine maximale Dicke Dw auf, wobei Dw < 5 mm ist.In a further embodiment of the device according to the invention, the heatable Wall has a maximum thickness Dw, where Dw <5 mm.
Insbesondere ist die maximale Dicke Dw < 3 mm. In einer besonderen Ausführungsform ist maximale Dicke Dw < 1 mm.In particular, the maximum thickness Dw is <3 mm. In a particular embodiment, the maximum thickness Dw is <1 mm.
Die erwärmbare Wandung weist eine der Kavität zugewandte erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende Seite auf. Vorteilhafterweise sind die beiden Seiten im Wesentlichen in allen Bereichen im Wesentlichen gleich zueinander beabstandet. Mit anderen Worten weist die Wandung in im Wesentlichen in allen Bereichen die gleiche Dicke Dw auf. Das beutet, dass die Wandung sehr dünn ausgeführt werden kann und folglich kosteneffizient herstellbar ist.The heatable wall has a first side facing the cavity and a side opposite the first side. The two sides are advantageously substantially equally spaced from one another in all areas. In other words, the wall has essentially the same thickness Dw in all areas. This means that the wall can be made very thin and consequently can be manufactured cost-effectively.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Kavität als Negativform eines im Wesentlichen flächigen Bauteils mit einer Grundfläche und einer der Grundfläche gegenüberliegenden Deckfläche ausgestaltet. Dabei weist die Kavität zwischen einer der Grundfläche zugeordneten Seite und einer der Deckfläche zugeordneten Seite eine senkrechte Erstreckung DK auf, wobei 2 mm < DK > 30 mm ist.In a further embodiment of the device according to the invention, the cavity is designed as a negative shape of an essentially flat component with a base area and a top surface opposite the base area. The cavity has a vertical extension D K between a side assigned to the base area and a side assigned to the top area, where 2 mm <D K > 30 mm.
Die Grundfläche und die Deckfläche des herzustellenden Bauteils sind typischer- aber nicht notwendigerweise wenigstens abschnittsweise parallel zueinander ausgerichtet. Die senkrechte Erstreckung DK kann auch als lichte Höhe der Kavität bezeichnet werden. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, Bauteile mit einer Bauteildicke von wenigstens 2 mm und höchstens 25 mm, insbesondere von wenigstens 6 mm und höchstens 20 mm. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Bauteildicke wenigstens 6 mm und höchstens 12 mm, herzustellen.The base surface and the top surface of the component to be produced are typically, but not necessarily, aligned parallel to one another at least in sections. The vertical extension D K can also be referred to as the clearance height of the cavity. In other words, the device is set up to process components with a component thickness of at least 2 mm and at most 25 mm, in particular at least 6 mm and at most 20 mm. In a particular embodiment, the component thickness is at least 6 mm and at most 12 mm.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erwärmbare Wandung wenigstens teilweise gasdicht. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Wandung keine Aussparungen, Durchbrechungen, Fehlstellen, Durchlässe oder derartige Öffnungen aufweist, die ein Eindringen des Temperierungsmediums in die Kavität und/oder an die Kunststoffkörper ermöglichen.In a further embodiment of the device according to the invention, the heatable wall is at least partially gas-tight. In other words, this means that the wall does not have any recesses, perforations, flaws, passages or such openings which allow the temperature control medium to penetrate into the cavity and / or onto the plastic body.
Ferner ist die Kavität als wenigstens teilweise gasdichter Raum ausgestaltet. Insbesondere sind die Kunststoffkörperzuführung, zum Einbringen der Kunststoffkörper in die Kavität, und/oder Entnahmeöffnung, zur Entnahme des hergestellten Bauteils, mittels Dichtungseinrichtungen in der Art verschließbar, dass kein Gas in die Kavität eintreten kann. Es ist dabei möglich aber nicht zwingend erforderlich, dass die Kavität in der Art gasdicht verschließbar ist, dass kein Gas aus der Kavität austreten kann.Furthermore, the cavity is designed as an at least partially gas-tight space. In particular, the plastic body feed, for introducing the plastic body into the cavity, and / or the removal opening, for removing the manufactured component, can be closed by means of sealing devices in such a way that no gas can enter the cavity. It is possible, but not absolutely necessary, for the cavity to be closable in a gas-tight manner in such a way that no gas can escape from the cavity.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Begrenzung der Kavität wenigstens eine Aussparung auf, in der ein Formgebungselement, insbesondere ein Formgebungselement aus einem Metall, anordbar ist, welches bei Anordnung in der Aussparung einen Teilbereich der Kavitätsbegrenzung ausbildet.In one embodiment of the device according to the invention, the boundary of the cavity has at least one recess in which a shaping element, in particular a shaping element made of a metal, can be arranged, which when arranged in the recess forms a partial area of the cavity boundary.
Dabei kann das Formgebungselement eine Bauteilkomponente eines Verbundbauteils sein, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Art herstellbar ist, dass Kunststoffkörper auf das Formgebungselement aufschmelzen. Formgebungselement und Gesamtkörper sind der Kavität in dieser Ausgestaltungsform als Verbundbauteil entnehmbar.The shaping element can be a component of a composite component which can be produced by means of the method according to the invention in such a way that plastic bodies melt onto the shaping element. The shaping element and overall body can be removed from the cavity in this embodiment as a composite component.
Die Formgebungselemente können beispielhaft dem Prototypenbau entnommen werden. Dabei repräsentieren die Formgebungselemente die Topographie des an das herzustellende Bauteil angrenzenden Fahrzeugbauteils.The shaping elements can be taken from the prototype construction as an example. The shaping elements represent the topography of the vehicle component adjoining the component to be produced.
Das Formgebungselement kann ein Teilbereich der erwämbaren Wandung sein.The shaping element can be a partial area of the wall that can be heated.
Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform ist, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, einen Hartschaum umfassende Verbundbauteile zu erzeugen.The advantage of this embodiment is that the device is suitable for producing composite components comprising rigid foam.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an wenigstens einem Teilbereich der der Kavität abgewandten Seite der Wandung wenigstens ein Hohlraum zur Aufnahme wenigstens eines Temperierungsmediums, insbesondere zur Durchströmung mit wenigstens einem Temperierungsmedium, angeordnet.In one embodiment of the device according to the invention, at least one cavity for receiving at least one temperature control medium, in particular for the flow of at least one temperature control medium, is arranged on at least a partial area of the side of the wall facing away from the cavity.
Der Hohlraum ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, mit wenigstens einem Temperierungsmedium durchströmt zu werden. Dabei strömt das Temperierungsmedium entlang der erwärmbaren Wandung. Insbesondere ist der Hohlraum dafür eingerichtet, wenigstens zwei Temperierungsmedium aufzunehmen und/oder von wenigstens zwei Temperierungsmedien durchströmt zu werden, nämlich einem warmen Temperierungsmedium zum Erwärmen der Wandung und einem kalten Temperierungsmedium zur Abkühlung der Wandung.The cavity is advantageously designed to have at least one temperature control medium flowing through it. The temperature control medium flows along the heatable wall. In particular, the cavity is designed to accommodate at least two temperature control media and / or to have at least two temperature control media flow through it, namely a warm temperature control medium for heating the wall and a cold temperature control medium for cooling the wall.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, dass ein warmes Temperierungsmedium und ein kaltes Temperierungsmedium den Hohlraum zeitlich nacheinander durchströmen, wobei ein zeitabschnittsweises gleichzeitiges Durchströmen mit einem warmen Temperierungsmedium und einem kalten Temperierungsmedium nicht ausgeschlossen ist.The device according to the invention is particularly designed so that a warm temperature control medium and a cold temperature control medium flow through the cavity one after the other, with a simultaneous flow of a warm temperature control medium and a cold temperature control medium at times being not excluded.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung flächiger Bauteile umfasst die Vorrichtung vorteilhafterweise wenigstens zwei Hohlräume, die besonders vorteilhafterweise einander gegenüberliegend angeordnet sind.In particular in an embodiment of the device according to the invention for producing flat components, the device advantageously comprises at least two cavities, which are particularly advantageously arranged opposite one another.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Hohlraum eine zu der der Kavität abgewandten Seite der erwärmbaren Begrenzungswand senkrechte Erstreckung von DT auf, wobei 1 mm < DT < 80 mm ist.In a further embodiment of the device according to the invention, the cavity has an extension of D T perpendicular to the side of the heatable boundary wall facing away from the cavity, where 1 mm <D T <80 mm.
Die senkrechte Erstreckung DT kann auch als lichte Höhe des Hohlraums bezeichnet werden. Mit anderen Worten ist der Hohlraum als ein wenigstens abschnittsweise an die Kavität angrenzender schichtartiger Hohlraum zur Aufnahme eines Temperierungsmediums mit einer maximalen lichten Höhe von 80 mm und einer minimalen lichten Höhe von 1 mm gestaltet. Vorteilhafterweise ist die senkrechte Erstreckung DT im Wesentlichen in allen Bereichen des Hohlraums gleich, so dass bei einer Durchströmung des Hohlraums mit dem Temperierungsmedium in allen Bereichen im Wesentlichen die gleiche Strömungsgeschwindigkeit des Temperierungsmediums realisierbar ist.The vertical extension D T can also be referred to as the clear height of the cavity. In other words, the cavity is designed as a layer-like cavity adjoining the cavity at least in sections for receiving a temperature control medium with a maximum clear height of 80 mm and a minimum clear height of 1 mm. The vertical extent D T is advantageously essentially the same in all areas of the cavity, so that when the temperature control medium flows through the cavity, essentially the same flow rate of the temperature control medium can be achieved in all areas.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die senkrechte Erstreckung des Hohlraums DT und die senkrechte Erstreckung der Kavität DK ein Verhältnis von DK/DT auf, wobei DK/DT > 1 ist.In a further embodiment of the device according to the invention, the vertical extension of the cavity D T and the vertical extension of the cavity D K have a ratio of D K / D T , where D K / D T > 1.
Mit anderen Worten ist das Verhältnis der lichten Höhe der Kavität zur lichten Höhe des mit Temperierungsmedium befüllbaren Hohlraums wenigstens 1.In other words, the ratio of the clear height of the cavity to the clear height of the cavity that can be filled with temperature control medium is at least 1.
Der Hohlraum kann beispielhaft wenigstens abschnittsweise durch zwei parallel zueinander angeordnete, insbesondere topographisch identische, Blechteile begrenzt sein. Auf diese Weise ist eine gleichbleibende lichte Höhe des Hohlraums, und damit eine gleichbleibende Dicke der Schicht des Temperierungsmediums, realisierbar.The cavity can, for example, be delimited at least in sections by two sheet-metal parts which are arranged parallel to one another, in particular topographically identical. In this way, a constant clear height of the cavity, and thus a constant thickness of the layer of the temperature control medium, can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Hohlraum Strömungsleiteinrichtungen zwecks im Wesentlichen gleichmäßiger Erwärmung der Wandung auf.In a further embodiment of the device according to the invention, the cavity has flow guide devices for the purpose of substantially uniform heating of the wall.
In einer ersten spezifischen Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Strömungsleiteinrichtung in Form einer Verteilereinrichtung zur Verteilung des Temperierungsmediums im Hohlraum, insbesondere bei Anströmung des Hohlraums mit dem Temperierungsmediums in einem Temperierungsmedien-Einlassbereich des Hohlraums, auf. Vorteilhafterweise ist die Verteilereinrichtung dazu ausgestaltet, einen Gesamtvolumenstrom eines Temperierungsmediums in, insbesondere im Wesentlichen gleich große, Teilvolumenströme aufzuteilen und diese, quer zur Strömungsrichtung des Temperierungsmediums durch den restlichen Hohlraum, im Wesentlichen äquidistant beabstandet in den Hohlraum einströmen zu lassen. Typischerweise werden die Teilvolumenströme in einem Temperierungsmedien-Ausgangsbereich des Hohlraums mit einer Sammlereinrichtung zu einem Gesamtvolumenstrom vereint, um gegebenenfalls einer Aufbereitungseinrichtung zugeführt zu werden. Vorteilhafterweise strömt das Temperierungsmedium in äquidistant beabstandeten Teilvolumenströmen aus einem Temperierungsmedien-Auslassbereich aus dem Hohlraum aus.In a first specific embodiment, the device according to the invention has a flow guide device in the form of a distributor device for distributing the temperature control medium in the cavity, in particular when the temperature control medium flows into the cavity in a temperature control medium inlet region of the cavity. Advantageously, the distribution device is designed to divide a total volume flow of a temperature control medium into partial volume flows, in particular essentially equal partial volume flows, and to allow these to flow into the cavity at an essentially equidistant distance transversely to the flow direction of the temperature control medium through the remaining cavity. Typically, the partial volume flows are combined in a temperature control media outlet area of the cavity with a collector device to form a total volume flow, in order to be fed to a processing device if necessary. The temperature control medium advantageously flows out of the cavity from a temperature control medium outlet area in equidistantly spaced partial volume flows.
In einer zweiten spezifischen Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung alternativ oder zusätzlich Strömungsleiteinrichtungen in Form von Trenneinrichtungen auf, welche dazu eingerichtet sind, den Gesamtvolumenstrom des Temperierungsmediums in im Wesentlichen voneinander getrennten Teilvolumenströmen über die erwämbare Wandung zu leiten. Eine derartige Trenneinrichtung kann beispielsweise mittels parallel zur Strömungsrichtung ausgerichteten Rohren ausgeführt sein, die im Inneren des Hohlraums angeordnet sind. Ebenfalls möglich ist die Anordnung von parallel zur Strömungsrichtung ausgerichteten Trennblechen im Hohlraum zwecks Ausbildung von Kanälen. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, aber ggf. von Vorteil, dass die Teilvolumenströme sich während des Durchströmens des Hohlraums nicht vermischen.In a second specific embodiment, the device according to the invention alternatively or additionally has flow guiding devices in the form of separating devices which are set up to direct the total volume flow of the temperature control medium in substantially separate partial volume flows over the heatable wall. Such a separating device can be designed, for example, by means of tubes which are aligned parallel to the direction of flow and which are arranged in the interior of the cavity. It is also possible to arrange partition plates aligned parallel to the direction of flow in the cavity for the purpose of forming channels. It is not absolutely necessary, but possibly an advantage, that the partial volume flows do not mix while flowing through the cavity.
Neben der Aufteilung eines Gesamtvolumenstroms in mehrere Teilvolumenströme, welche wenigstens beim Einströmen in den Hohlraum im Wesentlichen die gleichen physikalischen Parameter aufweisen, ist es ebenso möglich, in den Hohlraum verschiedene Temperierungsmedien einströmen zu lassen, die sich wenigstens hinsichtlich eines physikalischen Parameters, wie beispielsweise Temperatur und/oder Strömungsgeschwindigkeit, unterscheiden. Auf diese Art ist es möglich, quer zur Strömungsrichtung eine Temperaturverteilung im Hohlraum zu realisieren, so dass ein herzustellendes Bauteil bereichsweise stärker oder schwächer erwärmbar ist, und somit Integral-Schaumbauteile mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbar sind.In addition to the division of a total volume flow into several partial volume flows, which have essentially the same physical parameters at least when flowing into the cavity, it is also possible to allow different temperature control media to flow into the cavity, which can be at least one physical parameter, such as temperature and / or flow velocity, differentiate. In this way it is possible to realize a temperature distribution in the cavity transversely to the direction of flow, so that a component to be produced can be heated to a greater or lesser extent in some areas, and thus integral foam components can be produced with the device according to the invention.
In einer dritten spezifischen Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung alternativ oder zusätzlich Strömungsleiteinrichtungen in Form von Verwirbelungselementen auf, welche dazu eingerichtet sind, den Gesamtvolumenstrom des Temperierungsmediums im Inneren des Hohlraums wenigstens teilweise zu verwirbeln, so dass wenigstens quer zur Strömungsrichtung des Temperierungsmediums im Wesentlichen die gleiche Temperatur im Hohlraum realisierbar ist. Auf besonders einfache und effektive Weise können Verwirbelungselemente als senkrecht zur Wandung ausgerichtete Stege im Hohlraum realisiert werden.In a third specific embodiment, the device according to the invention alternatively or additionally has flow guiding devices in the form of swirling elements, which are set up to at least partially swirl the total volume flow of the temperature control medium inside the cavity, so that essentially the same at least transversely to the flow direction of the temperature control medium Temperature in the cavity is realizable. In a particularly simple and effective manner, turbulence elements can be implemented as webs in the cavity that are oriented perpendicular to the wall.
Verschiedene Arten und Ausgestaltungen von Strömungsleiteinrichtung sind grundsätzlich kombinierbar.Different types and configurations of flow guide devices can in principle be combined.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Inneren des Hohlraums mechanische Stabilisierungselemente angeordnet zwecks bereichsweiser Versteifung der Vorrichtung, so dass eine Deformation des Hohlraums, insbesondere aufgrund eines Drucks durch den Gesamtkörper auf die Wandung, verhinderbar ist.In a further embodiment of the device according to the invention, mechanical stabilization elements are arranged in the interior of the cavity for the purpose of regionally stiffening the device, so that deformation of the cavity, in particular due to pressure from the entire body on the wall, can be prevented.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Kavität und/oder Hohlraum zwecks Minimierung von Wärmeverlusten wenigstens bereichsweise von einem isolierenden Material, insbesondere bereichsweise einem einen Polymerbeton und/oder einen duroplastischen Verbundwerkstoff umfassendes Material, umgeben.In a further embodiment of the device according to the invention, the cavity and / or hollow space are at least partially surrounded by an insulating material, in particular a material comprising a polymer concrete and / or a thermosetting composite material, in order to minimize heat losses.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfassend wenigstens ein Bauteil hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils.A third aspect of the invention is a motor vehicle, in particular a passenger car, comprising at least one component manufactured according to the method according to the invention for manufacturing a component comprising a rigid foam.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.
Es zeigen
-
1 : eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines einen Hartschaum umfassenden Bauteils; -
2 : einen Ausschnitt der Ausführungsform gemäß1 ; -
3 .: eine Ausgestaltungsform eines Hohlraums der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht auf den Hohlraum; -
4 : eine erste Ausgestaltungsform des Hohlraums gemäß3 im Schnitt A-A; -
5 : eine zweite Ausgestaltungsform des Hohlraums gemäß3 im Schnitt A-A; -
6 : eine dritte Ausgestaltungsform des Hohlraums gemäß3 im Schnitt A-A; -
7 .: eine weitere Ausgestaltungsform eines Hohlraums der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht auf den Hohlraum; sowie -
8 : eine Ausgestaltungsform des Hohlraums gemäß7 im Schnitt A-A.
-
1 : an embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for producing a component comprising a rigid foam; -
2 : a section of the embodiment according to FIG1 ; -
3 .: an embodiment of a cavity of the device according to the invention in a plan view of the cavity; -
4th : a first embodiment of the cavity according to FIG3 in section AA; -
5 : a second embodiment of the cavity according to FIG3 in section AA; -
6th : a third embodiment of the cavity according to FIG3 in section AA; -
7th .: Another embodiment of a cavity of the device according to the invention in a plan view of the cavity; as -
8th : an embodiment of the cavity according to7th in section AA.
Die Vorrichtung
Eine Kavität
Anschließend werden der erste Hohlraum
Im ersten Verfahrensschritt werden die Hohlräume
Das Temperierungsmedium strömt über den Temperierungsmedienablauf
Zwecks Minimierung von Wärmeverlusten sind die Bleche
Ebenfalls in diesem Ausschnitt zu sehen ist eine Kunststoffkörperzuführung
Wiederum in analoger Weise zeigt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 1010
- Kavitätcavity
- 1111
- KunststoffkörperzuführungPlastic body feeder
- 1212th
- kavitätsbegrenzende erste SeiteFirst side delimiting the cavity
- 1313th
- hohlraumbegrenzende zweite Seitecavity-delimiting second side
- 1414th
- hohlraumbegrenzende erste Seitevoid-delimiting first side
- 2020th
- Erste WandungFirst wall
- 2121
- Erster HohlraumFirst cavity
- 2525th
- TeilungseinrichtungDividing device
- 3030th
- Zweite WandungSecond wall
- 3131
- Zweiter HohlraumSecond cavity
- 3535
- BlechteilSheet metal part
- 4040
- TemperierungsmodulTemperature control module
- 4141
- TemperierungsmedienzulaufTempering medium supply
- 4242
- VerteilereinrichtungDistribution device
- 4545
- TemperierungsmedienablaufTemperature control media drain
- 4646
- SammlereinrichtungCollector facility
- 4747
- TemperierungsmediumTemperature control medium
- 4848
- TrennelementSeparator
- 4949
- Rohrpipe
- 5050
- WerkzeugoberteilTool head
- 5151
- WerkzeugteilungTool division
- 5252
- WerkzeugunterteilTool lower part
- 6060
- Stegweb
- 100100
- KunststoffkörperPlastic body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102015013131 A1 [0007]DE 102015013131 A1 [0007]
- WO 2016/083464 A1 [0008]WO 2016/083464 A1 [0008]
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-
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