DE10260278A1

DE10260278A1 - Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10260278A1
Application number: DE2002160278
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmiedel; Roman Lesser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-08
Also published as: EP1431020A1; ES2280678T3; DE50306486D1; EP1431020B1

Abstract

Bei der Herstellung eines Schichtkörpers, umfassend eine Tragschicht, eine Dekorschicht sowie eine dazwischenliegende Schaumschicht wird während des Herstellungsvorganges mittels wenigstens eines Drucksensors eine Druckverlaufkurve und unter deren Einbeziehung der Herstellungsprozess insbesondere hinsichtlich des Öffnens und Schließens der Randdichtungen, der Formhälften sowie der Vorentriegelung gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers in einem Formraum eines mehrteiligen Formwerkzeuges, welcher eine formstabile Tragstruktur, eine dekorative Außenschicht und eine elastische Schaumstoffschicht zwischen Tragstruktur und Außenschicht aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Schichtkörper finden im Kraftfahrzeugbau beispielsweise im Bereich der Innenausstattung insbesondere als Instrumententafel Verwendung.
Ein übliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der DE 198 22 113 C1 gezeigt und beschrieben, gemäß der die Herstellung eines Schichtkörpers in einem Formraum eines mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen Formwerkzeuges erfolgt, wobei bei geöffneten Formteilen des Formwerkzeuges die Tragstruktur und die Außenschicht eingebracht und an der Formwand anliegend gehalten werden; zwischen Tragstruktur und Außenschicht wird ein flüssiger Schaumgrundstoff eingebracht.
Im folgenden werden die Formteile des Formwerkzeuges geschlossen und der Schaumgrundstoff expandiert derart, dass die Tragstruktur und die Außenschicht innenseitig vollständig benetzt werden und sich das Schaumvolumen in Richtung des zwischen den Formteilen gebildeten Randspaltes ausdehnt.
Der Randspalt ist mittels einer steuerbaren Dichtung dichtbar und wird Idealerweise erst dann dicht geschlossen, wenn der Schaumstoff den inneren Bereich vollständig ausgefüllt hat, jedoch früh genug, um ein Austreten größerer Mengen Schaumstoff zu verhindern.
Als nachteilig hat sich erwiesen, dass eine Steuerung der Randdichtung nur anhand von Erfahrungswerten erfolgen kann und – um die Herstellung eines Fehlerfreien Schichtkörpers sicherzustellen – die Dichtung eher spät dicht geschlossen wird, mit der Folge dass einerseits eine große Menge Schaumstoff austritt, welche nachfolgend wieder entfernt werden muss.
Sobald die Randdichtungen geschlossen sind, steigt der Druck innerhalb der Formteile des Formwerkzeuges bedingt durch den fortschreitenden Schäumvorgang deutlich an. Mit dem Ausreagieren des Schaumstoffes werden die Randdichtungen geöffnet und die Formteile des Formwerkzeuges vorentriegelt, wobei die Bauteilequalität ganz wesentlich vom richtigen Zeitpunkt dieser Schritte abhängt. Ein zu frühes Öffnen der Randdichtungen und Vorentriegeln hat ein Zusammenfallen des Schaumstoffes zufolge, werden die Randdichtungen zu spät geöffneten und vorentriegelt, bilden sich Gasblasen und der Schaum platzt in sich. In jedem Fall ist die Bauteilequalität bis hin zur Unbrauchbarkeit vermindert.
Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist nachteiligerweise der Zeitpunkt, zu welchem der Schaumstoff ausreagiert hat, nicht exakt bestimmbar, so dass eine Ermittlung beispielsweise durch Versuche erfolgen muss, wobei Ausschussteile erzeugt werden und was einen hohen zeitlichen Aufwand erfordert.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen und Verfahren zeigt sich bei einem eventuellen Defekt im Bereich der Randdichtungen, was einen Schaumaustritt verbunden mit einem gestörten Druckaufbau während der Aufschäumphase zufolge hat, da ein derartiger Defekt möglicherweise erst spät – wenn bereits fehlerhafte Teile gefertigt wurden – bemerkt wird und darüber hinaus nur sehr schwer lokalisierbar ist.
Vor dem Hintergrund der beschriebenen Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine Korrelation von Prozesskenngrößen und Steuergrößen möglich ist. Insbesondere sollen prozess- und damit qualitätsrelevante Kenngrößen mit der Gasinnendruckkurve korreliert werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll bereitgestellt werden.
Zwar weist die DE 198 22 113 C1 einen Drucksensor auf, mittels welchem an der flexiblen Dekorschicht der Schauminnendruck gemessen werden kann, jedoch wird das Sensorsignal gemäß der DE 198 22 113 C1 lediglich dazu verwendet, außenseitig – zwischen Formwerkzeug und Tragteil – einen Gegendruck zu regeln. Das Tragteil liegt dabei in weiten Bereichen nicht an der Formwand des Formwerkzeuges an, sondern wird von dem geregelten Gegendruckpolster beaufschlagt. Eine Steuerung des Prozesses insbesondere hinsichtlich des Öffnens und Schließens der Randdichtungen, der Formhälften sowie der Vorentriegelung findet nicht statt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei gemäß des zu Grunde liegenden Gedankens die Tragstruktur und die Außenschicht im wesentlichen an der Formwand des Formraumes anliegen und innenseitig mittels eines die Schaumstoftschicht bildenden, aufschäumenden Schaumgrundstoffes druckbeaufschlagbar sind, das Formwerkzeug zumindest einen mit der Außenschicht in Messkontakt stehenden Drucksensor umfasst, mittels des wenigstens einen Drucksensors Druckmesswerte aufnehmbar sind und eine Prozesssteuerung unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist mit den Unteransprüchen 12 bis 14 angegeben.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden mittels des wenigstens einen Drucksensors diskret oder kontinuierlich Druckmesswerte aufgenommen, so dass eine Druckverlaufskurve messbar ist.
Sehr zu bevorzugen ist es – wenn zwischen den Formteilen des Formwerkzeuges ein mittels einer steuerbaren Randdichtung verschließbarer Randspalt zum Druckausgleich vorgesehen ist – eine Steuerung der Randdichtung unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt. Insbesondere wird die Randdichtung geschlossen, sobald ein entsprechender Anstieg der Druckverlaufskurve eine vollständige Füllung des Formraumes mit aufgeschäumtem Schaumstoff unter vollständiger Verdrängung der im Formraum enthaltenen Luft signalisiert und geöffnet, sobald ein abnehmender Gradient der Druckverlaufskurve ein vollständiges Aufschäumen und ausreichendes Erstarren der Schaumschicht signalisiert.
Zweckmäßigerweise erfolgt ein Vorentriegeln der Formteile des Formwerkzeuges zeitgekoppelt mit dem Öffnen der Randdichtung, sobald ein abnehmender Gradient der Druckverlaufskurve ein vollständiges Aufschäumen und ausreichendes Erstarren der Schaumschicht signalisiert.
Sehr vorteilhaft ist es ferner, wenn ein Schließen der Formteile des Formwerkzeuges unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt. Insbesondere erfolgt – wenn bei geöffneten Formteilen des Formwerkzeuges die Tragstruktur und/oder die Außenschicht vakuumunterstützt an der Formwand des Formwerkzeuges gehalten ist/sind – ein Schließen der Formteile des Formwerkzeuges nur dann, wenn ein entsprechendes Signal des wenigstens einen Drucksensors eine korrekte Positionierung der Tragstruktur und/oder der Außenschicht im Formwerkzeug signalisiert. Auf diese Weise ist ein Detektieren eines falsch eingelegten Einlageteiles möglich und es kann ebenso verhindert werden, dass in diesem Fall die Formhälften schließen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt ein Öffnen der Formteile des Formwerkzeuges unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte, insbesondere dann, wenn ein entsprechendes Signal des wenigstens einen Drucksensors ein ausreichendes Erstarren der Schaumschicht signalisiert.
Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, vorzugsweise vor dem Schließen der Formteile des Formwerkzeuges, eine Kalibrierung des wenigstens einen Drucksensors durchzuführen. Hierzu erfolgt ein Abgleich des Drucksensors auf einen vorbestimmten Wert, insbesondere auf null Bar.
Zweckmäßigerweise umfasst bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zumindest ein Formteil wenigstens einen insbesondere mit der Außenschicht in Messverbindung stehenden Drucksensor, wobei es sehr vorteilhaft ist es, wenn der wenigstens eine Drucksensor, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung, signalleitend mit einer Steuereinrichtung verbunden ist.
Von besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Steuereinrichtung geeignet ist, unter Einbeziehung des Signals des wenigstens einen Drucksensors sowie weiterer Eingangsdaten und/oder in der Steuereinrichtung bereits gespeicherter Daten Ausgangssignale zur Steuerung der Vorrichtung zu erzeugen.
Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1 ein Formwerkzeug zur Herstellung eines Schichtkörpers sowie
2 einen Druckverlauf während des Herstellvorganges eines Schichtkörpers.
1 zeigt ein Formwerkzeug 10 zur Herstellung eines Schichtkörpers mit einer formstabilen Tragstruktur 22, einer dekorativen Außenschicht 24 und einer dazwischenliegenden Schaumschicht 26. Das Formwerkzeug 10 umfasst zwei Formteile 12 und 14, welche einen Formraum einschließen.
Bei der formstabile Tragstruktur 22 handelt es sich beispielsweise um ein Blech, um Holzfaser-Trägerteile oder insbesondere um gegebenenfalls glasfaserverstärkte Thermoplast-Trägerteile. Üblicherweise handelt es sich bei der Schaumschicht 26 um Polyurethan-Schaum, als dekorative Außenschicht 24 werden PUR-Sprühhäute, Slush-Häute, Folien, Leder, oder Textilien verwendet.
Zur Herstellung eines Schichtkörpers werden bei geöffneten Formwerkzeuges 10 die Tragstruktur 22 sowie die dekorative Außenschicht 24 jeweils an einer Formhälfte 12, 14 anliegend eingelegt und mittels einer hier nicht näher dargestellten Einrichtung zur Aufbringung eines Vakuums gehalten. Der Formhälften 12 und/oder 14, insbesondere die Formhälfte 14, an welcher die dekorative Außenschicht 24 anliegt, umfassen zumindest einen Drucksensor 16, welcher im Ausführungsbeispiel mit der dekorativen Außenschicht 24 in Messverbindung steht. Bereits bei geöffneten Formhälften 12, 14 ist so die vakuumbedingte Haltekraft überprüfbar.
Auf der Tragstruktur 22 und/oder der dekorativen Außenschicht 24 ist innenseitig ein Schaumgrundstoff aufgebracht. Im Folgenden werden die Formteile 12, 14 geschlossen und der Schaumgrundstoff schäumt auf, wobei sich der Schaumstoff 26 ausdehnt und, den zwischen den Formteilen 12, 14 gebildeten Formraum ausfüllend, in Richtung eines zwischen den Formhälften 12 und 14 gebildeten Randspaltes 38 ausbreitet; mit zunehmender Ausdehnung des Schaumstoffes 26 wird die im Formraum befindliche Luft über den Randspalt 38 verdrängt. Sobald die Luft vollständig verdrängt ist, werden Randdichtungen 18, welche vorliegend als gesteuert aufblasbare Dichtungen ausgebildet und von der Formhälfte 14 umfasst sind, dichtend geschlossen, wobei ein übermäßiger Schaumaustritt aus dem Formwerkzeuges 10 vermieden wird. Der ideale Zeitpunkt zum Schließen der Randdichtungen 18 wird anhand der mittels des Druckssensors 16 aufgenommenen Druckverlaufkurve bestimmt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur ein Drucksensor 16 dargestellt, jedoch ist es durchaus zweckmäßig, mehrere derartige Sensoren vorzusehen, um die Druckverhältnisse im Bauteil möglichst gut abbilden zu können. Mittels des Drucksensors 16 ist an der dekorativen Außenschicht 24 der Innendruck im Schaumbereich 26 messbar. Beispielsweise sind auch im Bereich der Randdichtung 18 Drucksensoren vorgesehen, so dass anhand deren Signale eine Defekt im Bereich der Randdichtung 18 festgestellt und lokalisiert werden kann. Zwischen den Formhälften 12, 14 des Formwerkzeuges 10 sind gegebenenfalls mehrere Randspalte verteilt auf den Umfang angeordnet, die unter Umständen mit separat ansteuerbaren Randdichtungen 18 verschließbar sind.
Der Drucksensor 16 ist gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung 28 mittels einer Signalleitung 23 mit einer Steuereinrichtung 30 verbunden, welche unter Einbeziehung bereits gespeicherter Daten und/oder weiterer Eingangsgrößen 36 Ausgangsgröße 34 zur Steuerung der Vorrichtung zur Herstellung von Schichtkörpern erzeugt.
Um bei dem Herstellungsprozess vorbestimmte Temperaturkurven durchlaufen zu können, sind die Formteile 12, 14 mit Temperierbohrungen 20 versehen, durch welche einen Heiz- bzw. Kühlmedium leitbar ist; gegebenenfalls sind die Formhälften 12, 14 auch direkte beheizt- bzw. kühlbar. Die Formteile 12, 14 sind zweckmäßigennreise getrennt voneinander temperierbar, so dass den unterschiedlichen wärmetechnischen Kenngrößen respektive der Bauteilgeometrie Rechnung getragen werden kann.
Sobald anhand der mittels des Drucksensors 16 aufgenommenen Druckkurve ein ausreichendes Erstarren der Schaumschicht 26 festgestellt wird, werden die Randdichtungen 18 geöffnet und das Formwerkzeuges 10 vorentriegelt; auch das nachfolgende Öffnen des Werkzeugs orientiert sich am Verlauf der Druckkurve.
Eine während der Herstellung eines Schichtkörperbauteiles mittels Drucksensor 16 aufgenommene Druckkurve K ist in 2 dargestellt. Die Überprüfung der Vakuum-Haltekraft beigeöffneten Werkzeughälften 12, 14 findet im Bereich a statt, welcher mit einer Kalibrierung des Sensorsignals zum Zeitpunkt b abschließt. Der Anstieg der Druckverlaufkurve K im Bereich c kennzeichnet den Zeitraum, in welchem die Randdichtungen 18 aufgeblasen werden, ein sich verringernder Gradient kennzeichnet ein vollständiges aufschäumen und fortschreitendes Erstarren des Schaumstoffes 26 und gibt das Signal zum Öffnen der Randdichtung 18 und zum Vorentriegeln des Werkzeuges 10 zum Zeitpunkt d. Sobald nachfolgend der Druck in den Bereich des Ausgangswertes gefallen ist und der Werkstoff ausreichend gefestigt ist, werden die Formteile 12, 14 geöffnet und der Schichtkörper kann entnommen werden.
Aufgrund der Möglichkeit der Druckmessung durch die Außenschicht 24 ist anhand einer Messgröße der Produktionsprozess zerstörungsfrei und lückenlos überwachbar. Anhand der Druckverlaufkurve K kann bereits bei Bauteilentnahme eine Qualitätsbewertung vorgenommen werden. Die Auswertung der Druckkurve eröffnet die Möglichkeit, Reaktionszeiten zu reduzieren was zur kürzeren Taktzeiten führt. Ferner zeigt die Druckkurve, ob der Prozessablauf, insbesondere die Steuerzeiten und die Dichtigkeit von Dichtungen, den Vorgaben entspricht, so dass anhand des Druckkurvenverlaufes Prozess- und/oder Bauteilfehler erkennbar sind.
Insgesamt sind die Qualitätsverbesserung der hergestellten Bauteile, die Minimierung des Aufwandes bei der Prozessüberwachung sowie die reduzierten Taktzeiten hervorzuheben.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers umfassend – eine formstabile Tragstruktur (22), – eine dekorative Außenschicht (24) sowie – eine elastische Schaumstoftschicht (26) zwischen Tragstruktur (22) und Außenschicht (24) in einem Formraum eines mehrteiligen Formwerkzeuges (10), wobei – die Tragstruktur (22) und die Außenschicht (24) im wesentlichen an der Formwand des Formraumes anliegen und innenseitig mittels eines die Schaumstoffschicht (26) bildenden, aufschäumenden Schaumgrundstoffes druckbeaufschlagbar sind, – das Formwerkzeug (10) zumindest einen mit der Außenschicht (24) in Messkontakt stehenden Drucksensor (16) umfasst, – mittels des wenigstens einen Drucksensors (16) Druckmesswerte aufnehmbar sind und – eine Prozesssteuerung unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des wenigstens einen Drucksensors (16) diskret oder kontinuierlich Druckmesswerte aufgenommen werden und so eine Druckverlaufskurve (K) messbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den Formteilen des Formwerkzeuges ein mittels einer steuerbaren Randdichtung verschließbarer Randspalt zum Druckausgleich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Randdichtung (18) unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Randdichtung (18) geschlossen wird, sobald ein entsprechender Anstieg (c) der Druckverlaufskurve (K) eine vollständige Füllung des Formraumes signalisiert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Randdichtung (18) geöffnet wird, sobald ein abnehmender Gradient (d) der Druckverlaufskurve (K) ein vollständiges Aufschäumen und ausreichendes Erstarren der Schaumschicht (26) signalisiert.
Verfahren nach Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorentriegeln der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) erfolgt, sobald ein abnehmender Gradient (d) der Druckverlaufskurve (K) ein vollständiges Aufschäumen und ausreichendes Erstarren der Schaumschicht (26) signalisiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei geöffneten Formteilen (12, 14) des Formwerkzeuges (10) die Tragstruktur (22) und/oder die Außenschicht (24) vakuumunterstützt an der Formwand des Formwerkzeuges gehalten ist/sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) nur dann erfolgt, wenn ein entsprechendes Signal (a) des wenigstens einen Drucksensors (16) eine korrekte Positionierung der Tragstruktur (22) und/oder der Außenschicht (24) im Formwerkzeug (10) signalisiert.
Verfahren nach Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) unter Einbeziehung der gemessenen Druckmesswerte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) dann erfolgt, wenn ein entsprechendes Signal (e) des wenigstens einen Drucksensors (16) ein ausreichendes Erstarren der Schaumschicht (26) signalisiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise vor dem Schließen der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) eine Kalibrierung des wenigstens einen Drucksensors (16) erfolgt (b).
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formteil (12, 14) wenigstens einen insbesondere mit der Außenschicht in Messverbindung stehenden Drucksensor (16) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Drucksensor (16) gegebenenfalls über Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung (28) signalleitend mit einer Steuereinrichtung (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) geeignet ist, unter Einbeziehung des Signals des wenigstens einen Drucksensors (16) sowie weiterer Eingangsdaten (36) und/oder in der Steuereinrichtung bereits gespeicherter Daten Ausgangssignale (34) zur Steuerung der Vorrichtung, insbesondere zur Steuerung der Randdichtung (18), der Öffen- und/oder Schließbewegung der Formteile (12, 14) des Formwerkzeuges (10) sowie der Vorentriegelung, zu erzeugen.