DE19713233A1

DE19713233A1 - Verfahren zur Herstellung flächiger Kunststoffschichten

Info

Publication number: DE19713233A1
Application number: DE1997113233
Authority: DE
Inventors: Herbert Burzlaff; Juergen Wagner
Original assignee: EMA ELEKTRO MASCHINEN SCHULTZE
Current assignee: EMA ELEKTRO MASCHINEN SCHULTZE
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 1998-10-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung flächiger Kunststoffschichten vorzugsweise von hautartigen Oberflächenbezügen, aus pastösem, pulvrigem, gra nulösem oder flüssigem Grundmaterial.

Aus der Praxis sind die unterschiedlichsten Verfahren zur Herstellung flächiger Kunststoffschichten bekannt. Derartige Kunststoffschichten finden ihre Anwendung bspw. im Kraftfahrzeugbereich, wo diese u. a. in Form von hautartigen Oberflächen bezügen als Bezugsmaterial für Armaturentafeln sowie für Türverkleidungen und an dere abzudeckende Bereiche im Innenraum des Kraftfahrzeugs dienen. Ein typisches Innenausstattungsteil eines Kraftfahrzeugs weist dann im allgemeinen drei Elemente auf: ein Trägerteil, die hautartige Kunststoffschicht sowie einen dazwischen liegenden Polyurethanschaum.

Die in Rede stehenden hautartigen Oberflächenbezüge wurden früher typischerweise im Tiefziehverfahren hergestellt, wobei heute überwiegend ein Heißschmelzverfahren eingesetzt wird, bei dem ein pastöses, pulvriges, granulöses oder flüssiges Kunst stoffgrundmaterial geschmolzen wird.

Bei dem bekannten Herstellungsverfahren wird das pastöse, pulvrige, granulöse oder flüssige Grundmaterial zunächst in einen metallischen Reaktionsbehälter eingefüllt. Anschließend wird der Reaktionsbehälter mit einem Deckel verschlossen und aufge heizt. Dabei kann sich die Paste, das Pulver, das Granulat oder das flüssige Grund material mehr oder weniger gleichmäßig an der gesamten Innenoberfläche des Re aktionsbehälters verteilen und aufgrund der Temperatureinwirkung zur Kunststoff schicht ausreagieren. In einem nachfolgenden Schritt wird der Reaktionsbehälter und damit die gebildete Kunststoffschicht abgekühlt. Nach dem Abkühlen kann die gebil dete Kunststoffschicht aus dem Reaktionsbehälter entnommen werden.

Bei dem bekannten Verfahren ist problematisch, daß beim Einbringen des Grund materials in den Reaktionsbehälter nur selten eine gleichmäßige Verteilung des Grundmaterials erreichbar ist. Nahezu immer ergeben sich Bereiche mit erhöhten Materialanhäufungen. Bei der Verwendung eines Pulvers als Grundmaterial wird dann von einer partiellen Überpulverung gesprochen. Die Folge dieser ungleichmä ßigen Verteilung ist nicht nur eine unterschiedlich starke, sondern auch eine ungleichmäßig ausreagierte Kunststoffschicht. Derart inhomogene Kunststoffschich ten entsprechen nicht den heutigen Anforderungen an eine hochwertige Innenraum ausgestaltung eines modernen Kraftfahrzeugs.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her stellung flächiger Kunststoffschichten anzugeben, bei dem weitestgehend homogene Kunststoffschichten in einfacher Weise herstellbar sind.

Die zuvor genannte Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 1 gelöst. Danach ist ein Verfahren zur Herstellung flächiger Kunst stoffschichten der in Rede stehenden Art durch die folgenden Verfahrensschritte ge kennzeichnet:
Zunächst erfolgt in erfindungsgemäßer Weise ein Anordnen eines elektrisch leitfähi gen Reaktionsbehälters mit nach unten gerichteter Behälteröffnung. Erfolgt nun ein Aufbringen des Grundmaterials auf die ggf. vorgewärmte Innenfläche des Reaktions behälters, entsteht zunächst im unmittelbaren Nahbereich der Innenfläche ein erster dünner Kunststoffschichtabschnitt. Eine überschüssige, zu diesem Zeitpunkt noch nicht anschmelzende Menge an Grundmaterial fällt dabei aufgrund der Schwer krafteinwirkung aus dem Behälter heraus. Aufgrund der Wärmeleitung in dem ersten Schichtabschnitt erwärmt sich dieser Schichtabschnitt nach und nach, so daß bei kontinuierlichem Nachfüllen von weiterem Grundmaterial in den Reaktionsbehälter sich nach und nach auch auf dem ersten Schichtabschnitt weitere Schichtabschnitte aufbauen. Durch diesen kontinuierlichen Aufwachsprozeß, bei dem nicht sofort an schmelzendes Grundmaterial aufgrund der Schwerkraft von der sich bildenden Schicht separiert wird, werden bereichsweise Grundmaterialanhäufungen vermieden. Folglich sind auch Inhomogenitäten in der sich bildenden Kunststoffschicht mit unter schiedlich ausreagierten Bereichen ausgeschlossen.

Das Erwärmen des Reaktionsbehälters auf eine Reaktionstemperatur, bei der ein effektives Anschmelzen und Ausreagieren des Grundmaterials gewährleistet ist, er folgt vor und/oder während und/oder nach dem Anordnen des Reaktionsbehälters mit nach unten gerichteter Behälteröffnung. Hier ist eine individuelle Anpassung an spe zifische Erfordernisse ermöglicht. In gleicher Weise erfolgt das Aufbringen des Grundmaterials auf die Innenfläche des Reaktionsbehälters vor und/oder während und/oder nach dem Anordnen und/oder Erwärmen des Reaktionsbehälters. Ein typi scher möglicher Verfahrensablauf kann dann in einem Anordnen des Reaktionsbe hälters, einem sich anschließenden Erwärmen des Reaktionsbehälters und einem sich wiederum anschließenden Aufbringen des Grundmaterials auf die Innenfläche des Reaktionsbehälters bestehen. Jedoch könnte das Erwärmen des Reaktionsbe hälters auch nach dem Aufbringen des Grundmaterials erfolgen, wenn das Grund material auch ohne Wärmeeinwirkung ein ausreichendes Haftvermögen an der Be hälterinnenfläche zeigt.

Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt das Reagieren des Grundmaterials zur Kunst stoffschicht. Dieses Reagieren erfolgt vorzugsweise bei konstanter Reaktionstempe ratur.

Schließlich erfolgt ein Abkühlen der Kunststoffschicht und/oder des Reaktionsbehäl ters, wobei aus energetischen Gründen das Abkühlen lediglich soweit erfolgen sollte, daß die abgekühlte Kunststoffschicht aus dem Reaktionsbehälter entnehmbar ist, wodurch der letzte Verfahrensschritt vollzogen ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist folglich ein Verfahren zur Herstellung flä chiger Kunststoffschichten angegeben, bei dem weitestgehend homogene Kunst stoffschichten in einfacher Weise - durch geschickte Anordnung des Reaktionsbe hälters - herstellbar sind.

Im Hinblick auf eine leichte Entnehmbarkeit der abgekühlten Kunststoffschicht aus dem Reaktionsbehälter könnte vor oder nach dem Anordnen des Reaktionsbehälters mit nach unten gerichteter Behälteröffnung ein Trennmittel auf die Innenfläche des Reaktionsbehälters aufgebracht werden. Das Aufbringen des Trennmittels könnte in besonders einfacher Weise durch Aufsprühen oder Einpinseln erfolgen. Hinsichtlich einer leicht handhabbaren Substanz könnte das Trennmittel eine fett- oder eine zink haltige Substanz sein. Je nach verwendete r Substanz könnte das ursprüngliche Haft vermögen des Grundmaterials an der Innenfläche des Reaktionsbehälters, d. h. das Haftvermögen vor dem Anschmelzen an den Behälter, durch die Substanz erhöht oder erniedrigt sein. Hier ist ggf. eine Abwägung und Optimierung hinsichtlich der verwendeten Substanz durch den Anwender erforderlich.

Zur Gewährleistung eines energetisch besonders günstigen Erwärmens könnte das Erwärmen induktiv erfolgen. Dabei werden durch unmittelbares Ankoppeln an den elektrisch leitfähigen Reaktionsbehälter Wirbelströme in dem Reaktionsbehälter ge neriert, die aufgrund des elektrischen Widerstandes des Reaktionsbehältermaterials zu einer Erwärmung des Reaktionsbehälters führen. Energieverluste durch Erwär men eines Heizmediums und dessen unvermeidliche Wärmeabstrahlung sind hierbei ausgeschlossen. Durch das induktive Erwärmen wird der Reaktionsbehälter quasi von innen heraus erwärmt, wodurch ein direktes und ebenfalls höchst effizientes Er wärmen des Kunststoffgrundmaterials bewirkt ist. Dabei könnte die Form des Induk tors oder der Induktoren einer Induktionsheizeinrichtung zur Sicherstellung eines en ergetisch günstigen Energieübertrags der Kontur des Reaktionsbehälters angepaßt sein.

Je nach Erfordernis könnte der Reaktionsbehälter zur Erwärmung an dem Induktor oder an den Induktoren vorbeigeführt werden oder könnten alternativ hierzu der In duktor oder die Induktoren an dem Reaktionsbehälter vorbeigeführt werden. Durch diese Flexibilität ist eine problemlose Integration in bereits vorhandene Produktionsli nien ermöglicht.

Im Hinblick auf eine einfach zu realisierende Automatisierung des Verfahrens könnte das Aufbringen des Grundmaterials mittels einer Sprüheinrichtung erfolgen. Dabei könnte die Sprüheinrichtung aus Zeitersparnisgründen derart ausgestaltet sein, daß die gesamte Innenfläche des Reaktionsbehälters flächendeckend überstreichbar ist. Folglich wäre ein Aufbringen des Grundmaterials durch ein einmaliges Bewegen der Sprüheinrichtung an dem Reaktionsbehälter vorbei ermöglicht. Die Stärke der Kunst stoffschicht hängt von der Bewegungsgeschwindigkeit der Sprüheinrichtung bzw. der Aufbringdauer und/oder -intensität ab. Die Aufbringdauer und/oder -intensität könnte dabei steuerbar und die Sprüheinrichtung rechnergesteuert geführt sein. In diesem Zusammenhang ist auch eine Sprüheinrichtung denkbar, die die gesamte Innenflä che des Reaktionsbehälters gleichzeitig besprühen kann. Auch hier ist eine Steuerung der Stärke der Kunststoffschicht über die Aufbringdauer und/oder -inten sität möglich.

Im Hinblick auf eine konstruktiv besonders einfache Sprüheinrichtung könnte die Sprüheinrichtung eine Sprühpistole sein. Mit einer solchen Sprühpistole wäre es leicht möglich, schwer erreichbare Stellen des Reaktionsbehälters durch ein nach trägliches Aufbringen von Grundmaterial gezielt nachzubeschichten.

Im Hinblick auf ein vollständiges Durchschmelzen der Kunststoffschicht ist es beson ders günstig, den Reaktionsbehälter vor und/oder während des Reagierens des Grundmaterials zur Kunststoffschicht um etwa 180° zu wenden, so daß die Behälter öffnung nach oben zeigt und die Kunststoffschicht an der Innenfläche des Reaktions behälters aufgrund der Schwerkraftwirkung anliegt. Hierbei ist ein vollständiges Durchwärmen und damit auch Ausreagieren der Kunststoffschicht gewährleistet.

Alternativ oder in Ergänzung zu dem Wenden des Reaktionsbehälters könnte der Reaktionsbehälter und/oder die Kunststoffschicht während des Reagierens nachge wärmt werden, so daß ein ungenügendes Reagieren des Grundmaterials aufgrund von Wärmeverlusten ausgeschlossen ist. Hierzu könnte die dem Reaktionsbehälter abgewandte Seite des Grundmaterials bzw. der Kunststoffschicht mit einem Wärme strahler nachgewärmt werden. Dabei ist der Einsatz von handelsüblichen Infrarot strahlern denkbar. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten könnte das Nachwärmen - gleich welcher Art - in einem wärmeisolierten Raum stattfinden.

Hinsichtlich eines besonders energiesparenden Verfahrens könnte das Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur erfolgen, bei der die Kunststoffschicht gerade entnehmbar ist. Eine weitere Abkühlung wäre lediglich eine Verschwendung von Energie, die bei einem nachfolgenden Erwärmen des Reaktionsbehälters zur Herstellung einer weite ren Kunststoffschicht wieder erbracht werden müßte. Je geringer die Abkühlung, de sto geringer ist folglich der Energieverlust.

Das Abkühlen könnte in einfacher Weise durch Eintauchen des Reaktionsbehälters in ein Kühlmedium erfolgen. Alternativ hierzu könnte das Abkühlen durch Eingießen ei nes Kühlmediums in den gewendeten Reaktionsbehälter und zwar entweder auf oder unter die Kunststoffschicht erfolgen. Als einfach zu handhabendes Kühlmedium wäre dabei ein Gas, Wasser oder ein Öl denkbar, wobei in besonders einfacher Weise auch ein Abkühlenlassen an Umgebungsluft bei Raumtemperatur möglich wäre.

Hinsichtlich der Herstellung einer besonders homogenen Kunststoffschicht könnte der Reaktionsbehälter schalenförmig ausgebildet sein.

Zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Ausreagierens des Grundmaterials zur Kunststoffschicht könnte die Reaktionstemperatur und/oder die Nachwärmtemperatur geregelt sein. Hierbei ist eine komfortable Regelung und Steuerung über eine Rech neranlage denkbar. Zur dann erforderlichen Temperaturmessung des Reaktionsbe hälters könnte ein Pyrometer und/oder ein an der Rückseite des Reaktionsbehälters angeordnetes Thermoelement vorgesehen sein.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung ei nes Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Reaktionsbehälters, einer Indukti onsheizeinrichtung und einer Sprüheinrichtung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Er läuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
einzige Figur in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Reaktionsbehälters, einer Induktionsheizein richtung und einer Sprüheinrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Reaktionsbehälters 2, einer Induktionsheizeinrichtung 6 und einer Sprüheinrichtung 7 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung flächiger Kunststoffschichten 1, vorzugsweise von hautartigen Oberflä chenbezügen, aus pastösem, pulvrigem, granulösem oder flüssigem Grundmaterial. Der Reaktionsbehälter 2 ist aus Metall ausgebildet und mit nach unten gerichteter Behälteröffnung 3 angeordnet. Unterhalb des Reaktionsbehälters 2 ist eine Sprühein richtung 7 angeordnet, die die gesamte Innenfläche 4 des Reaktionsbehälters 2 gleichzeitig bepulvert. Oberhalb des Reaktionsbehälters 2 sind Induktoren 5 der In duktionsheizeinrichtung 6 angeordnet, wobei die Induktoren 5 der Kontur des scha lenförmigen Reaktionsbehälters 2 angepaßt sind.

Die Figur zeigt eine Verfahrensphase, in der der Reaktionsbehälter 2 bereits induktiv erwärmt ist und in der sich bereits ein erster Schichtabschnitt der Kunststoffschicht 1 an der Innenfläche 4 des Reaktionsbehälters 2 gebildet hat bzw. an der Innenfläche an geschmolzen ist. Die Sprüheinrichtung 7 bepulvert die schon entstandene Kunst stoffschicht 1 kontinuierlich mit pulvrigem Grundmaterial, wobei nicht sofort an dem bereits entstandenen Schichtabschnitt anschmelzendes Pulver aufgrund der Schwer kraft nach unten aus dem Reaktionsbehälter 2 heraus fällt.

Aufgrund dieses Mechanismus bildet sich nach und nach eine immer stärkere, durchschmolzene Kunststoffschicht, die äußert homogen ist.

Der Einfachheit der Darstellung wegen sind lediglich fünf Sprühstrahlen der Sprüh einrichtung 7 gezeigt, wobei in der Praxis sichergestellt werden kann, daß eine ho mogene Bepulverung über die gesamte Innenfläche 4 vorliegt.

Die Reaktionstemperatur, d. h. die Temperatur, bei der ein effektives Anschmelzen und Ausreagieren des Grundmaterials zur Kunststoffschicht 1 gewährleistet ist, ist über eine Recheneinrichtung regelbar. Die hierfür erforderliche Temperaturmessung des Reaktionsbehälters 2 erfolgt über ein an der Rückseite des Reaktionsbehälters 2 angeordnetes Thermoelement 8 und/oder über ein Pyrometer.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah rens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Be schreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Reaktionsbehälters 2, einer Induktions heizeinrichtung 6 und einer Sprüheinrichtung 7 zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese je doch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung flächiger Kunststoffschichten (1), vorzugsweise von hautartigen Oberflächenbezügen, aus pastösem, pulvrigem, granulösem oder flüssi gem Grundmaterial, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Anordnen eines elektrisch leitfähigen Reaktionsbehälters (2) mit nach unten gerichteter Behälteröffnung (3);
- Erwärmen des Reaktionsbehälters (2) vor und/oder während und/oder nach dem Anordnen des Reaktionsbehälters (2) auf eine Reaktionstemperatur;
- Aufbringen des Grundmaterials auf die Innenfläche (4) des Reaktionsbehälters (2) vor und/oder während und/oder nach dem Anordnen und/oder Erwärmen des Reaktionsbehälters (2);
- Reagieren des Grundmaterials zur Kunststoffschicht (1);
- Abkühlen der Kunststoffschicht (1) und/oder des Reaktionsbehälters (2); und
- Entnehmen der abgekühlten Kunststoffschicht (1) aus dem Reaktionsbehälter (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach dem Anordnen des Reaktionsbehälters (2) ein Trennmittel auf die Innenfläche (4) des Re aktionsbehälters (2) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Trennmittels durch Aufsprühen oder Einpinseln erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Trenn mittel ein Fett oder eine zinkhaltige Substanz ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen induktiv erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des In duktors (5) oder der Induktoren (5) der Induktionsheizeinrichtung (6) der Kontur des Reaktionsbehälters (2) angepaßt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reakti onsbehälter (2) zum Erwärmen an dem Induktor (5) oder an den Induktoren (5) vorbeigeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (5) oder die Induktoren (5) zum Erwärmen an dem Reaktionsbehälter (2) vorbeige führt wird oder werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Grundmaterials mittels einer Sprüheinrichtung (7) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrich tung (7) derart ausgestaltet ist, daß die gesamte Innenfläche (4) des Reaktionsbe hälters (2) flächendeckend überstreichbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Kunststoffschicht (1) über die Aufbringdauer und/oder -intensität steuerbar ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung (7) rechnergesteuert geführt ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung (7) eine Sprühpistole ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (2) vor und/oder während des Reagierens des Grundmaterials zur Kunststoffschicht (1) um etwa 180° gewendet wird, so daß die Behälteröffnung (3) nach oben zeigt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (2) und/oder die Kunststoffschicht (1) während des Reagierens nachgewärmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reakti onsbehälter (2) abgewandte Seite des Grundmaterials bzw. der Kunststoffschicht (1) mit einem Wärmestrahler nachgewärmt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachwärmen in einem wärmeisolierten Raum stattfindet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur erfolgt, bei der die Kunststoffschicht (1) entnehmbar ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen durch Eintauchen des Reaktionsbehälters (2) in ein Kühlmedium er folgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen durch Eingießen eines Kühlmediums in den gewendeten Reaktionsbe hälter (2) und auf oder unter die Kunststoffschicht (1) erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium ein Gas, Wasser oder ein Öl ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (2) schalenförmig ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur und/oder die Nachwärmtemperatur geregelt ist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung des Reaktionsbehälters (2) ein Pyrometer und/oder ein an der Rückseite des Reaktionsbehälters (2) angeordnetes Thermoelement (8) vorge sehen ist.