DE19822113C1 - Verfahren zum Herstellen von Formteilen und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens.

Derartige Formteile, aus Trägerteil, Schaumstoff- und Dekorschicht gebildet, sind seit mehreren Jahren Stand der Technik. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet sol­ cher Teile ist die Innenausstattung von Automobilen, hier vor allem die Verwendung als Instrumententafel (Armaturenbrett). Die Schaumstoffschicht leistet dort einen nennenswerten Beitrag zur inneren Sicherheit der Fahrgastzelle; die guten Formgebungseigenschaften des Schaums gewährleisten zusätzlich einen großen gestalterischen Spielraum für Entwickler und Designer. Als Standardwerkstoff für den Schaum hat sich Polyurethan-Schaum bewährt, vor allem wegen sei­ ner einfachen Handhabung und der Anpassungsfähigkeit seiner physikalischen Eigenschaften. Für die Dekor­ schicht finden tiefgezogene Thermoplastfolien oder sogenannte "Slush-Häute" Verwendung, nämlich vorge­ formte, gesondert in einer Art Schlickervorgang her­ gestellte Kunststoffhäute. Die Trägerteile waren zu­ nächst Bleche oder Holzfaser-Trägerteile, in zuneh­ mendem Maße werden heute Thermoplast-Trägerteile ver­ wendet, gegebenenfalls mit Glasfasern versteift.

Das Herstellungsverfahren läßt sich so umreißen: Das Dekor (Folie oder Slush-Haut) wird in das Unter­ teil eines Hohlformwerkzeuges eingelegt und das Trä­ gerteil am Oberteil des Hohlformwerkzeuges gehalten, zum Beispiel durch Sauger. Danach wird flüssiges Po­ lyurethan in die Hohlform eingebracht und diese ge­ schlossen. Das expandierende Polyurethan füllt den Hohlraum zwischen Dekor und Trägerteil aus. Sobald dieser Hohlraum ausgefüllt ist, das expandierende Polyurethan also den Randbereich des Formteils er­ reicht hat, wird der Raum zwischen dem Trägerteil und dem Dekor abgedichtet, beispielsweise durch eine auf­ blasbare Dichtung, und es beginnt die Aushärtungszeit des Schaums, in der er seine Dimensionsstabilität erlangt. Dabei baut sich im Hohlformwerkzeug ein In­ nendruck (Schaumdruck) von ca. 1,5-5 bar auf, der nach der Aushärtung durch einen Entgasungshub von ei­ nigen Millimetern abgebaut wird, ehe das Formteil dem Schaumwerkzeug entnommen wird. Das Trägerteil ist während der Innendruckphase durch das Oberteil des Hohlformwerkzeuges, an dem es anliegt, gestützt.

Mit diesen Vorgehen nach dem Stand der Technik sind noch Nachteile verbunden. Vor allem sind hierfür Fer­ tigungstoleranzen der Trägerteile verantwortlich.

Diese führen dazu, daß die Trägerteile nicht in allen Bereichen vollflächig an dem stützenden Oberteil der Hohlform anliegen. Durch den Schaumdruck werden die Trägerteile jedoch auch im Bereich der Toleranzen an das Hohlformoberteil gedrückt und dabei verspannt. Nach der Druckentlastung federn die Trägerteile im verspannten Toleranzbereich zurück und deformieren dabei das Formteil. Auf dessen Sichtseite wird ein örtliches Zurückfedern des Trägerteils beispielsweise als Welligkeit störend sichtbar. Verschärft wird die­ se Problematik noch dadurch, daß die Trägerteiltole­ ranzen nicht immer an der gleichen Stelle auftreten. Bauelemente für den Beifahrerairbag (Verstärkungen, Schußkanäle), die vor allem dann, wenn es sich um "unsichtbare", d. h. fugenlos überschäumte Airbags handelt, die am Trägerteil vormontiert sind, sind Grund für zusätzliche Toleranzen und führen zu einer Erhöhung der Verspannungen. Eine bei Trägerteilen aus Metall gelegentlich aus Gründen einer gleichmäßigeren Schaumentwicklung vorgesehene Perforation der Träger­ teile führt durch den örtlichen Schaumaustritt als Nebenerscheinung zwar zu einer Minderung der Träger­ teilverspannung durch Schaumdruck, erfordert aber die Anwendung von Trennmitteln, wodurch das Verfahren er­ schwert und verteuert wird.

In der DE-OS 21 19 874 wird vorgeschlagen, eine aus zwei Schalen gebildete Hohlform auszuschäumen, um so einen großflächigen Verbundkörper zu schaffen, bei dem die Schalen nachher die Deckschichten um die Aus­ schäumung den Kern einer Sandwich-Anordnung bilden. Um den Schaumdruck zu kompensieren, wird die Hohlform in einem Druckbehälter ausgeschäumt, in dem ein dem jeweiligen Schaumdruck entsprechender Gegendruck auf­ recht erhalten wird. Das Druckmedium kann dabei als Wärmeträger genutzt werden, der Gegendruck im Auto­ klaven kann durch einen Drucksensor im Schaumraum ge­ steuert werden. Das Verfahren setzt voraus, daß die auszuschäumende Hohlform zumindest soweit freitragend formstabil ist, daß sie als Ganzes gehandhabt werden kann. Zum Hinterschäumen "schlaffer" Dekorschichten ist das Verfahren nach DE-OS 21 19 874 nicht geeig­ net.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für geschäumte Formteile der ein­ gangs erläuterten Art anzugeben, bei dem Ferti­ gungstoleranzen der geschlossenen, d. h. nicht perfo­ rierten Trägerteile sowie Stellen, bei denen aus kon­ struktiven Gründen das Trägerteil bereichsweise nicht an der Form anliegt, ohne Einfluß auf die Sichtseite der Formteile bleiben und das dabei eine trennmittel­ freie Fertigung erlaubt. Weiterhin ist es Erfindungs­ aufga­ be, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Merkmale der Ansprüche 2 bis 8 bilden das Verfahren vorteilhaft weiter. Der Anspruch 9 löst die Erfindungsaufgabe hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Anspruch 10 gibt eine vorteilhafte Wei­ terbildung hierzu ab.

Dadurch, daß auf die nicht an der Wand der Hohlform anliegenden Bereiche der der Schaumstoffschicht abge­ wandten Seite des Trägerteils während der Schaument­ wicklung und/oder Schaumaushärtung ein dem Schaum­ druck entgegenwirkender Gegendruck aufgebracht wird, werden Trägerteilbereiche, die infolge von Ferti­ gungstoleranzen nicht am stützenden Oberteil der Schaumform (Hohlform) anliegen, durch den Gegendruck gestützt; eine Verspannung dieser Bereiche wird so unterbunden. Selbst größere Trägertoleranzen bleiben so ohne Einfluß auf die Sichtseite des gefertigten Trägerteils. Der Gegendruck ist dabei vorzugsweise ein extern erzeugter Gasdruck, beispielsweise Preß­ luft, die gut regelbar meist zur Verfügung steht bzw. leicht erzeugt werden kann. Dabei ist es für den Ab­ lauf des Verfahrens vorteilhaft, wenn der stützende Gegendruck (geringfügig) niedriger gehalten wird als der jeweilige Schaumdruck, beispielsweise 0,1-30%, vorzugsweise 2-10% niedriger. Auf diese Weise blei­ ben die am Oberteil der Schaumform anliegenden Berei­ che durch Anlage und die nicht anliegenden Bereiche durch den Gegendruck hinreichend gestützt, um Ver­ spannungen zu vermeiden. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Differenz zwischen dem Schaum- und dem Gegendruck konstant gehalten wird. Eine Differenz­ druckmessung ist leicht durchführbar und kann ver­ hältnismäßig leicht beim heutigen Stand der Meß- und Regeltechnik ausgewertet werden. Hierzu ist es zweck­ mäßig, wenn der Schaumdruck an der flexiblen Dekor­ schicht im Schaumwerkzeug gemessen und zur Regelung des extern erzeugten Gegendruckes verwendet wird. Die gewünschte Relation zwischen Schaum- und Gegendruck ist auf diese Weise zuverlässig zu verwirklichen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist eine Hohlform (Schaumform), die aus einem Formunter- und einem Formoberteil besteht. Zwischen beiden ist der Hohlraum eingearbeitet, der das spätere Formteil definiert. Am Formteilrand befindet sich umlaufend unter der Dekorschicht eine aufblasbare Dichtung, die die Dekorschicht gegen das Trägerteil drücken kann, und die so den Austritt von PUR-Schaum verhindert, wenn die Schaumform gefüllt ist. Die Schaumform kann in üblicher Weise in eine Presse eingesetzt und so geöffnet und geschlossen werden; ein Verschluß der Form durch andere Mittel - beispielsweise durch Klam­ mern - ist natürlich ebenso möglich. Die Beschickung der Vorrichtung erfolgt in der schon beschriebenen Art und Weise. Die erfindungsgemäße Vorrichtung be­ sitzt darüber hinaus im Formunterteil einen Drucksen­ sor, der mit der flexiblen Dekorschicht in Berührung steht, mindestens eine Injektionseinrichtung zum Ein­ laß des Gegendruckmediums und eine umlaufende Dich­ tung im Formteiloberteil, so daß in der geschlossenen Vorrichtung zwischen Trägerteil und Formoberteil ein Gegendruck zum Schaumdruck aufbaubar ist.

Zweckmäßigerweise besitzt die Vorrichtung noch eine Einrichtung zur Differenzdruckmessung zwischen dem vom Drucksensor im Formunterteil erfaßten Schaumdruck und dem Injektionsdruck, eine Auswerteeinheit für den gemessenen Differenzdruck, eine Druckregeleinheit und einen externen Druckgenerator (Pumpe). Im Zusammen­ wirken dieser Elemente kann das erfindungsgemäße Ver­ fahren in der Vorrichtung verwirklicht werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert und beschrieben, in denen eine Vor­ richtung zu ihrer Durchführung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Schaumwerkzeug, und

Fig. 2 in Blockdarstellung eine Einrichtung zur Re­ gelung des stützenden Gegendruckes.

In Fig. 1 ist mit 1 das Unterteil des Schaumwerkzeu­ ges bezeichnet, das aus dem Stützkörper 1' und der eigentlichen Formschale 1" besteht. In dieses Unter­ teil 1 ist die vorgeformte Dekorfolie 3 eingelegt und beispielsweise durch Unterdruck in Position gehalten (Unterdruckeinrichtung nicht dargestellt) bis zum Be­ ginn des Ausschäumens. Ein Drucksensor 9 in der Form­ schale 1" steht in Berührung mit der Dekorfolie 3; er wird somit später mit dem Schaumdruck beaufschlagt, da die biegeschlaffe Dekorfolie 3 den Schaumdruck überträgt. Im Formoberteil 2 ist das Trägerteil 4 po­ sitioniert und (beispielsweise ebenfalls durch Unter­ druck) gehalten. Das Trägerteil 4 liegt weitgehend an der Innenfläche 2' des Oberteil 2 an und wird so ge­ gen die Wirkung des Schaumdrucks abgestützt. Das Oberteil 2 besitzt eine umlaufende Dich­ tung 7, die bei geschlossenem Schaumwerkzeug das Trä­ gerteil 4 gegen das Formoberteil 2 abdichtet, und so den Aufbau des Gegendruckes ermöglicht, der dort, wo das Trägerteil 4 toleranzbedingt nicht am Formober­ teil 2 (bzw. an dessen Innenfläche 2') anliegt, Ver­ formungen des Trägerteil 4 und damit Verspannungen in diesem verhindert. Der Gegendruck kann mit Hilfe der schematisch dargestellten Injektionseinrichtung 8 aufgegeben werden. Dabei ist es durchaus möglich, mehrere Injektionsstellen vorzusehen. Die Injektions­ stellen können beispielsweise auch dazu verwendet werden, das Trägerteil 4 im Formoberteil 2 durch Un­ terdruck zu halten, bis die Form geschlossen ist, und danach der Gegendruckinjektion dienen. In Fig. 1 ist ein Toleranzbereich durch eine Reihe kleiner Pfeile markiert.

In die geöffnete Schaumform wird zunächst in die Be­ reiche 5 die benötigte Menge schaumfähiges Polyure­ than (PUR) gefüllt, danach wird sie (beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Presse) geschlos­ sen, und die Schaumentwicklungszeit beginnt. Der sich entwickelnde Schaum vergrößert sein Volumen, füllt nach und nach das Volumen der Hohlform aus und er­ reicht schließlich den Formteilrand. Zu diesem Zeit­ punkt wird die aufblasbare Dichtung 6 expandiert, drückt die Dekorfolie 3 im Randbereich gegen das Trä­ gerteil 4 und verhindert so einen nennenswerten Schaumaustritt aus dem Schaumwerkzeug. In dem so ab­ geschlossenen Bereich 5 entwickelt sich nun der Schaumdruck und der Schaum härtet aus. Gleichzeitig wird die Rückseite des Trägerteils 4 mit dem Gegen­ druck beaufschlagt, der eine Deformation der Tole­ ranzbereiche des Trägerteils 4 verhindert und somit örtliche Verspannungen im Trägerteil 4 vermeidet. Ein Werkzeugschieber 10 formt eine Hinterschneidung im Formteil; er steht jedoch in keinem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Nach Abschluß der Schaum­ härtung wird die Schaumform zum Druckabbau kurz um einige Millimeter geöffnet (Entgasungshub), ehe sie ganz geöffnet und das nunmehr formstabile Formteil entnommen wird. Da im Trägerteil 4 keine Verspannun­ gen induziert wurden, erfolgt auch keine örtliche Rückfederung, die die Qualität des Formteils beein­ trächtigen würde. Da weiterhin die formenden und stützenden Flächen des Schaumwerkzeugs nicht mit dem Schaum in Berührung kommen, ist die aufwendige Ver­ wendung von Trennmitteln überflüssig.

In Fig. 2 ist eine Meß- und Regelkette für die Erzeu­ gung des Gegendrucks dargestellt. In dieser Blockdar­ stellung ist mit 11 eine Einrichtung zur Differenz­ druckmessung zwischen der Injektionsstelle 8 und dem Schaumdrucksensor 9 bezeichnet. 12 ist eine Einrich­ tung zur Aufbereitung der Differenzdruckwerte für die Ansteuerung einer Regeleinheit 13, mit deren Hilfe der von einem Druckgenerator 14 erzeugte Gegendruck auf eine vorgebbare Größe der Druckdifferenz zwischen den Elementen 8 und 9 eingestellt werden kann.

Die Fig. 1 und 2 erläutern die Erfindung beispiels­ weise, sinngemäße Abwandlungen der Vorrichtungen sind möglich, beispielsweise ist ein anderer Aufbau der Schaumform möglich, bei dem die Formhälften einstüc­ kig ausgebildet sind.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen, jeweils bestehend aus einem formstabilen Trägerteil, ei­ ner Dekorschicht und einer zwischen Trägerteil und Dekorschicht befindlichen Schaumstoff­ schicht, durch Zusammenschäumen in einem Hohl­ formwerkzeug, indem in dieses das Trägerteil und die Dekorschicht eingelegt werden, und dann eine schaumbildende reaktive Flüssigkeit zwischen beiden eingebracht, zu Schaum entwickelt und ausgehärtet wird, wobei Trägerteil und Dekor­ schicht in der geschlossenen Hohlform zu dem Formteil verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die nicht an der Wand der Hohlform an­ liegenden Bereiche der der Schaumstoffschicht abgewandten Seite des Trägerteils während der Schaumentwicklung und/oder Schaumaushärtung ein dem Schaumdruck entgegenwirkender Gegendruck aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der zeitliche Verlauf und die Höhe des Gegendruckes dem Verlauf und der Höhe des Schaumdruckes näherungsweise entsprechen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gegendruck durch ein in Hohlräume zwischen der Wand der Hohlform und dem Trägerteil extern zugeführtes Gas erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gegendruck niedri­ ger als der jeweilige Schaumdruck ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegendruck 0,1-30% niedriger als der jeweilige Schaumdruck ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegendruck 2-10% niedriger als der jeweilige Schaumdruck ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schaumdruck mit Hilfe eines Druck­ sensors an der flexiblen Dekorschicht gemessen und zur Regelung des Gegendruckes verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Schaum- und Gegendruck konstant gehalten wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einem Formunterteil (1) und einem Formoberteil (2), welche die Form des Formteils vorgeben, wobei das Formunterteil (1), die Dekorfolie (3) und das Oberteil (2) das Trägerteil (4) aufnehmen und eine aufblasbare randseitige Dichtung (6) den Austritt des Schaums aus dem geschlossenen Werkzeug verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß das Formunterteil (1) einen Drucksensor (9) enthält, der mit der elastischen Dekorfolie (3) in Berührung ist, daß das Formoberteil (2) eine umlaufende Dichtung (7) zum Trägerteil (4) hin besitzt, und daß eine Injektionseinrichtung (8) vorgesehen ist für die Zuführung eines Druckme­ diums in Hohlräume zwischen Formoberteil (2) und Trägerteil (4).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung (11) zur Messung des Differenzdruckes zwischen dem Drucksensor (9) und der Injekttonseinrichtung (8), eine Aus­ werteeinheit (12) und eine Druckregeleinheit (13) vorgesehen sind, deren Zusammenwirken mit einem Druckgenerator (14) einen vorgebbaren Dif­ ferenzdruck zwischen Schaum- und Gegendruck auf­ recht erhält.