DE2017552B2

DE2017552B2 - Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Folien

Info

Publication number: DE2017552B2
Application number: DE2017552A
Authority: DE
Inventors: Ronald Douglas Kitchener Habel; Robert Davies Waterloo Shepherd; Douglas Asa Waterloo Willsie
Original assignee: Uniroyal Ltd., Montreal, Quebec (Kanada)
Priority date: 1969-04-14
Filing date: 1970-04-13
Publication date: 1975-04-10
Also published as: GB1310383A; DE2017552C3; JPS5033285B1; US3654013A; DE2017552A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Folien, insbesondere einer Außenschale eines Polsterformkörpers für die Innenauskleidung von Kraftfahrzeugen, mit einer Einrichtung zum Erwärmen der Folien und mit wenigstens zwei gegeneinander bewegbaren Formteilen mit Formflächen zum Ausformen der Folien mittels Druck oder Vakuum und mit einander zugeordneten, jeweils an die Formflächen anschließenden, gegeneinanderdrückbaren Nahtflächen.

Zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischem Material ist es bekannt, eine als Ausgangswerkstoff dienende Kunststofftafel zunächst in einer Heizeinrichtung zu erwärmen, bis sie die zur Verformung erforderliche Temperatur aufweist. Danach wird die Kunststofftafel auf relativ zueinander bewegbare Formteile aufgebracht und zwischen diesen ausgeformt. Nach dem Ausformen erfolgt in der gleichen Vorrichtung das Verschweißen (USA.-Patentschrift 32 42 245). Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Kunststofftafeln in einen Rahmen eingespannt, mit dem sie von der Erwärmungsvorrichtung in die Formeinrichtung überführt werden. Die Ausformung in der Formeinrichtung erfolgt mit Hilfe einer Druckdifferenz, während das Verschweißen durch das Zusammen- _so pressen der beiden Formteile erfolgt. Da die For "teile eine merklich niedrigere Temperatur als die Kunststofftafeln aufweisen müssen, werden die erwärmten Kunststofftafeln bei Berührung mit den Formteilen abgeschreckt. Das bedeutet, daß man an den Schweißstellen nur eine relativ niedrige Schweißtemperatur und damit unvollkommene Verschweißung erreicht. Will man dies vermeiden, muß man die Kunststofftafel zuvor auf eine Temperatur erhitzen, die erheblich über der Verformungs- und Verschweißungstemperatur liegt, damit trotz der Abschreckung in den Schweißbereichen eine ausreichende Temperatur gewährleistet wird. Auch wenn bei dieser bekannten Vorrichtung im Bereich der Schweißstellen den Wärmeabfluß hemmende Werkstoffe für die Formteile verwendet werden, lassen sich diese Probleme nur mit hohem Aufwand und in ungenügender Weise lösen.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung werden Kunststoff-Folien zwischen einer Matrize und einer Patritze unter Wärmeeinwirkung ausgeformt. Die Werkstücke werden dann unter Verbleib auf den formgebenden Werkzeugen abgekühlt. Darauf werden die auf diese Weise ausgeformten Folien von den Werkzeugen abgenommen und in eine besondere Schweißvorrichtung eingebracht (deutsche Offenlegungsschrift 14 79 127). Jede Schweißvorrichtung weist dabei mehrere Elektroden auf, die den Folien angepaßt und die überdies beweglich sind. In der Schweißvorrichtung werden die Folien erneut erhitzt und miteinander verschweißt.

Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischen Folien werden die Folien zwischen zwei Formteilen angeordnet und nach dem Schließen der Formteile im Druck- oder Vakuumverfahren verformt und in den gleichen Fornueilen am Rand miteinander verschweißt. Zu diesem Zweck wird zwischen die in den Formteilen angeordneten Folien ein auf die Schweißtemperatur beheizbares Heizelement eingebracht, worauf man die Verformung der Folien bei eingefahrenem Heizelement ausführt, wobei die Ränder der Folien an das Heizelement angepreßt werden. Danach wird die Form geöffnet, das Heizelement ausgefahren und die zuvor mit dem Heizelement in Berührung stehenden Ränder der Folien durch Zusammenpressen miteinander verschweißt (deutsches Patent 18 01 966). Zur Ausführung dieses Verfahrens sieht der ältere Vorschlag vor, daß zwei relativ gegeneinander bewegbare Formteile vorgesehen sind, die eine Einrichtung für eine Druck- oder Vakuumverformung aufweisen. An den Formteilen sind Einrichtungen zum Festhalten der Folien vorgesehen, während der Vorrichtung ein Heizelement zugeordnet ist. das zwischen die Formteile einfahrbar ist. Dabei können die Formteile im Bereich der Verbindungsstellen Säugöffnungen zum Festhalten der Folien aufweisen. Auch kann das Heizelement Blasöffnungen zum Anpressen der Folien an die Formteile aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Folien der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln an dem hohlen Formkörper eine einheitliche und einwandfreie Verbindungszone zwischen den beiden Folien erhalten, daß ein vorspringender Nahtbereich zuverlässig vermieden wird, und daß für den Fall, daß im Inneren des Hohlkörpers ein Füllmaterial vorgesehen wird, eine bessere Verankerung des Hohlkörpers mit dem Füllmaterial sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Formflächen als konvexe, voneinander weggerichtete Außenflächen der Formteile ausgebildet sind, und daß die Nahtflächen gegen die einander zugewandten Flächen der Formteile hin abgewinkelt sowie mittels einer Heiz- und Kühleinrichtung heizbar bzw. kühlbar sind.

Bei dieser Ausbildung der Vorrichtung werden die Folien auf der konvexen Außenseite der Formteile ausgeformt und dabei mit zur konkaven Seite vorspringenden Nahtflächen versehen. Durch Zusammenfahren der Formteile können diese Nahtflächen auf einfache Weise miteinander verschweißt werden, wobei die Schweißzone zuverlässig definiert ist und keine nach außen vorspringenden Teile aufweist. Damit eignet sich die Vorrichtung insbesondere zum Herstellen einer Außenschale eines Polsterformkörpers für die Innen-

auskleidung von Kraftfahrzeugen. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird gewährleistet, daß die Nahtzone im Inneren des Polsterformkörpers liegt, so daß sich von außen ein außerordentlich ästhetisch wirkendes Aussehen ergibt Gleichzeitig gewährleistet die nach innen vorspringende Naht eine zuverlässige Verankerung zwischen dem Hohlkörper und einer im Inneren des Polsterformkörpers vorgesehenen Füllung, beispielsweise aus Schaumstoff.

Da die Folien auf der konvexen Außenseite der Formteile ausgeformt werden und nach der Ausformung Mr das Verschweißen auf den Formteilen verbleiben, sind sie auf diesen fest verankert, so daß ihre Lage und damit auch die Lage der Nahtflächen genau vorherbestimmt sind. Mit der neuen Vorrichtung lassen iich die Hol körper auf sehr einfache und zuverlässige Weise und mit hoher Geschwindigkeit herstellen. Insbesondere sind keine mehrfachen öffnungs- und Schließvorgänge für die Formteile notwendig, und iwar auch dann nicht, wenn zusätzlich eine Biese in den ta Nahtbereich eingelegt wird. Vielmehr kann die Ausformung der Folien einzeln in der Ausgangsstellung der voneinander weggefahrenen Formteile erfolgen, worauf unmittelbar nach der Ausformung die Formteile zusammengefahren und der Schweißvorgang eingeleitet »5 werden kann. Zwischen diesen beiden Vorgängen läßt sich ohne Relativbewegung der Formteile eine Biese zwischen die Nahtflächen der ausgeformten Folien einbringen.

Mit der neuen Vorrichtung wird es auch weiterhin möglich, die Formkörper so herzustellen, daß -iie durch die Nahtflächen gebildete Nahtzone gegenüber der allgemeinen Umrißgestalt des Formkörpers nach innen zurückversetzt ist. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von Hohlkörpern zur Bildung eines Polsterformkörpers, da der Nahtbereich immer eine Zone höherer Steifigkeit bildet. Diese Zone ist letztlich jedoch mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung weit in das Innere des Formkörpers hinein verlegbar.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Polsierformkörpers für die Innenauskleidung eines Kraftfahrzeuges,

F i g. 2 einen Querschnitt einer Heizeinrichtung, um die zu verarbeitenden thermoplastischen Folien auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Herstellen des Hohlkörpers,

F i g. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 3,

F i g. 5 einen Ausschnitt nach F i g. 4, in dem die Nahtflächen der Folien gegeneinandergepreßt sind, in größerem Maßstab,

F i g. 6 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 5 bei Verwendung einer zusätzlichen Biese,

F i g. 7 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt des Hohlkörpers, der mit der Vorrichtung nach F i g. 5 hergestellt ist,

Fig.8 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt des Hohlkörpers, der mit der Vorrichtung nach F i g. 6 hergestellt ist,

Fig.9 und 10 im Querschnitt einen Ausschnitt der Vorrichtung gemäß F i g. 4 vor bzw. nach der Herstellung der Naht bei Verwendung einer einzigen thermoplastischen Folie,

F i g. 11 die Vorrichtung nach F i g. 9 in einer Zwi schenstellung,

F i g. 11A die Vorrichtung nach F i g. 11 in einer Stel lung der Formteile, in der der fertige Hohlkörper frei gegeben ist und

F i g. 12 in Seitenansicht ein zweites Ausführungsbei spiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkör pers aus drei Folien

Die als Hohlkörper ausgebildete Außenschale de: Polsterformkörpers für die innenauskleidung eine; Kraftfahrzeuges ist aus zwei thermoplastischen Folier 1 und 2 aus Kunststoff hergestellt, die an Randflächer la und 2a längs einer sauber begrenzten Schweißnaht 2 miteinander verschweißt sind.

Im Bereich der Schweißnaht 3 ergibt sich eine einheitliche, gleichförmige Nut, die sich auf der konvexer Seite des'Hohlkörpers erstreckt, weil die Randflächer la und 2a nach innen auf die Konkavseite des Hohlkör pers abgebogen sind.

Die Folien 1 und 2 besitzen vorteilhafterweise voneinander abweichende physikalische Eigenschaften Beispielsweise kann die Farbe der Folien und/oder ihre Textur oder ihr Lichtreflexionsverhalten voneinander abweichen. So besteht die Folie 1, die auf der oberen waagerecht verlaufenden Hälfte des zusammengesetzten Hohlkörpers (F i g. 1) liegt, aus einem Material, das keinerlei Lichtreflexion zeigt und infolgedessen eine blendungsfreie Oberfläche bildet. Das Material für die andere Folie 2 ist im Gegensatz dazu mehr an das Dekor des Kraftfahrzeuginneren angepaßt.

Die F i g. 3 und 4 zeigen ein Formwerkzeug, das aus zwei Formteilen 10 und 11 besteht, von denen jedes eine Formfläche 10a bzw. 11a und eine Nahtfläche lOt bzw. 11b aufweist. Die Formflächen 10a und 11a der beiden Formteile 10 bzw. 11 weisen voneinander weg während die Nahtflächen 106 und 11i> einander zugekehrt sind.

Das Formteil 11 ist auf einer Grundplatte 15 befestigt, auf der das andere Formteil 10 verschiebbar geführt ist. Eine Antriebseinrichtung 12 mit einem Druckluftzylinder und mit zwei Führungsstangen 16 dient dem Verschieben des Formteiles 10 relativ zum ortsfesten Formteil 11. Nicht dargestellte Steuereinrichtungen dienen zur Steuerung der Bewegung.

Jedes der Formteile 10 und 11 ist mit einer Unterdruckeinrichtung verbunden, von der ein Vakuum zum Formen der Folien 1 und 2 über Leitungen 17 im Inneren der Formteile 10 bzw. 11 in Kammern 18 und 19 erzeugt wird. Die Kammern 18 und 19 weisen eine Anzahl auf der Formfläche 10a bzw. lla der Formteile 10 bzw. 11 mündende Bohrungen 20 auf, über die sich der in den Kammern 18 und 19 erzeugte Unterdruck auf die Folien 1 und 2 überträgt.

Mittels einer Heiz- und Kühleinrichtung 30 kann örtlich begrenzt Wärme bzw. Kälte auf die Randflächen la und 2a der Folien 1 und 2 übertragen werden, damit diese örtlich begrenzt auf Schweißtemperatur erwärmt oder auf eine geringere Temperatur abgekühlt werden kann. Die Heiz- und Kühleinrichtung 30 weist Leitungen auf, die durch die Formteile 10 und 11 hindurch dicht unterhalb der Nahtflächen IOA> bzw. 11 £> verlaufen. Diese Leitungen sind einerseits mit hocherhitztem öl beschickbar, das in einer Wärmevorrichtung H erwärmt wird. Das öl wird in der Wärmevorrichtung H so weit erwärmt, daß das Verschweißen der Randflächen la und 2a der Folien 1 und 2 möglich ist. Durch Steuerventile 32 und 33 werden die beiden Leitungen der Heiz- und Kühleinrichtung 30 schnell abwechselnd

mit der Wärmevorrichtung H bzw. mit einer Kühlvorrichtung C verbunden, aus der gekühltes Öl zum Abkühlen der Formteile 10 bzw. 11 nach dem Schweißen entnommen werden kann. Das erwärmte bzw. das abgekühlte öl wird mittels einer Pumpe P umgewälzt.

Die beiden thermoplastischen Folien 1 und 2 werden zunächst in einer Heizeinrichtung 6 erwärmt. Die Heizeinrichtung 6 hat eine Reihe von Wärmelampen 7. Die einzelnen Folien 1 und 2 ruhen auf Mulden 6a bzw. 6b der Heizeinrichtung 6. Wenn die Folien 1 und 2 aus der Heizeinrichtung 6 austreten, haben sie eine wenigstens geringfügig oberhalb ihres thermoplastischen Bereiches liegende Temperatur, so daß sie während der folgenden Formarbeit nicht vorzeitig wesentlich unter die thermoplastische Formtemperatur abgekühlt werden. Für bevorzugt verwendbare Kunststoffe, nämlich Mischpolymerisate von Vinylchlorid mit Acrylnitrilbutadienstyrol liegt die Temperatur, auf die sie erwärmt werden, bei 142 bis 189° C. Die Folien aus diesem Kunststoff werden dabei zunächst auf eine Temperatur ao von etwa 194⁰C erwärmt, so daß sie eine Temperatur von etwa 189° C aufweisen, wenn sie über die Formteile gezogen werden.

Sobald die Folien in der Heizeinrichtung 6 auf ihre thermoplasische Temperatur erwärmt worden sind, »5 werden sie über jeweils zugehörige Formteile 10 bzw. 11 (F i g. 3) gezogen. Das Auflegen wird in der Weise vorgenommen, daß jede Folie 1 und 2 mit einer Randfläche la und 2a in einen Spaltraum hineinragt, der zwischen den in gegenseitigem Abstand angeordneten Formteilen 10 und 11 liegt. Ein Unterdruck wird dann zwischen den Oberflächen der Formteile 10 und 11 und den Folien 1 bzw. 2 erzeugt, damit die aui die thermoplastische Temperatur erwärmten Folien 1 und 2 die Gestalt ihrer Formteile 10 bzw. 11 annehmen. Das bcwegliche Formteil 10 wird nun zunächst in Richtung auf das festgehaltene Formteil 11 mittels der Antriebseinrichtung 12 bewegt. Die Bewegung wird so lange ausgeführt, bis die einander gegenüberstehenden Randflächen la und 2a miteinander mit einem vorbestimmten erforderlichen Mindestdruck in Berührung geraten. Zusätzliche Wärme wird dann örtlich begrenzt auf die Randflächen 1 a und 2a der Folien 1 bzw. 2 übertragen, so daß die Temperatur in diesen Bereichen so weit ansteigt, bis eine Verschweißung der Folien 1 und 2 eintritt.

Der Erwärmungsvorgang und der anschließende Schweißprozeß, der sich infolge der Erwärmung und der Druckausübung ergibt, werden ausgeführt, während sich die Folien 1 und 2 noch unter der Wirkung des Unterdruckes auf den Oberflächen der Formteile 10 und 11 befinden. Sobald die Berührungsflächen der Folien 1 und 2 miteinander verschweißt sind, werden die Steuerventile 32 und 33 verdreht, bis sie ihre entgegengesetzte Stellung einnehmen, in der die weitere Zufuhr von erhitztem öl unterbrochen ist und in der dafür gekühltes öl aus der Kühlvorrichtung C zugeführt wird. Die Zufuhr von gekühltem öl führt dazu, daß die Schweißnaht 3 rasch verfestigt. Die Unterdruckeinrichtung wird abgeschaltet und ein normaler atmosphäri scher oder ein geringer Oberdruck wird in den Kammern 18 und 19 der Formteile 10 bzw. 11 erzeugt.

Währenddessen werden die übrigen Bereiche der nun in ihrer Sollform befindlichen Folien 1 und 2 ebenfalls gekühlt, indem Ströme kalter Luft über die Ober flächen des entstandenen Hohlkörpers geblasen werden. Danach werden die Formteile 10 und 11 cmc kurze Strecke voneinander entfernt, damit der hergestellte Hohlkörper freigegeben wird und nach oben abgezogen werden kann. Dabei nehmen die Formteile 10 und 11 die in Fig. 11A gezeigte Stellung ein. Diese Zwischenstellung ist so gewählt, daß der verschweißte Flanschteil des Hohlkörpers aus dem Spaltraum zwischen den Formteilen 10 und 11 herausgezogen werden kann, während zugleich auch die gesamte Haut als Ganzes von den Formleilen 10 und 11 abstreifbar ist. Nach dem Abnehmen von den Formteilen wird der Flanschbereich beschnitten, um überschüssige Folienabschnitte, die sich über den Schweißbereich hinaus erstrecken, zu entfernen. Der hautartige Hohlkörper ist nun fertig und wird mit Schaumstoff ausgefüllt.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.6 wird ähnlich vorgegangen. Nachdem die Folien 1 und 2 über die Formteile 10 bzw. 11 gezogen wurden, wird das Formteil 10 in Richtung auf das feste Formteil 11 verschoben, jedoch nicht so weit, daß im Bereich der Randflächen la und 2a ein Berührungsdruck entstehen könnte.

Stattdessen wird das bewegliche Formteil 10 aus der Abstandslage gemäß F i g. 4 zunächst in eine Zwischenlage gemäß F i g. 11 verschoben, wobei die einander gegenüberstehenden Randflächen la und 2a der Folien

I und 2 auf den Formteilen 10 und 11 noch eine geringe Entfernung voneinander haben. Es wird dann eine dritte Folie 13, die einen langgestreckten Wulst 13ö und eine angeformte Lasche 13a aufweist, mit ihrer Lasche 13a in den Spalt zwischen den Folien 1 und 2 so eingeschoben, daß die Außenflächen der Lasche 13a mit den Randflächen la und 2a der Folien 1 und 2 in Berührung treten. Das bewegliche Formteil 10 wird danach aus der Zwischenstellung in Richtung auf das feste Formteil

II verschoben, bis der nötige Schweißdruek erzeugt ist, bei welchem die drei Folien 1, 2 und 13, die nunmehr zwischen den Formteilen liegen, verschweißt werden. Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß die Zwischenstellung so gewählt wird, daß der Wulst 136 nicht durch den Spalt zwischen den Randflächen la und 2a hindurchfallen kann. Die örtlich begrenzte Zuführung von Wärme erfolgt durch eine Heizeinrichtung 30.

Da die Folien 1 und 2 aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, kann die Folie 13 auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus einem offenen Gewebe, wobei eine mechanische Verbindung mit dem Kunststoff der Folien 1 und 2 erreicht wird.

Mit der Vorrichtung kann auch ein Kunststoffkörper aus einer einzigen Folie 40 hergestellt werden (F i g. 9 und 10). Dabei wird die erwärmte Folie 40 über beide. jedoch noch in gegenseitigem Abstand stehende Formteile 10 und 11 gezogen, wobei ein Mittelteil der Folie 40 als Falte 41 zwischen die beiden Formteile 10 und 11 eingezogen wird. Sobald die Unterdruckeinrichtung eingeschaltet wird, um die Folie 40 gegen die korre spondierenden Formflächen 10abzw. Hader Formtei Ie 10 und 11 zu ziehen, werden die Formteile 10 und 11 zusammengeschoben, bis der richtige Schweißdrud zwischen den Nahtflächen 106 und life erreicht wird.

Die F i g. 12 zeigt eine Vorrichtung nach einem zwei ten Ausführungsbeispiel. Dabei werden drei Folien 21C 211 und 212 aus thermoplastischem Kunststoff au Formteilen 110.111 und 110a geformt. Bei diesem Aus führungsbeispiel ist das mittlere Formteil 111 fest mi der Grundplatte 115 verbunden, während die beide äußeren Formteile 110 und 110a verschiebbar sind.

Zwei Antriebseinnehtungen 112 mit je einem Drucl luft/yünder dienen dem Verschieben der Formteile 11 und 110a relativ zu dem lcsten Formteil 111. jedes d<

Formteile 110, 111 und UOa ist über je eine Leitung 17 mit einer Unterdruckeinrichtung verbunden. Das mittlere Formteil 111 hat zwei Nahtflächen 11 Ic und 111c/, die voneinander weggewandt sind und den Nahtflächen 110' und 110a' der Formteile 110 und HOa gegenüberstehen. Die Bewegung der Formteile 110 und HOa in Richtung auf das feste Formteil 111 hat zur Folge, daß die Randflächen der Folien 210, 211 und 212, die zwischen den Nahtflächen 110' und HIc sowie HOa' und 111c/ liegen, miteinander in Berührung kommen und verschweißt werden, wenn örtlich begrenzt zusätzliche Wärme zugeführt wird. Das Zuführen der zusätzlichen Wärme erfolgt durch Elektroden 130 am Formteil 11 und durch Elektroden 130a an den Formteilen 110 und HOa.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Folien, insbesondere einer Außenschale eines Polsterformkörpers für die Innenauskleidung von Kraftfahrzeugen, mit einer Einrichtung zum Erwärmen der Folien und mit wenigstens zwei gegeneinander bewegbaren Formteilen mit Formflächen zum Ausformen der Folien mittels Druck oder Vakuum und mit einander zugeordneten, jeweils an die Formflächen anschließenden, gegeneinanderdrückbaren Nahtflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formflächen (10a und lla) als konvexe, voneinander weggerichtete Außenflächen der Formteile (10 und 11) ausgebildet sind, und daß die Nahtflächen (10Z> und Ub) gegen die einander zugewandten Flächen der Formteile (10 und 11) hin abgewinkelt sowie mittels einer Heiz- und Kühleinrichtung (30) heizbar bzw. kühl- ao bar sind.