DE2017552C3

DE2017552C3 - Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Folien

Info

Publication number: DE2017552C3
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: 1975-11-20
Also published as: US3654013A; DE2017552A1; GB1310383A; JPS5033285B1; DE2017552B2

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 Formflächeri 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 Zusammenpressen der beiden Formteile erfolgt. Da die Formteile 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 Offcnlegungsschrifi 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 vorveroffenthchten 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 Formteilen am Rand miteinander verschweißt. Zu diesem Zweck wird zwischen die in den Formteilen angeordneten Folien ein auf die Schweißtemperatur beheizbares Heizelemeni 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 Saugöffnungen 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-

kleidung von Kraftfahrzeugen. Mit der Vorrichtung cmäß der Erfindung wird gewährleistet, daß die Naht^f£>ne im Inneren des Polsterformkörpers liegt, so daß '■■ <h von außen ein außerordentlich ästhetisch wirkendes Aussehen ergibt. Gleichzeitig grwährleistet die nach innen vorspringende Naht eine zuverlässige Vernkcrurig zwischen dem Hohlkörper und einer im Innecn des Polsterformkörpers vorgesehenen Füllung, beispielsweise aus Schaumstoff.

Da die Folien auf der konvexen Außenseite der Formteilt ausgeformt werden und nach der Ausformung f^ur 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 sich die Hohlkörper auf sehr einfache und zuverlässige Weise und mit hoher Geschwindigkeit herstellen. Insbesondere sind keine mehrfachen Öffnungs- und Schließvorgänge für die Formteile notwendig, und zwar auch dann nicht, wenn zusätzlich eine Biese in den *> 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 werden kann. Zwischen diesen beiden Vorgängen läßt sich ohne Relativbewegung der Formteile eine Biese zwischen die Nahtflächen der ausgeformten Folien ein

bringen. .

Mit der neuen Vorrichtung wird es auch weiterhin möglich, die Formkörper so herzustellen, daß die 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 je-

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

F ι g. 1IA die Vorrichtung nach F i g. 11 in einer Stellung der Formteile, in der der fertige Hohlkörper freigegeben ist und

F i g. .2 in Seitenansicht ein zweites Ausführongsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus drei Folien.

Die als Hohlkörper ausgebildete Außenschale des Polsterformkörpers für die Innenauskleidung eines Kraftfahrzeuges ist aus zwei thermoplastischen Folien 1 und 2 aus Kunststoff hergestellt, die an Randflächen la und 2a längs einer sauber begrenzten Schweißnaht 3 miteinander verschweißt sind.

Im Bereich der Schweißnaht 3 ergibt sich eine einheitliche, gleichförmige Nut, die sich auf der konvexen Seile des Hohlkörpers erstreckt, weil die Randflächen la und 2a nach innen auf die Konkavseite des Hohlkörpers abgebogen sind.

Die Folien 1 und 2 besitzen vorieilhafterweise voneinander abweichende physikalische Eigenschaften. Beispielsweise kann die Farbe der Folien und/oder ihre Textur oder ihr Lichtreflexionsverhalten voneinander abweichen. So besteht die Folie I, 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 Formicilen 10 und H besteht, von denen jedes eine Formfläche 10a bzw. 11a und eine Nahtfläche 10b bzw. Wb aufweist. Die Formflächen 10a und 11a der beiden Formteile 10 bzw. 11 weisen während die Nahtflächen !Ob und kehrt sind.

her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Polsterformkörpers 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,

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dem Verschieben des Formteiles 10 relativ zum ortsfesten hormteil H. 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 I und 2 über Leitungen 17 im Inneren der Formteile 10 bzw. Il in Kammern 18 und erzeugt wird. Die Kammern 18 und 19 weisen eine An-

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ng einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach in den Kammern 18 und 19 erzeugte Unterdruck auf die Folien 1 und 2 übertragt.

Naht(l»che„ der Folien gegeneinandcrgeprcB, s.nd. ,„ „ ^ Verena ^™^c,»™ ^tr.ragcn werden. d»,nil

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des Hohlkörpers, der mit der Vorrichtung hergestellt ist,

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

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

dicht unterhalb der Nahtflächen 10ό bzw. Hb 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, d;iß 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 Sehweißen entnommen werden kann. Das erwärmte bzw. das abgekühlte öl wird mittels einer Pumpe Pumgewälzt.

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. bb 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 Formtcmperatur 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 von etwa 194°C 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, 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 auf die thermoplastische Temperatur erwärmten Folien 1 und 2 die Gestalt ihrer Formteile 10 bzw. 11 annehmen. Das bewegliche 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 la 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 Czugeführt wird. Die Zufuhr von gekühltem Öl führt dazu, daß die Schweißnaht 3 rasch verfestigt. Die Unterdruckeinrichtung wird abgeschaltet, und ein normaler atmosphärischer oder ein geringer Überdruck 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 Oberflächen des entstandenen Hohlkörpers geblasen werden. Danach werden die Formteile 10 und 11 eine 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. HA gezeigte Stellung ein. Diese Zwischcnstellung 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 Formteilen 10 und 11 abstreifbar ist. Nach dem Abnehmen von den Formteilen wird der

ίο 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 F i g. 6 wird ähnlich vorgegangen. Nachdem die Folien 1 und 2 über die Formteile 10 bzw. U 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 la ein Berührungsdruck entstehen

ao 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

»5 1 und 2 auf den Formteilen 10 und 11 noch eine geringe Entfernung voneinander haben. Es wird dann eine dritte Folie 13, die einen langgestreckncn Wulst 136 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 11 verschoben, bis der nötige Schweißdruck erzeugt ist.

bei welchem die drei Folien 1, 2 und 13, die nunmehr zwischen den Formteilen iiegen, verschweißt werden. Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß die Zwischenstellung so gewählt wird, daß der Wulst 13i? 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 Unierdruckeinrichtung eingeschaltet wird, um die Folie 40 gegen die korre spondierenden Formflächen 10a bzw. 11a der Formtei Ie 10 und 11 zu ziehen, werden die Formteile 10 und 1 zusammengeschoben, bis der richtige Schweißdrucl

zwischen den Nahtflächen 106 und 11b erreicht wird.

Die F i g. 12 zeigt eine Vorrichtung nach einem zwei ten Ausführungsbeispic!. Dabei werden drei Folien 211 211 und 212 aus thermoplastischem Kunststoff at Formteilen 110.111 und 110a geformt. Bei diesem Au: lührungsbeispiel ist das mittlere Formteil 111 fest m der Grundplatte 115 verbunden, während die beidi äußeren Formteile 110 und 110a verschiebbar sind.

Zwei Antricbscinrichiungen 112 mit je einem Druc luftzylinder dienen dem Verschieben der Formteile 1 und HOa relativ zu dem festen Formteil 111. )ed:s d

Formteile 110, Ul und 110«? ist über je eine Leitung 17 mil einer Unterdruckeinrichtung verbunden. Das mittlere Formteil 111 hat zwei Nahtflächen 11 Ic und IHc/, die voneinander weggewandt sind und den Nahtflächen 110' und HOa' der Formteile 110 und 110a gegenüberstehen. Die Bewegung der Formteile 110 und 110a in Richtung auf das feste Formteil 111 hat zur Folge, daß die Randflächen der Folien 210, 211 und 212, die zwi-

sehen den Nahtflächen 110' und UIc sowie 110a' \\\d liegen, miteinander in Berührung kommen verschweißt werden, wenn örtlich begrenzt zusatz Wärme zugeführt wird. Das Zuführen der zusätzli Wärme erfolgt durch Elektroden 130 am Formte und durch Elektroden 130a an den Formtcilen HC 11 Oa.

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 11a) als konvexe, voneinander weggerichtete Außenflächen der Formteile (10 u.id 11) susgebildet sind, und daß die Nahtflächen (10Λ und 116) gegen die einander zugewandien Flächen der Formteile (10 und II) hin abgewinkelt sowie mittels einer Heiz- und Kühleinrichtung (30) heizbar bzw. kühl- so bar sind.