DE2247047A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von glasfaserverstaerkten kunststoffschalen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von glasfaserverstärkten Kunststoffschalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von schalenförmigen Gegenständen aus mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen in Pressen, insbesondere von nach einem Nasspressverfahren hergestellten Polyesterharz-Gegenständen, wie Liegen, Sessel, Möbel, Karossen, Bauelemente und dergleichen, wobei in einem zwischen zumindest zwei an sich trennbaren Formhälften gebildeten, geschlossenen Formhohlraum das mit aushärtbartm Kunststoffharz überlagerte Verstärkungsmaterial unter Druck und gegebenenfalls Wärme verfestigt wird.
• Bekannte Vorrichtungen dieser Art arbeiten mit einem aus Stempel und Gesenk bestehenden#Presswerkzeug' zwischen denen der eigentliche Formhohlraum gebildet ist.
• Hierbei sind die beide Presswerkzeughälften aus starrem Werkstoff hergestellt und der aufgebrachte Pressdruck wird durch die beiden unnachgiebigen Presswerkzeughälften auf das dazwischen liegende Pressgut übertragen. Die Herstellung der Stempel und Gesenke muß mit außerordentlicher Sorgfalt und Genauigkeit durchgeführt werden, da die Qualität und das Aussehen der damit erzeugten Formteile in erster Linie von der Güte des Presswerkzeugs abhängt. Hinzu kommt, daß der aufzuwendende Pressdruck sehr hoch sein muß, damit bei den unnachgiebigen Presswerkzeughälften der spezifische Pressdruck auf das Pressgut auch in den nicht senkrecht zur Arbeitsrichtung liegenden Formhohlraumbereichen ausreichend hoch wird.
• Die hohen Pressdrücke können im Größenbereich von 100 bis 200 t liegen und verursachen bei langen Standzeiten der Werkezuge und Maschinen erhebliche Abnutzungen der Werkzeugteile, was zu teuren Reparaturen oder Austausch der Werklbugteile führt.
• Dieser insgesamt hohe Aufwand zum Betreiben derartiger Vorrichtungen und die durch die Reparaturen und Austauschvorgänge bedingten kurzen Standzeiten der Vorrichtungen verteuern auch die Kosten der Endprodukte.
• Dadurch wird die Konkurrenzfähigkeit und tberlegenheit der glasfaserverstärkten Kunststoffe gegenüber den bisher üblichen Produkten aus Metallen eingeschränkt und der Einsatz von solchen Vorrichtungen für geringere Stückzahlen von glasfaserverstärkten Kunststoffen unwirtschaftlich.
• Als weiterer, verteuernder Kostenfaktor wirkt sich dann auch aus, daß der Pressdruck und die Güte der verwendeten Werkzeuge um so höher sein muß, desto weniger Zeit und Arbeitsaufwand aufgebracht wird, um das Pressgut, bestehend aus Kunststoff und dem Verstärkungsmaterial, vorzubereiten und in den Formhohlraum einzubringen. Das heißt, daß bei kurzen Arbeitszyklen, während derer die Harzmasse und das Verstärkungsmaterial schnell und unkontrolliert in den Formhohraum eingebracht und nicht-exakt und gleichmäßig verteilt wird, die Kosten und der technische Aufwand für die Presswerkzeuge und die Presse hoch sind. Auch ist bei Verwendung fester Presswerkzeuge die Verteilung der an sich flüssigen Harzmasse aufgrund unterschiedlicher spezifischer Drucke in dem Formhohlraum schlecht und der Druckaufbau von Seiten der Presse muß ganz exakt und feindosiert erfolgen.
• Es sind ferner mit Gummidruckkissen arbeitende Vorrichtungen bekannt, bei denen jedoch die verhält nismäßig weiche Oberfläche der Druckkissen auf das Pressgut nicht zuverlässig und mit hohem Druck einwirken kann. Mit derartigen Vorrichtungen erzeugte Artikel sind qualitativ, optisch und von der Festigkeit her betrachtet nicht zufriedenstellend.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen von Gegenständen aus verstärkten Kunststoffen zu schaffen, die die Nachteile der bekannten zu vermeiden weist, und die mit kurzen Arbeitszyklen Pressteile erzeugen läßt, die hohen Ansprüchen an Qualität und der Oberflächengüte genügen können.
• Außerdem soll die erfindungsgemäße Vorrichtung in den für die Erzielung hoher und höchster Pressdrücke in dem Formhohlraum bisher erforderlichen, großen mechanischen und technischen Aufwand wesentliche vermindern können. Zu dieser Aufgabe gehört ferner eine gute Verteilung der Harzmasse beim Beginn des Pressvorganges und ein möglichst gleichmäßiger spezifischer Flächendruck der Presswerkzeughälften.
• Diese an die Erfindung gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von schalenförmigen Gegenständen aus mit glasfaser verstärkteri Kunststoffen dahingehend gelöst, daß zumindest eine der Presswerkzeughälften doppelwandig ausgeführt und ihr Innenraum zum Verändern des die Größe des Formhohlraumes in einem oberen Größenbereich bestimmenden Presswerkzeughälften-Volumens an eine Druckmittelquelle anschliebar ist und daß die Presswerkzeughälften druckfest hinterfüttert sind.
• Zweckmäßig besteht die doppelwandige Presswerkzeughälfte aus einem Werkstoff mit einer harten und glatten Oberfläche, wie Stahlblech, Aluminiumblech oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff.
• Erfindungsgemäß ist es dazu wichtig, daß die doppelwandige Presswerkzeughälfte in von der Hinterfütterung abgewandten Richtungen dehnbar ausgeführt ist.
• Mit diesen vorgenannten Maßnahmen läßt sich in einfacher Weise ein hoher spezifischer Flachendruck im Innern des Formhohlraumes erzielen, indem zusätzlich zu dem aufgebrachten Pressendruck ein im Innern der Presswerkzeughälfte wirkender Vberdruck und eine daraufhin erfolgende Ausdehnung der Presswerkzeughälfte im Formhohlraum zur Wirkung kommt.
• Hierzu ist es wichtig, daß die Presswerkzeughälften in an sich bekannter Weise nach dem Schließvorgang miteinander verriegelt sind. Diese Verriegelung kann sodann einen Teil der Kräfte, die durch die Ausdehnung der Presswerkzeughälfte unter dem Druckmitteldruck auftreten, übernommen werden, sodaß sie nicht dem Pressendruck entgegen zu wirken vermögen.
• Weiterhin ist es bei einem Verfahren zum Herstellen von Gegenständen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wichtig, daß vor oder bei dem Zusammenführen der Presswerkzeughälften das Volumen der doppelwandigen Presswerkzeughälfte durch einen von der Druckmittelquelle in der Presswerkzeughälfte erzeugten Unterdruck verkleinert wird. Demnach ist es weiterhin wichtig, daß bei zusammengeführten und miteinander verriegelten Presswerkzeughälften der in der doppelwandigen Presswerkzeughälfte herrschende Unterdruck abgebaut wird. Im Anschluß daran wird erfindungsgemäß das Volumen der doppelwandigen Presswerkzeughälfte durch einen von der Druckmittel quelle in der Presswerkzeughälfte erzeugten Überdruck vergrößert.
• Die weiter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie die einzelnen für das Verfahren bedeutungsvollen Schritte sind den Unteransprüchen entnelimbar.
• In der Zeichnung wird die Ereindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
• Es zeigen: Figur 1 die Vorrichtung in arbeitsbereiter, geöffneter Stellung, Figur 2 die Vorrichtung beim Schließvorgang und Figur 3 die geschlossene Vorrichtung während des Nasspressvorganges.
• Das Presswerkzeug nach Figur 1 weist ein Oberteil 10 und ein Unterteil 11 aus, wobei das Oberteil 10 eine aus doppelwandigem Stahlblech bestehende Presswerkzeughälfte 12 ist, die mit einer druckfesten Hinterfütterung 13, bevorzugt einer Stahlbetonschicht, durch an sich bekannte Verbindungsmittel 14 verbunden ist. Um die doppelwandige Presswerkzeughälfte 12 herum ersteckt sich ein Ansatz 15, der eine umlaufende Abquetschfläche 16 ausweist. Die Unterhälfte 11 besteht ebenfalls aus einer druckfesten Hinterfütterung 17, bevorzugt einer Stahlbetonschicht, die eine weitere Presswerkzeughälfte 18 trägt, die in der Negativform der Presswerkzeughälfte 12 ausgeführt ist. Die Presswerkzeughälfte 18 weist ebenfalls einen umlaufenden Abquetschrand 19 auf, der mit der Abquetschfläche 16 des Oberteils entsprechend geformt ist. In der unteren Presswerkzeughälfte 18 ist mit dem Bezug 20 das l'ressgut eingelegt gezeichnet. Dieses besteht aus dem Verstarkungsmaterial, beispielsweise Glasfasergeweben und einem härtbaren Kunststoffharz wie z.B. Epoxyd oder Polyester in flüssiger Form. Das Oberteil 10 ist mit dem Unterteil 11 über ein Scharnier 21 mdein Gelenk 22 zueinander schwenkbar verbunden. In der von dem Scharnier 21 abgewendeten Seite ist an dem Ober-und Unterteil eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die aus einem Verrxgelungsbügel 23 an dem Unterfl 11 und einer Verriegelungsnase 24 an dem Oberteil 10 besteht.
• Bei geschlossenem Presswerkzeug wird zwischen den Presswerkzeughälfte#ll2 und 18 der eigentliche Formhohlraum gebildet, der der Form des bildenden Fertigproduktes entspricht.
• Lber eine Leitung 26 ist ein Hohlraum 27 in der doppelwandigen Presswerkzeughälfte 12 an eine Druckmittelquelle 25 angeschlossen, welche zweckmäßig außerhalb der Pressenvorrichtung angeordnet ist.
• Zusammen mit den Figuren 2 und 3 wird nachfolgend auch das Verfahren zum Herstellen von verstärkten Kunststoffteilen beschrz ben werden.
• Nach Figur 2 wird in dem Hohlraum 27 der doppelwandigen Presswerkzeughälfte 12 durch die Pumpe 25 und die Leitung 26 eine Unterdruck erzeugt, der bewirkt, daß sich das Volumen des Hohlraumes 27 verkleinert und sich die doppelwandige 1>resswerkzeughälfte konkav einbeult. Der im Hohlraum 27 herrschende Unterdruck wird dann aufrechterhalten und bei gefülltem Formhohlraum das Oberteil 10 mit dem Unterteil 11 zusammengeklappt.
• In Figur 3 sind das- Oberteil 10 und das Unterteil 11 zusammengeklapt- und durch die Verriegelungsvorrichtung 23 und 24 miteinander verriegelt. Die Presse, bestehend aus einem Pressenoberteil 30 und einem Pressenunterteil 31r ist inzwischen geschlossen worden. Mit dem Bezug 32 ist ein Pfeil angedeutet, der den nunmehr sich aufbauenden Pressendruck verdeutlichen soll. Zugleich mit dem Aufbau des Pressendruckes wird der Unterdruck im Hohlraum 27 der doppelwandigen Presswerkzeughälfte 12 abgebaut und durch einen von seiten der Pumpe 25 wfl der Leitung 26 aufgebauten Lberdruck ersetzt. Da der sich im Hohlraum 27 gleichmäßig nach allen Seiten ausbreitende Überdruck infolge der druckfesten ijinterfütterung 13 nur in dazu abgewandter Richtung wirken kann, dehnt sich die doppelwandige Presswerkzeughälfte in Richtung auf das Pressgut 20 aus und übt einen gleichmäßigen Druck ueber seine ganze Wirkfläche auf das Pressgut aus.
• Im Zusammenspiel mit dem Pressendruck (Pfeil 32) ergibt sich ein hoher spezifischer Durck im gesamten Formhohlraum zwischen der doppelwandigen Presswerkzeughälfte 12 und der resswerkzeughälfte 18.
• Der Verschluß des Formhohlraumes wird nach außen hin durch die bei geschlossenem Presswerkzeug gegeneinanander wirkenden Abquotschflächen 16 und 19 bewirkt, die verhindern, daß das unter Druck stehende Pressgut seitlich aus dem Formhohlraum austreten kann.
• gleichzeitig wird durch den Abquetschverschluß 16 und 19 eine einwandfreie Randbildung des Pressgutes bzw. des fertigen Formteiles erzielt. Der Pressendruck und der Ueberdruck im hohlraum 27 werden solange aufrecht erhalten, bis das härtbare harz im Pressgut ausgehärtet ist. J)ann wird der Pressdruck und der Überdruck im Hohlraum 27 abgebaut und des I)resswerkzeug geöffnet, das nunmehr fertige Formteil entnommen und ein neuer 1 ressteilrohling eingelegt.
• Für Pressteile, oei deren herstellung kein sehr hoher spezifischer llächendruck verlangt ist, kann vor dem Schließen des Werkzeuges der Aufbau eines Unterdruckes in dem hohlraum 27 entfallen und erst bei geschlossenem lRresswerkzeug ein Uberdruck in dem hohlraum 27 erzeugt werden.
• Die druckfesten Jiinterfütterungen des Ober- und Unterteil es bestehen vorzugsweise aus eine Stahlbetonschicht, jedoch können auch andere, an sich bekannte Werkstoffe hierfür Verwendung finden.
• Zur herstellung der Presswerkzeughälften 12 und 18 können verschiedene Werkstoffe Verwendung finden, wie z.B. Stahlblech, Aluminiumblech oder auch ein verstärkter kunststoff, wie glasfaserverstärktes Epoxyd oder Polyesterharz. hierbei können auch Kombinationen, d.h. die doppelwandige Formhälfte aus einem Stahl-oder Aluminiumblech und die andere Presswerkzeughälfte aus einem glasfaserverstärkten Epoxydharz, Anwendung finden.
• Als hydraulisches Druckmittel können sowohl Hydraulik-oder Drucköle als auch andere, druckfeste Flüssigketten Verwendung finden Es ist des weiteren denkbar, daß entweder das Oberteil 10 oder das Unterteil 11 oder auch beide gemeinsam durch Heiz- oder Kühlelemente beheizbar oder kühlbar ausgestaltet werden. Das ist dann abhängig von den zu verarbeitenden Werkstoffen, bzw. den Verfahren, nach denen zu arbeiten ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll deshalb nicht nur auf spezielle Nasspressverfahren mit verstärkten Kunststoffen beschränkt sein, sondern soll darüber hinaus auch für alle diejenigen Anwendungsgebiete anwendbar sein, bei denen gleichmäßige spezifische Pressdrücke im Formhohlraum auf ein Pressgut ausgeübt werden sollen.
• Beim beschriebenen Verfahren zur Herstellung von schalenförmigen Gegenständen wird der Pressendruck und der in dem Hohlraum 27 aufgebauten Überdruck langsam bis auf ein Höchstmaß aufgebaut, um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kunstharzes in dem gesamten Formhohlraum und eine gute Durchtränkung des Verstärkungsmaterials, insbesondere des Glasfasergewebes zu erzielen.
• Das Höchstmaß der aufgewendeten Drücke wird dann für die Dauer der Aushärtezeit des Pressgutes aufrecht erhalten. Nach Ablauf der Aushärtezeit des Pressgutes wird dann sowohl der Pressendruck als auch der Uberdruck abgebaut, wobei bei noch gesc Xossenem Werkzeug in dem Innenraum 27 auch ein Unterdruck aufgebaut werden kann.
• Damit kann nämlich erreicht werden, daß bereits ein teilweises Ablösen des Pressgutes von der sich konkav einbeulenden doppelwandigen Presswerkzeughälfte 12 erfolgt, wodurch der Entnahmevorgang des fertigen Formteiles erleichtert wird.
• In Fortführung des erfindungsgemäßen Gedankens können selbstverständlich auch beide Presswerkzeughälften doppelwandig ausgeführt und an eine Druckquelle angeschlossen sein.
• Ein wesentlicher Vorteil der crfindungsgemäßbn Vorrichtung und des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens wird insbesondere darin gesehen, daß mit einem geringen mechanischen Aufwand ein Werkzeug erstellt wird, welches mit hohen spezifischen Pressdrücken in dem Formhdiraum und dabei relativ niedrigen Pressendrücken arbeitet , und bei dem der im Formhohlraum vorsichgehende Druckaufbau mit außerordentlicher l'räzision und Wirksamkeit einstellbar ist.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von schalenförmigen Gegenständen aus mit Glasfaser verstärkten Kunst= stoffen in Pressen, insbesondere von nach einem Nasspressverfahren hergestellten Glasfaser-Polyesterbarz-Gegenständen, wie Liegen, Sessel, Möbel, Karossen, Bauelemente und dgl. worin in einem zwischen zwei an sich trennbaren Presswerkzeughälften gebildeten, geschlossenen Formhohlraum das mit aushärtbaren Kunststoffharzen überlagerte Verstärkungsmaterial unter Druck und gegebenenfalls unter Wärme verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Presswerkzeughälften (12) doppelwandig ausgeführt und ihr Innenraum (27) zum Verändern des die Größe des Formhohlraumes in einem oberen Größenbereich bestimmenden Presswerkzeughälften-Volumens an eine Druckmittelquelle (25) anschließbar ist und daß die Presswerkzeughälften (12, 18) druckfest hinterfüttert sind.

2. Vorrichtung nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwandige Presswerkzeughälfte aus einem elastischen Werkstoff,mit harter und glatter Oberfläche, wie Stahlblech, besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwkndige Presswerkzeughälfte aus Aluminiumblech besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwaffidige Presswerkzeughälfte aus einem verstärkten Kunststoff, wie glasfaserverstärkte.

Epoxyd- oder Polyesterharz besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwandige i>resswerkzeughälfte (12) auf von der iiinterfütterung (13) abgewandter Seite dehnbar ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dais die Presswerkzeughälften (12,18) nach dem Schließvorgang in an sich bekannter Weise miteinander verriegelt werden.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Presswerkzeughälfte aus einem verstärkten Kunststoff, wie Epoxydharz oder Polyersterharz besteht.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwandige Presswerkzeughälfte (12) einen umlaufenden Ansatz aufWeist (15), der eine abgeschrägte Abquetschfläche (16) bildend geformt ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der anderen Presswerkzeughälfte (18) in deren äußeren Randbereich eine abgeschrägte Abquetschfläche (19) angeordnet ist, welche mit der Abquetschfläche (16) der doppelwandigen Presswerkzeughälfte (12) zusammenarbeitet.

lo. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterfütterung (13, 17) der Presswerkzeughälften (12,18) eine Stahlbetonschicht ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisches Druckmittel, insbesondere ein Hydrauliköl verwendet wird.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasser als Hydraulikmedium.

13. Verfahren zum Herstellen von Gegenständen in der Vorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder bei dem Zusammenführen der Presswerkzeughälften das Volumen der doppelwandigen lresswerkzeughälfte durch von der Druckmittelquellein ihr erzeugten Unterdruck verkleinert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der doppelwandigen Presswerkzeughälfte nach dem Zusammenführen der Presswerkzeughälften und einem gegenseitigen Verriegeln durch Abbau des in ihr herrschenden Unterdrucks vergrößert wird.