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~ Werkzeug zum Herstellen von dünnwandigen Teilen
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen von insbesondere
dünnwandigen, in sich gewölbten sowie mehrlagigen Teilen wie kaschierten Kraftfahrzeugteppichen
und dgl., das eine Unterform bzw. Oberform umfaßt.
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Werkzeuge der genannten Art zum Herstellen kaschierter Teile sind
in den verschiedensten Formen seit langem be.
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kannt. Sie dienen als Patrize bzw. Matrize und gestatten die Herstellung
beliebig dreidimensional geformter Werkstücke aus Kunststoffen bzw. auch mehreren,
verschiedenartigen Kunststofflagen. Schwierigkeiten und Probleme ergeben sich bei
der Herstellung dieser Werkzeuge und beim Arbeiten mit ihnen vor allem dadurch,
daß der Kunststoff beim Abkühlen schrumpft. Das hergestellte Teil ist nicht maßhaltig,
sondern verändert seine Abmessungen nach dem Entformen noch in starkem Maße aufgrund
der charakteristischen Schrumpfeigenschaften der verschiedenen Kunststoffe. Es ist
nahezu unmöglich, das Schrumpfmaß bereits bei der Herstellung des Werkzeuges exakt
zu berticksichtigen, weil bereits die Verarbeitung
des Kunststoffes
bei unterschiedlichen Temperaturen wie z.B. im Sommer oder im Winter oder auch geringfügige
Unterschiede zwischen verschiedenen Chargen zu grundsätzlich voneinander abweichenden
Ergebnissen führen. Es ist daher unmöglich, kaschierte Kunststoffteile mit sehr
genau definierten Herstellungstoleranzen zu fertigen, obwohl z.B. die Automobilindustrie
im Rahmen der fortschreitenden Automation sehr daran interessiert ist, exakt maßhaltige
Teile zu erhalten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum Herstellen
von Kunststoffteilen zu schaffen, das entweder aus einer Unterform oder aus einer
Oberform bzw. aus einer Unterform und einer Oberform besteht und sich zur Herstellung
von Teilen mit sehr engen Fertigungs .
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toleranzen eignet.
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Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit den Merkmalen
der Erfindung dadurch, daß die Unterform bzw. die Oberform oder beide Formen in
sich geteilt sind.
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Durch die Teilung der Unterform bzw. der Oberform ist es möglich,
an das gewünschte Maß so nah wie möglich heranzukommen. Durch Einlegen von in ihren
Abmessungen starr bemessenen Distanzelementen zwischen die Teilstücke der Unterform
bzw. der Oberform ist es möglich, diese an das gewünschte Maß im Rahmen von mehreren
Versuchen so nah wie möglich heranzuführen. Durch Einlegen von in ihren Abständen
veränderbaren Distanzelementen ist es ferner möglich, die Abmessungen der Formen
kontinuierlich zu verändern. Die Anpassung der Formen
kann nun vor
einem Herstellungsvorgang erfolgen oder auch während eines Herstellungsvorganges,
wobei mit Hilfe von veränderbaren Distanzelementen den das Schrumpfen bewirkenden
Kräften entgegengewirkt wird.
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Unabhängig davon, in welcher Weise im einzelnen gearbeitet wird, lassen
sich daher mit geteilten Formen sehr genaue Arbeitsergebnisse erzielen.
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Weitere Merkmale der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen gehen
aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung und der Beschreibung hervor.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die
in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 eine
Stirnansicht einer Unterform; Fig. 2: eine Seitenansicht der Unterform gemäß Fig.
1; Fig. 3: eine Stirnansicht einer abgewandelten Unterform; Fig. 4: eine Seitenansicht
der Unterform gemäß Fig. 3; Fig. 5: einen Schnitt durch eine Unterform gemäß den
Fig. 1 und 2 und mit einem Oberwerkzeug in der Schließstellung, Jedoch noch vor
Aktivwerden des Oberwerkzeuges; Fig. 6: einen Schnitt wie in Fig. 5 nach dem Aktivwerden
des Oberwerkzeuges; Fig. 7: einen Schnitt durch eine Unterform gemäß den Fig. 1
und 2 sowie mit einem abgewandelten Oberwerkzeug in geschlossenem Zustand, Jedoch
vor dem Aktivwerden;
Fig. 8: einen Schnitt wie in Fig. 7, jedoch
nach dem Aktivwerden des Oberwerkzeuges; Fig. 9: eine Ansicht des Oberwerkzeuges
von oben; Fig. lo: eine Prinzipskizze für die Drucksteuerung des Oberwerkzeuges
gemäß den Fig. 7 und 8 und Fig. 11: eine Prinzipskizze der Drucksteuerung einer
abgewandelten Ausführungsform.
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Zum Herstellen kasclierter Teile, z.B. von kaschierten Kraftfahrzeugteppichen
und dgl., die dünnwandig und in sich gewölbt bzw. dreidimensional verformt sind
und aus mehreren, also mindestens zwei, in der Regel aus Kunststoff bestehenden
Lagen gefertigt sind, dient gemäß Fig. 1 ein Werkzeug 1 bzw. ein Unterwerkzeug 1
in Gestalt einer Patrize. Dieses Werkzeug 1 umfaßt einen Träger 2 und eine Grundplatte
3, auf der eine Unterform 4 mit an die Gestalt des herzustellenden Teiles angepaßter
Form angeordnet ist. Diese Unterform 4 ist geteilt. Sie besteht aus Teilstücken
5. Mehrere sich senkrecht schneidende Teilungsebenen 6, 7 und 8 bzw.
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9, lo und 11 sind vorgesehen und rühren zu einer entsprechend großen
Anzahl Teilstücken 5. Diese Teilstücke 5 liegen mit ihren seitlichen Pegrenzungsflächen
entweder unmittelbar aneinander an, oder es befinden sich Distanzelemente 13 zwischen
den Teilstücken 5. Durch verändernde Distanzelemente 13 bzw. durch Wahl dickerer
oder dünnerer Distanzelemente 13 läßt sich die Unterform 4 sehr genau an angestrebte
Abmessungen anpassen. Die Distanzelemente 13 liegen in den Teilungsebenen 6 - 12.
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Diese Teilungsebenen 6 - 12 schneiden sich nicht nur, sondern liegen
auch parallel zueinander und sind in zweckmäßiger Anzahl vorgesehen.
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Die Befestigung der Teilstücke 5 der Unterform 4 auf der Grundplatte
3 erfolgt mit Hilfe von Klemmelementen 14. Diese umfassen an der Grundplatte 3 starrangeordnete
Halter 15, bewegliche Klemmstücke 16 sowie Klemmschrauben 17. Die Halter erstrecken
sich senkrecht zur Grundplatte 3 und sind verschieden lang, je nachdem, ob sie zur
Abstützung von einem oder von mehreren Klemmstücken 16 dienen (s.Fig. 1 rechts)
und entsprechend mehrere Klemmschrauben 17 tragen oder nur zur Abstützung von einem
einzigen Klemmstück 16 benötigt werden und auch nur eine einzige Klemmschraube 17
aufweisen.
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Die. Lage und Anordnung der Klemmelemente 14 ist so gewählt, daß die
Teilstücke 5 der Unterform 4 zwischen Jeweils einander gegenüberliegenden Klemmelementen
14 fest-klemmbar sind. Hierzu weisen die aussen befindlichen Teilstücke 5 jeweils
auch besondere Angriffsflächen 18 auf, an denen die Klemmstücke 16 angreifen können.
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Zur Befestigung bzw. Fixierung der Teilstücke 5 untereinander dienen
noch Langlöcher 19 und Bolzen 20, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Sie gestatten eine
Relativverschiebung zweier Teilstücke 5 zueinander, wenn diese z.B. nach dem Einlegen
oder Austauschen von Distanzelementen 13 eine andere Lage erhalten.
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Die von einem Teilstück 5 in ein benachbartes Teilstück 5 ragenden
Bolzen 20 durchgreifen dann Jeweils auch die Distanzelemente 13, welche hierzu passende
Ausnehmungen 21 aufweisen.
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Die Unterform 4 ist vorzugsweise nicht nur mittels paralleler bzw.
sich senkrecht schneidender Teilungsebenen 6 - 11 geteilt, sondern vorzugsweise
liegt mindestens eine Teilungsebene 11 parallel zu einer Hauptfläche 21 der Unterform
4 und vorzugsweise steht mindestens eine Teilungsebene 9, 10 senkrecht zu der Teilungsebene
11.
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Entsprechend den drei Hauptachsen eines Jeden Körpers weist die Unterform
4 somit drei Gruppen sich senkrecht schneidender Teilungsebenen 6 - ii auf.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen schließlich noch Führungsbolzen 22 mit
Hub-Begrenzungsmuttern 23 und mehrere, parallel zueinander angeordnete Schläuche
24 zwischen dem Träger 2 und der Grundplatte 3. Die Schläuche 24 bilden einen Schlauchantrieb,
mit dessen Hilfe die Unterform 4 kleine Hubbewegungen relativ zum Träger 2 ausführen
kann.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungs form eines
Unterwerkzeuges 31 bzw. einer Unterform 32.
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Auch hier ist die Unterform 32 in eine Vielzahl Teilstücke 33 durch
parallele und sich senkrecht schneidende Teilungsebenen unterteilt sowie mit Hilfe
von Klemmelementen 34 an einer Grundplatte 3 befestigt. Die
Distanzelemente
35 sind Jedoch verstellbar und nicht, wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel
in ihren Abmessungen jeweils starr. Als Distanzelemente 35 dienen daher bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 eine Vielzahl aufblasbarer Schläuche 36. Sie sind
in den Teilungsebenen zwischen den Teilstücken 33 angeordnet und gestatten durch
Verändern ihres Volumens eine kontinuierliche Verstellung der Lage der Teilstücke
33 relativ zueinander und somit eine Veränderung der Unterform 31. Die Schläuche
36 sind Schlauchstücke, die Jeweils differenziert aufblasbar sind und in sich kreuzenden
bzw. schneidenden Ebenen liegen. Einzelheiten für die Druckversorgung der einzelnen
Schläuche 36 sind in den Figuren 3 und 4 der uebersicht wegen nicht dargestellt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen vielmehr nur das Grundprinzip.
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Die Klemmelemente 34 zum Halten der Teilstücke 33 sind vorzugsweise
ebenfalls automatisch verstellbar. Hierzu eignen sich zweckmäßigerweise ebenfalls
Schläuche bzw.
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Schlauchstücke, mit deren Hilfe nicht nur die notwendige Haltekraft
aufgebracht wird, sondern auch der notwendige Ausgleich zu den starr an der Grundplatte
3 befestigten Haltern 38 erfolgt, wenn die schlauchförmigen Distanzelemente 35 durch
Volumenänderung die Lage der Teilstücke 33 der Unterform 32 verändern.
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Die Lagerung der Unterform 32 und ihrer Grundplatte 3 auf einem Träger
2 unter Zwischenschaltung eines Schlauchantriebes 39 und mit Führungsbolzen 22 ist
bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 ebenso wie bei dem zuerst beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Unterwerkzeug 1 gemäß den Figuren 1
und 2 und ein Oberwerkzeug 40. Dieses Oberwerkzeug 40 umfaßt einen Träger 41 mit
Haltern 42, an deren dem Träger 41 abgewandten Ende ein aufblasbares Druckkissen
43 angeordnet ist. Dieses Druckkissen 43 ist an die Form und Gestalt des herzustellenden
Teiles angepaßt, Hierzu dient ein Formstück 44, welches als unmittelbarer Träger
für eine Membran 45 dient, die über Leitungen 46 bzw. 47 hydraulisch oder pneumatisch
beaufschlagbar ist, so daß sie sich fest an die Unterform 4 anlegt. Ein zwischen
der Membran 45 und der Oberfläche der Unterform 4 befindliches Teil 48 wird durch
den Anpreßdruck der Membran 45 verformt bzw. bei einem Kaschiervorgang auf ein Trägermaterial
aufkaschiert.
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Die Figur 5 zeigt das Oberwerkzeug 40 in seiner an das Unterwerkzeug
1 herangefahrenen Stellung, bevor die Membran 45 unter Druck gesetzt wurde. Figur
6 zeigt die mit Druck beaufschlagte Membran 45. Durch den Druck verformt sich die
Membran 45 und legt sich fest auf das zu bearbeitende bzw. zu kaschierende Teil
48.
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Die verschiedenen Halter 42 sind unterschiedlich lang und werden so
dimensioniert und ausgelegt, daß sie die am Formstück 44 bzw. der Membran 45 auftretenden
Kräfte sicher aufnehmen und auf den Träger 41 über tragen können.
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Das gesamte Oberwerkzeug 40 ist in einer in den Figuren 5 und 6 nicht
dargestellten Art und Weise beweglich angeordnet, so daß es von dem Unterwerkzeug
1 abgehoben bzw. über dieses verfahren werden kann. Die Leitungen 46 und 47 sowie
ihre Zuleitungen 49 und So sind entsprechend beweglich angeordnet.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen wiederum ein Unterwerkzeug 1 gemäß den
Fig. 1 und 2 und ein gegenüber den Figuren 5 und 6 abgewandeltes Oberwerkzeug 51.
Auch hier handelt es sich wiederum um ein Oberwerkzeug mit einer druckkissenartigen
Oberform. Diese wird Jedoch nicht durch ein einziges Druckkissen wie bei dem zuerst
beschriebenen Ausführungsbeispiel, sondern durch eine Vielzahl kleiner Druckkissen
52 gebildet, die im aufgeblasenen Zustand formschlüssig aneinander anschließen und
die Oberfläche des Unterwerkzeuges 1 vollständig bedecken.
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Das Oberwerkzeug 51 besteht wiederum aus einem Träger 53 und Haltern
54 für Formstücke 55. Jedes Formstück 55 liegt bei zusammengefahrenem Ober- und
Unterwerkzeug in geringem Abstand von der Oberfläche der Unterform 4 (s.Fig. 7).
Jedes Formstück 55 ist einem ausgewählten Teilbereich der Oberfläche der Unterform
4 zçordnet. Vorzugsweise ist Jedes Formstück 55 eine ebene Platte.
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Als Membran 56 dient ein gummiartig verformbarer, vorzugsweise auch
für hob Temperaturen geeigneter
Werkstoff. Dieser gummiartige,
die Membran 56 bildende Werkstoff it mit seinen Rändern an dem Formstück 55 auf
dessen der Unterform 4 abgewandten Seite befestigt.
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Sowohl an den umlaufenden Rändern des Formstückes als auch auf seiner
der Oberfläche der Unterform 4 zugewandten Seite liegt die Membran 56 nur lose an
dem Formstück 45 an.
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Ferner sind Leitungen 57 und 58 für ein Druckmittel vorgesehen, mit
dessen Hilfe die Membran 56 von dem Formstück 55 abhebbar ist. Die Leitungen 57
und 58 münden hierzu zwischen dem Formstück 55 und der Membran 56. Wird die Membran
56 über die Leitung 57 unter Druck gesetzt, so hebt sie sich von dem Formstück 55
ab und legt sich an die Oberfläche der Unterform 4 bzw. ein zwischen dieser Oberfläche
der Unterform 4 und ihr befindliches Teil 59 an. Ferner ist dafür gesorgt, daß die
Membranen 56 benachbarter Druckkissen 52 an ihren Rändern 60, 61 gemäß Fig. 8 im
aufgeblasenen Zustand aneinander zu liegen kommen.
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Die Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf ein Oberwerkzeug 40 mit den
im aufgeblasenen Zustand aneinander anschließenden Druckkissen 52 und ihren Haltern
54.
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Ferner zeigt Fig. 9 die Leitungen 57 und 58 für die Druckversorgung.
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Als Druckmedium wird in den Druckkissen 52 vorzugsweise Wasser benutzt.
Dieses eignet sich nicht nur für Erzeugung eines hydraulischen Druckes, sondern
kann auch nach dem Kaschiervorgang die nicht mehr benötigte Wärme wegtransportieren.
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Für die Druck- und Kühlwasserversorgung des Oberwerkzeuges 40 sind
vorzugsweise mehrere, kleine Druckbehälter 62, 63 bzw. 64 vorgesehen. Von den Druckbehältern
62, 63 bzwT 64 führen Leitungen 65 zu den Druckkissen 52. Die Druckbehälter 62-64
werden selbst über Hauptleitungen 66 und 67 sowie Nebenleitungen 68, 69 mit Druckluft
beaufschlagt.
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In den Nebenleitungen 68, 69 befinden sich Steuerventile 70. Weitere
Steuerventile 70 sind in Leitungen 71 angeordnet, welche die Druckbehälter 62 -
64 untereinander verbinden. Durch zweckmäßige Ansteuerung der Steuerventile 70 werden
die Druckkissen 52 entweder gleichzeitig oder in sinnvoller Weise nacheinander mit
Druckflüssigkeit beaufschlagt. Dasselbe gilt für die Zurückführung der Druckflüssigkeit
in die Druckbehälter 62 - 64. Von den Druckbehältern 62 - 64 strömt die Flüssigkeit
ferner über eine Leitung 72 und durch ein Steuerventil 73 zu Eühlaggregaten 74,
um dort die im Bereich der Druckkissen 52 auf genommene Wärme wieder abzugeben.
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Mit den geteilten Unterformen bezw. Oberformen lassen sich Beschichtungen
aus unterschiedlichen Werkstoffen mit entsprechend verschiedenen Werten für die
Schrumpfung auf ein und demselben Werkzeug herstellen.
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Auch andere, das Schrumpfmaß verändernde Einflüsse sind durce geteilten
Unter- und Oberformen bzw. ihre Verstellbarkeit und Anpaßbarkeit jederzeit leicht
in den Griff zu bekommen und gestatten die Fertigung kaschierter, dünnwandiger Teile
aus Kunststoff mit engen Herstellungstoleranzen. Die Unterteilung der Oberform in
einzelne Druckkissen und die Beaufschlagung dieser Druckkissen mit einer Kühlflüssigkeit
bringt weitere Vorteile bei der Fertigung gegenüber
den bisher
bekannten Möglichkeiten. Zweckmäßig ist schließlich, wenn das Druck- und Kühlmedium
durch mehrere Behälter 62 - 64 fließt und dazwischen in einen Kühikreislauf gelangt.
Die getrennte Ansteuerung der Druckkissen schließlich gestattet ein schrittweise
erfolgendes Aufkaschieren mit dem zu belegenden Werkstoff, wobei die Besondrheiten
der Form berücksichtigt werden können. So ist es beispielsweise möglich, zunächst
die Werkstoffe im Bereich von mittigliegenden Vertiefungen miteinander in Berührung
zu bringen, ehe die Außenbereiche aufkaschiert werden.
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