DE3704036C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Thermoplast-Verbundformteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung derar­ tiger Formteile. Soweit die Formteile ein hohes Oberflä­ chenfinish aufweisen sollen, müssen die Formteile aus vorher vergüteten, d. h. von vornherein mit der guten Oberfläche versehenen Vorprodukten in Form von imprä­ gnierten Matten, insbesondere Prepregs, hergestellt wer­ den. Hierzu wird Thermoplast, insbesondere Polypropylen, mit Hilfe eines Extruders zwischen zwei Glasmatten ge­ bracht und die Glasmatten werden von innen nach außen getränkt. Um an der Halbzeugoberfläche liegende Glasfa­ sern zu überdecken, wird bei diesem Extruder-Tränkverfah­ ren beidseitig eine Polypropylen-Folie zugeführt. In einer anschließenden Heiz- und Kühlstation in Form einer Doppelbandpresse, mit der das glasmattengetränkte Halb­ zeug als Endlosplatte hergestellt wird, wird die Glasmat­ te durch das erwärmte und damit erweichte Polypropylen getränkt und anschließend wieder gekühlt. Mit einer Schneidvorrichtung wird die Endlosplatte in Abschnitte geschnitten, deren Abmessungen je nach Kundenwunsch und herzustellendem Formteil von vornherein in unterschiedli­ cher Größe vorgesehen sein muß. Diese vorkonfektionierten thermoplastgetränkten Glasmatten oder Prepregs werden beim Kunden in einem Infrarotofen erwärmt, in die Presse eingebracht und in dieser zu einem Formteil verarbeitet.

Dies Verfahren setzt voraus, daß das Halbzeug zunächst in vorkonfektionierten Platten hergestellt wird, die nach Erhitzung zur Verbindung von thermoplastgetränkten Glas­ matten und Abdeckfolien wieder abgekühlt werden. Aufgrund der erheblichen Investitionskosten werden die Halbzeug­ platten auch separat und in anderen Firmen hergestellt als die Formteile als Endprodukte.

Aus dem JP-Abstract der JP-PS 58-20 57 39 ist ein Verfah­ ren bekannt, bei welchem eine Folie in eine Form mit einem vorgeheizten Unterbär eingelegt und darin vakuum­ verformt wird. Danach wird auf einen geschäumten Körper an dessen Unterseite ein Klebstoff aufgebracht, dieser auf die Folie aufgelegt und durch einen geheizten Oberbär erwärmt und preßgeformt. Die aus dem JP-Abstract bekannte Vorrichtung weist eine Presse mit einem Ober- und Unter­ bär, beide heizbar, auf. Im Unterbär sind Vakuumkanäle ausgebildet, die in den zwischen Ober- und Unterbär gebildeten Formhohlraum münden. Bei dieser bekannten Vorrichtung bzw. der in der Druckschrift beschriebenen Herstellung des Formteils wird als nachteilig empfunden, daß zunächst ein blockförmiges Halbzeug hergestellt werden muß und dann als solches zur Bildung der Formteile in die Presse gelangt. Dies bringt hohe Investitionsko­ sten mit sich und verteuert die Herstellung. Des weiteren wird die Folie im kalten Zustand in die Form eingelegt. Da die Erwärmung der Folie erst durch den erhitzten Unterbär erfolgt, kann es zu Fehlerstellen durch Folien­ doppellagen kommen, wenn sich die Folie beim Ansaugen nicht faltenlos in die Form einlegt. Hierdurch wird dann eine gleichmäßige Beschichtung der Formmasse verhindert.

Die DE-OS 17 29 058 zeigt ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Verformen von aufgeschäumter Folie aus thermo­ plastischem Material, beispielsweise aufgeschäumtem Polystyrol, bei dem vor der Verformungseinrichtung, die eine mit Vakuumkanälen versehene Formmatrize und -stempel aufweist, Wärmestrahler zur vorherigen Erwärmung der kontinuierlich durchlaufenden Schaumfolie angeordnet sind. In der Folie werden lediglich Vertiefungen, wie Aufnahmen für Gegenstände, wie Tabletten, gebildet; eine Verbundherstellung ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbund-Formteilen mit gutem Oberflächenfinish ohne Faltenbildung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung sieht zur Durchführung des Verfahrens vor, daß der Presse unmittelbar eine Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung der thermoplastischen Folie sowie eine Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung der Thermoplast-Formmasse zugeordnet ist.

Durch die Erfindung können zunächst Formteile aus herkömmlichen thermoplastgetränkten Glasfasermatten, sogenannten Prepregs, die in herkömmlicher Weise hergestellt wurden, mit einer ausge­ zeichneten Oberflächengüte hergestellt werden, wobei die Erfin­ dung insbesondere erreicht, daß durch das Einziehen der vorer­ wärmten Folie unter Vakuum in die Pressenform diese auch nach Verbindung mit den glasfaserverstärkten Trägermaterial des Formteils, dieses in einer weitgehend gleichmäßigen Dicke be­ schichtet, so daß keine Gefahr besteht, daß insbesondere im Bereich starker Krümmung des Formteils Glasfasern aus der faserverstärkten Formmasse durch die Folie hindurchdringen, weil diese etwa an dieser Stelle bei dem Preßvorgang zu sehr geschwächt worden wäre.

Neben der Herstellung von Verbund-Formteilen aus herkömm­ lichen Halbzeug, gewährleistet die Erfindung aber insbesondere die Möglichkeit auch Formteile aus unmittelbar be­ reitgestellter und in die Pressenform eingefüllter Formmasse herzustellen. Sie ermöglicht daher im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung von Formteilen, Formteile mit hoher Oberflächengüte herzustellen. In diesem Falle kann die in die Preßform einzubringende faserverstärkte Thermoplast­ masse derart bereitgestellt werden, daß sie zunächst aus einem geeigneten Ausgangsmaterial oder Vorprodukt in schüttfähiger Form zu einer geeigneten Enddichte verdichtet, bis zum Fließen in einem Erwärmungskanal erwärmt, aus diesen in eine Dosier­ kammer eingedrückt und aus dieser nach Volumendosierung mittels eines Trennschiebers ausgebracht und direkt in das Unterteil oder dem Unterbär der Preßform eingebracht wird, beispielsweise mittels der Handhabungsarme von Handhabungsautomaten oder Ro­ botern.

Das verdichtete, rieselfähige oder schüttfähige und faserverstärkte Material kann dabei insbesondere auf zweierlei Wegen hergestellt werden. Zu­ nächst kann dies dadurch erfolgen, daß geschnittene Glasfasern mit flüssigem Benetzungsmittel mit einem Anteil von maximal 20 Gew.-% versehen werden, um so eine schwach feuchte, jedoch noch rieselfähige Nasse zu erhalten, die entweder direkt in der vor­ stehend beschriebenen Weise weiterverarbeitet wird oder aber in Kunststoffbeuteln verpackt und an Weiterverarbeiter weiter­ gegeben bzw. von diesen bezogen und dann in der vorstehend be­ schriebenen Weise zu der genannten Formmasse weiterverarbeitet wird. Das schüttfähige Material kann aber auch durch Verwirbelung von Glasfasern und Bindemitteln, die insbe­ sondere Thermoplastpulver enthalten, hergestellt werden, wobei ein watteförmiges Ausgangsprodukt entsteht, daß entweder eben­ falls unmittelbar in der vorstehend beschriebenen Weise zu der in die Preßform einzufüllenden Formmasse weiterverarbeitet oder aber in Kunststoffbeuteln eingefüllt wird, wobei diese insbe­ sondere unter Vakuum geschlossen werden, so daß eine Formver­ dichtung des watteartigen Materials erfolgt. Diese können dann auch wieder an Weiterverarbeiter weitergegeben bzw. von diesen bezogen und dann anschließend in der vorstehend genannten Weise verarbeitet werden. In den beiden Fällen, in denen das Ausgangsmaterial in Kunststoffolie abgepackt wird, wird vorzugsweise eine mit dem Thermoplast des Materials selbst kompatible Folie verwendet, so daß dann der Beutel mitverar­ beitet werden kann. Kompatibel soll heißen, daß die Kunst­ stoffolie aus dem gleichen Thermoplast besteht, wie der des Bindemittels des glasfaserverstärkten Materials oder aber sich mit diesem bei Erwärmung hinreichend vermischt und verbindet.

Dementsprechend sieht auch eine bevorzugte Ausführung des Ver­ fahrens vor, daß eine mit dem Thermoplast der Formmasse kom­ patible Folie verwendet wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß eine Folie aus dem Thermoplast-Material der Formmasse ein­ gesetzt wird. Soweit eine Folie verwendet wird, die sich gegebenenfalls nicht hinreichend mit dem Thermoplast der Form­ masse verbindet, kann in anderer Ausgestaltung vorgesehen sein, daß auf der Seite der Folie, auf der die Formmasse aufgebracht wird, zunächst ein Haftvermittler aufgebracht wird. Soweit von Folie gesprochen wird, so muß es sich dabei nicht ledig­ lich um eine flexible, aufwickelbare Folie handeln, hierunter sollen auch relativ starre Platten verstanden werden, deren Stärke allerdings im Verhältnis zur Stärke des herzustellenden Formteils bzw. gegebenenfalls von plattenförmigen Halbzeugs zur Herstellung gering ist, so daß im wesentlichen eine Ober­ flächenbeschichtung des faserverstärkten Teils des Formteils ergibt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Folie durch Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung er­ hitzt wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist Vakuumkanäle im Unterbär und im Oberbär auf, die in den durch Ober- und Unterbär gebildeten Formhohlraum münden. Ferner ist vorgesehen, daß der Presse unmittelbar eine Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung der thermoplastischen Folie sowie eine Einrichtung zur Erwärmung der Thermoplast-Formmasse zugeordnet ist, wobei insbesondere die Erwärmungseinrichtung aufeinander zugerichtete Reihen von IR-Strahlern aufweist, zwischen denen die Folie hindurchbewegbar ist. Durch die Erwärmung der Folie, bis sie einen Zustand plastischen Fließens erreicht, wird es ermög­ licht, daß die Folie sich beim Ansaugen in der Form faltenlos in diese einlegt und hierdurch Fehlerstellen durch Foliendop­ pellagen oder dergleichen vollständig vermieden werden.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur:
eine schematische Darstellung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Erläuterung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Die Vorrichtung weist eine Presse 1 mit einem Formwerkzeug 2 aus Oberbär 3 und Unterbär 4 auf. Im darge­ stellten Ausführungsbeispiel weist der Unterbär 4 und das Unterwerkzeug Vakuumkanäle 6 auf, die Mündungen 7 zum Form­ hohlraum 8 des Formwerkzeugs 2 haben. Die einzelnen Vakuumkanäle 6 sind über einen Sammelkanal 9 mit einem Vakuumerzeuger (nicht dargestellt), wie einer Vakuumpumpe verbunden. Unmittelbar der Presse 1 zugeordnet ist eine Erwärmungsstation 11 für eine thermoplastische Folie 12 vorgesehen. Die Erwärmungsstation besteht aus zwei Reihen von Infrarotstrahlern 13, 14, die aufeinander zu­ gerichtet sind und zwischen denen die Folie 12 hindurchbeweg­ bar ist. Die Folie 12 wird dabei von Greifern 21, 22 eines Handhabungsautomaten, Roboters oder dergleichen gehalten und zwischen den Infrarotstrahlern hindurchbewegt.

Zunächst wird die Folie von einer Ablage durch den Greifer 21, 22 ergriffen und unter die Infrarotstrahler gebracht. Nach einer gewissen Erwärmungszeit, nach der die Folie so weich ge­ worden ist, daß sie plastisch zu Fließen beginnt, übertragen die Greifer 21, 22 die Folie in die Presse 1 zwischen Presse­ ober- und -unterbär 3, 4, wobei sie die Folie nahe im Randbe­ reich des Unterbärs 4 halten bzw. auf diesen auflegen. Es wird ein Vakuum über die Sammelleitung 9 an die Mündungen 7 im Unter­ bär 4 angelegt, das die Folie in den Unterbär 4 hineinzieht und an dessen Form anschmiegt. Anschließend wird die eigentliche Formmasse 31 aus glasfaserverstärktem Thermoplast in die Form eingebracht. Die Formmasse weist beispielsweise Plattenform auf und ist ebenfalls vorerhitzt und damit erweicht. Sodann wird die Presse 1 durch Herunterbewegen des Oberbärs 3 geschlossen und das Verbundformteil hergestellt, das nach Auffahren der Presse aus dieser entnommen werden kann. Durch das Verpressen erwärm­ ter Formmasse 31 und Folie 12 werden diese beiden innig mitein­ ander verbunden, so daß Verbundformteil durch die Folie ein gutes Oberflächenfinish aufweist. Die Folie besteht insbesondere aus dem gleichem Material wie der Thermoplast der Formmasse oder aber aus einem mit diesem verträglichen Ma­ terial, d. h. ein Material, welches sich beim warmen Verpressen gut mit der thermoplastischen Folie verbindet. Zusätzlich kann die Folie mit Haftvermittlern versehen sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, nämlich insbesondere das Ansaugen der bis zu einem Zustand plastischen Fließen vorerwärmten Folie wird erreicht, daß diese in konstanter Stärke verformt wird und nicht an Stellen starken Zuges geschwächt wird, wie dies der Fall wäre, wenn die Folie beispielsweise durch die Formmasse in die Form eingedrückt würde.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines Thermoplast-Verbund­ formteils, bei dem zunächst eine thermoplastische Folie in eine Form eingelegt und in diese bis zum Anlegen an die Innenwand der Form angesaugt wird, und bei dem anschließend eine Thermoplast-Formmasse auf die Folie aufgelegt, preßgeformt und dabei mit der Folie verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie vor dem Einle­ gen in die Form bis zum Zustand des plastischen Fließens erwärmt und nach dem Ansaugen an die Form- Innenwand durch Berührung mit der kühleren Form abgekühlt wird, daß die auf die Folie aufzulegende faserverstärkte Thermoplast-Formmasse bis zum Flie­ ßen erwärmt wird und daß die Formmasse dann volumen­ dosiert auf die abgekühlte Folie aufgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Thermoplast der Formmasse kompa­ tible Folie verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Folie aus dem Thermoplast-Mate­ rial der Formmasse eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Folie, auf der die Formmasse aufgebracht wird, zunächst ein Haftvermittler aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie durch Wärme­ strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, erhitzt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Presse mit einer Form aus Ober- und Unterbär, wobei die Form Vakuumkanäle aufweist, die in den durch Ober- und Unterbär gebildeten Formhohlraum münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Presse (1) unmittelbar ein Erwärmungseinrichtung (11) zur Erwärmung der thermoplastischen Folie (12) sowie eine Einrichtung zur Erwärmung der Thermoplast-Formmasse zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkanäle nur im Unterbär ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinrichtung (11) aufeinander zugerichtete Reihen von IR-Strah­ lern (13, 14) aufweist, zwischen denen die Folie (12) hindurchbewegbar ist.