DE3740006A1 - Verfahren zum entgraten von verpressten formteilen aus organischen faserwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die hier angesprochenen Formteile bestehen aus pyrolytisch zersetzbarem, schlecht wärmeleitendem Material. Sie werden insbeson­ dere aus Fasermatten hergestellt, beispielsweise aus Wirrfaservliesen, Zellulose- oder lignozellulosehalti­ gen Fasern, gegebenenfalls enthalten sie auch zusätzli­ che Fasern aus Kunststoffen, beispielsweise in Form von Faserzumischungen zu dem Wirrfaservlies, oder auch als separate Faserschichten auf den Formteileoberflächen. Insbesondere als Trägerteile für Innenverkleidungen von Fahrgastzellen werden sie wegen ihrer hierfür günstigen Werkstoffeigenschaften zunehmend verwendet.

Beim Verpressen derartiger Fasermatten zu Formteilen mit an sich beliebigen räumlichen Konturen wird das Formteil durch Tauch- oder Quetschkanten in der gewünschten Geometrie konturiert. Dabei ist eine Grat­ bildung entlang der Tauch- oder Quetschkanten nie ganz zu vermeiden, vor allem dann nicht, wenn die Preßwerk­ zeuge hier nach längerem Betrieb größere Toleranzen aufweisen.

Um die bis vor einiger Zeit übliche handhabungsinten­ sive und zeitaufwendige manuelle Entgratung derartiger Formteile in ihrem Konturbereich zu automatisieren, wurde bereits ein Verfahren zum Entgraten in Vorschlag gebracht (DE-OS 31 02 220), bei dem es erforderlich ist, die die Formteile herstellenden Preßwerkzeuge so umzugestalten, daß das vom Formteilrand zu entfernende Material in eine zwischen der zu entgratenden Randkon­ tur des Formteils und dem Rand des äußeren Abfallteils liegenden schmalen Zone während des Preßvorgangs des Formteiles auf thermischem Wege zersetzt und das Mate­ rial der Zersetzungszone bei der Entnahme des Formteils aus dem Preßwerkzeug von der Randkontur des Formteiles gelöst wird. Nachteilig bei diesem Vorgehen ist vor allem, daß der für die pyrolytische Materialzersetzung benötigte Zeitraum größer ist, als die reine Preßzeit, wodurch die Taktzeit des Gesamtverfahrens unzulässig verlängert wird. Darüber hinaus wird für die pyrolyti­ sche Zersetzung Sauerstoff benötigt, der als verlorenes Betriebsmittel die Verfahrenskosten erhöht, dessen Ver­ wendung direkt am Ort des Heißpressens aber auch ein erhöhtes Brandrisiko bedeutet. In Weiterbildung dieses Verfahrens wurde daher in der DE-PS 32 45 833 vorge­ schlagen, die Entgratungsvorrichtung als eine von der Formteilpresse gesonderte Vorrichtung auszubilden, der das verpreßte Formteil nach dem Entfernen seines Abfallrandes zugeführt wird. Nach wie vor muß in der gesonderten Vorrichtung Brenngas als verlorenes Betriebsmittel verwendet werden. Darüber hinaus haftet auch dieser Vorrichtung der Nachteil an, daß sie außer­ ordentlich aufwendig ist, beispielsweise ein ringförmig ausgebildetes Kammerwerkzeug benötigt, das nicht nur aus Ober- und Unterwerkzeug besteht, sondern das auch aus mehreren Bauelementen zusammengesetzt ist, die untereinander durch aufwendige Dichtsysteme verbunden sind. Hierdurch werden die Gesamtverfahrenskosten nicht unbeträchtlich erhöht. Wenn auch die räumliche Trennung der Entgratungsvorrichtung vom Preßwerkzeug und die Minimierung der pyrolytisch zu zersetzenden Material­ menge eine vorteilhafte Weiterbildung des früheren Standes der Technik darstellte, so sind doch der große Aufwand für die Entgratungsvorrichtung selbst und die immer noch großen Entgratungszeiten - bedingt durch das Füllen und Entleeren der Ringkammer mit Brenngas - erhebliche Nachteile, die der industriellen Anwendung des thermischen Entgratens in einer Serienproduktion der Entgratung wesentlich von der Positionierungsgenau­ igkeit der Formteile in der Entgratungsvorrichtung ab, was zu einem entsprechenden Mehraufwand des Verfahrens führt, wenn industrielle Reproduzierbarkeit angestrebt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte thermische Entgraten durch pyro­ lytische Materialzersetzung so zu verbessern, daß der Aufwand für das Entgraten geringer wird, und sich die Entgratungszeiten noch weiter verkürzen lassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Hauptanspruches gelöst durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale. Die sich anschließenden Unteransprüche stellen vorteilhafte Wei­ terbildungen dieses Verfahrens dar.

Dadurch, daß der zu entgratende Formteil-Konturrand zumindest im Bereich des Preßgrades kurzzeitig mit der Oberfläche eines thermisch leitenden Feststoffes in Wärmeeingriff gebracht wird, die eine Temperatur besitzt, die oberhalb der Temperatur des Faserwerkstof­ fes liegt, ergibt sich zunächst der wesentliche Vor­ teil, daß das Verfahren in einer Vorrichtung durchge­ führt werden kann, die den zu entgratenden Preßteilrand nicht mehr vollflächig umfassen muß. Der Verfahrensauf­ wand kann dadurch erheblich gemindert werden. Weiterhin braucht das zu entgratende Formteil bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren in der Entgratungsvorrichtung nicht so genau positioniert zu werden, wie bei den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen, da eine überwie­ gend linienförmige Berührung im Gradbereich zwischen Formteilrand und thermisch leitender Festkörperfläche für die gewünschte Entgratung ausreichend ist. Darüber hinaus kann die Verwendung zusätzlicher Brenngase als Hilfsmittel zur pyrolytischen Zersetzung entfallen, die geringen Werkstoffanteile im Grat können in der Umge­ bungsluft verbrennen. Die Kräfte, die zum Herstellen des Wärmeeingriffes zwischen Formteil und erwärmtem Feststoff notwendig sind, sind außerordentlich gering. Im Zusammenwirken mit den geringen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit ergibt sich daraus ein zusätzli­ cher Kostenvorteil. Auch die Nebenzeiten des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sind gegenüber dem Stand der Technik erheblich abgekürzt: Da das Formteil nicht mehr zwischen zwei sich öffnende und schließende Werkzeug­ hälften einer Entgratungsvorrichtung zu- und abgeführt werden muß, sondern nur einseitig in Wärmekontakt mit einem Halbwerkzeug gebracht wird, verkürzen und verein­ fachen sich die entsprechenden Bewegungsabläufe. Die Verkürzung der Nebenzeiten ist dabei wesentlich größer, als die geringfügige Verlängerung der pyrolytischen Zersetzung des Preßteilgrates, so daß die Entgratungs­ taktzeit insgesamt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik deutlich verkürzt wird.

Um eine pyrolytische Zersetzung des Preßgrates - gege­ benenfalls ergänzt durch eine direkte Verbrennung der Zersetzungsprodukte im Nahbereich der Formteilekante - mit Sicherheit zu erreichen, sind Oberflächentemperatu­ ren des thermisch leitenden Feststoffes, an dem die Zersetzung stattfinden soll, zwischen 250°C und 700°C notwendig und für die in Frage kommenden Werkstoffe auch hinreichend. Im allgemeinen wird der Temperaturbe­ reich zwischen 400°C und 550°C zur Durchführung des Verfahrens günstig sein, vor allem dann, wenn der Form­ teilwerkstoff überwiegend aus Holzfasern besteht.

Die geringen Materialmengen des Preßgrates werden im beschriebenen Temperaturbereich zufriedenstellend zer­ setzt werden, wenn der Wärmeeingriff zwischen Formteil und thermisch leitender Oberfläche eine bis 30 Sekunden dauert. Durch die Anwendung höherer Temperaturen läßt sich dabei der Eingriffszeitraum verkürzen, so daß in dem bevorzugten Temperaturbereich zwischen 400°C und 550°C Wärmeeingriffszeiten zwischen fünf und zehn Sekunden einen guten Verfahrenserfolg sicherstellen. Im Zusammenwirken mit den verkürzten Nebenzeiten des Ver­ fahrens ergeben sich damit Entgratungszeiten, die deut­ lich unter denen liegen, die dem bisherigen Stand der Technik entsprechen.

Im allgemeinen wird der thermisch leitende Feststoff, an dem die pyrolytische Zersetzung des Preßgrates er­ folgt, in seiner Geometrie der Formteilkontur nähe­ rungsweise ringförmig angepaßt sein. In diesem Falle ist eine Rundumentgratung des Formteiles möglich. Hier­ bei kann dieser Ring auch in einzelne Segmente unter­ teilt sein. Um möglichst wenig von der Positionier­ genauigkeit des Formteiles beim Entgraten abhängig zu sein, kann es zweckmäßig sein, diesen Ring im ganzen oder in Teilsegmenten abgefedert zu lagern, so daß er im ganzen oder örtlich nachgeben kann. Auf diese Weise kann er sich der jeweiligen Position des Formteiles zwanglos anpassen. Natürlich läßt sich dieses Ziel auch dadurch erreichen, daß das Formteil selbst dem Entgra­ tungsring federnd zugeführt wird. Soll das Formteil nur an einigen exponierten Stellen entgratet werden, so vereinfacht sich der Vorrichtungsaufwand zur Durchfüh­ rung des Verfahrens entsprechend, da dann kein geschlossener Entgratungsring mehr benötigt wird.

Werden bei der Durchführung des Verfahrens thermisch leitende Feststoffe in Form von Metallen verwendet, so ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der Wärme­ transport zu deren Oberfläche problemlos ist. Metalle, deren Zunderfestigkeit in beschriebenen Temperaturbe­ reich ausreichend ist, sind verfügbar, so daß von die­ ser Seite her keine Verfahrenseinschränkung vorliegt. Die Wärmeversorgung kann dabei in einfacher Weise durch eingebettete elektrisch betriebene Heizelemente erfol­ gen, die marktgängig sind.

Das Verwenden keramischer Werkstoffe für die Kontakt­ flächen zur pyrolytischen Zersetzung gestattet es, bei Bedarf deren Erwärmung auch durch direkte Beflammung durchzuführen. Ein weiterer Vorteil keramischer Werk­ stoffe für diesen Anwendungszweck ist deren Zunder­ festigkeit. Gegebenenfalls kann eine Kombination von metallischen und keramischen Werkstoffen sinnvoll sein. Die Frage der Werkstoffauswahl für Vorrichtungen zur Verfahrensdurchführung ist für den Verfahrensablauf von untergeordneter Bedeutung, hier können allgemeine tech­ nische Gesichtspunkte und betriebliche Notwendigkeiten berücksichtigt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die thermisch leitenden Feststoffoberflächen während des Wärmeeingriffs mit mindestens einer der Oberflächen des Formteilrandes im Konturbereich - definiert durch deren Tangentenrichtung - einen Winkel bilden. Mit diesem Vorgehen sind zwei Vorteile verbunden:

• 1. Es wird eine linienförmige Berührung beim Wärme­ eingriff zwischen Formteil und Zersetzungsfläche sichergestellt, Positionierungsfehler wirken sich auf das Entgratungsergebnis nicht mehr aus.
• 2. Durch die linienförmige Berührung wird sicherge­ stellt, daß die beim Entgraten zu zersetzende Werkstoffmenge minimiert ist, was zu minimierten Kontaktzeiten beim Wärmeingriff führt.

Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl der Kontakt­ zeit die Formteilkontur mit einer Phase versehen wer­ den, was vor allem dann von Vorteil ist, wenn die Form­ teile nachfolgend mit Folien oder Geweben kaschiert werden sollen, und die Kaschierung um die Formteilkante herumgeklebt werden soll. Das "Anphasen" der Formteil­ kante beim Entgraten begünstigt dabei das Umkleben der Kanten mit dem Kaschierungswerkstoff. Die Nachformung des Formteilrandes beim Entgraten kann zusätzlich ver­ bessert werden, wenn thermisch leitende Feststoffe ver­ wendet werden, deren in Wärmeeingriff zu bringende Oberflächen in Dickenrichtung des Formteiles Krümmungen besitzen und wenn diese Krümmungen zumindest teilweise auf den zu entgratenden Formteilrand übertragen werden. In diesem Falle können nicht nur Formteilkanten so nachgearbeitet werden, daß sie das Umkleben beim Kaschieren begünstigen, sondern sie können auch mit Querschnittsgestaltungen ganz oder örtlich versehen werden, die mit Hilfe von Quetsch- oder Tauchkanten nicht realisiert werden können. Dies kann gelegentlich in Bereichen zweckmäßig sein, in denen die Formteile Berührungskanten zu anderen Bauteilen aufweisen.

Enthalten die Faserwerkstoffe des Formteiles Thermopla­ ste in Form von Bindemitteln und/oder Fasern, so hat das beschriebene Entgratungsverfahren einen zusätzli­ chen Vorteil: Bei insgesamt verkürzter Taktzeit des Entgratungsvorganges ist die direkte Einwirkungszeit der Wärme während der pyrolytischen Zersetzung größer als bei dem herkömmlichen thermischen Entgraten in gesonderten Vorrichtungen. Dies hat zur Folge, daß in der Umgebung des Preßgrates die Thermoplastanteile des Faserwerkstoffes dünnflüssig werden und sich im unmit­ telbaren Entgratungsbereich gleichmäßig verteilen. Da die Erweichung der Thermoplastanteile deren pyrolyti­ scher Zersetzung vorausgeht, wird dabei mindestens ein Teil der Thermoplastanteile des Grates in den Formteil­ rand zurückgeführt. Hierdurch wird sowohl die Oberflä­ chengüte im Bereich der Formteilkante verbessert als auch diese Kante zusätzlich gegen Feuchteeinfluß ver­ siegelt. Dieser Effekt ist besonders groß, wenn Form­ teile verwendet werden, die in ihrer Oberfläche mit thermoplastisch erweichbaren Fasern angereichert sind.

Um ein unkontrolliertes Fortschreiten der pyrolytischen Zersetzung nach dem Wärmeeingriff mit Sicherheit auszu­ schließen, kann das Entgratungsverfahren so gestaltet werden, daß der Formteilrand nach dem Wärmeeingriff mit thermisch leitenden Feststoffen kurzzeitig in Berührung mit einer feuchten Oberfläche gebracht wird, beispiels­ weise mit einem wassergetränkten Schwamm oder einem durchfeuchteten Gewebestreifen. Der Zusatzaufwand hier­ für ist nur geringfügig, die Verfahrenssicherheit wird durch ein derartiges Vorgehen aber erheblich erhöht.

Die Erfindung sei nunmehr anhand der Fig. 1-5 näher erläutert und beschrieben. Die Fig. 1 zeigt dabei in schematischer und vereinfachter Schnittdar­ stellung die räumliche Zuordnung von Formteilen und den thermisch leitenden Feststoffoberflächen dar, die Figu­ ren 2-5 erläutern in gleicher Darstellungsart Mög­ lichkeiten, die Formteilkanten beim Entgraten örtlich nachzuformen.

In Fig. 1 ist mit 1 das Formteil dargestellt. Der ringförmige, thermisch leitende Werkstoff 2 ist der Formteilkontur angepaßt, seine Wirkfläche 2′ ist gegen­ über der Formteiloberfläche im Kantenbereich geneigt. Wie unschwer zu erkennen ist, entsteht dadurch eine linienförmige Berührung zwischen der Kontur des Form­ teiles 1 und dem Bauteil 2, Positionierfehler wirken sich nur geringfügig hierauf aus. Das Bauteil 2 wird durch die in seinem Inneren angeordneten Heizelemente 3 - beispielsweise eine elektrische Heizwendel - auf die gewünschte Temperatur der Wirkfläche 2′ aufgeheizt. Unerwünschte Wärmeverluste werden durch den Isolier­ mantel 4 reduziert, der das Bauelement 2 an seinen freien Flächen umhüllt. Die Bauelemente 2-4 können dabei beispielsweise durch eine (nicht mit darge­ stellte) Grundplatte zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Sie können sich dabei (ebenfalls nicht mit dar­ gestellt) gegenüber diesem Bauelement federnd abstüt­ zen. Das Formteil 1 wird zum Entgraten in Pfeilrichtung bis zur Kantenberührung abgesenkt und nach dem Entgra­ ten entsprechend wieder angehoben. Die Fig. 1 macht dabei anschaulich, daß mit dem beschriebenen Entgra­ tungsverfahren sowohl der Vorrichtungs- als auch der Transportaufwand gegenüber dem bisherigen Stand der Technik minimiert ist.

In Fig. 2 ist mit 1 wieder das Formteil bezeichnet, von dem jedoch nur ein Randbereich dargestellt ist. Die Wirkfläche 2′ des thermisch leitenden Feststoffes ist in diesem Falle V-förmig ausgebildet, so daß der ursprünglich scharfkantige Innen- und Außenrand des Formteiles zusammen mit dem Entgraten beiderseitig mit einer Phase versehen wird; in Fig. 3 ist dieser mit 1′ bezeichnete Formteilrand noch einmal gesondert darge­ stellt.

Fig. 4 erläutert schließlich eine Möglichkeit, die Wirkfläche 2′ des thermisch leitenden Feststoffes gekrümmt auszubilden. Als Ergebnis entsteht eine Rand­ kontur 1′ des Formteiles, wie sie in Fig. 5 abschließend dargestellt ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entgraten von Formteilen, hergestellt durch Verpressen bindemittelhaltiger organischer Faserwerkstoffe, bei denen die preßgratbewehrte Formteilkontur mittels pyrolytischer Zersetzung in einer gesonderten Vorrichtung entgratet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu entgratende Formteil-Konturrand zumindest im Bereich des Preßgrates kurzzeitig mit der Oberfläche eines thermisch leitenden Feststoffes in Wärmeeingriff gebracht wird, wobei die Oberfläche eine Temperatur besitzt, die oberhalb der Zersetzungstemperatur des Faserwerkstoffes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß thermisch leitende Feststoffe verwendet werden, deren Oberflächentemperatur zwischen 250°C und 700°C liegt, im besonderen zwischen 400°C und 550°C.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeeingriff zwischen Formteil-Konturrand und thermisch leitender Oberfläche 1 bis 30 s, im besonderen 5 bis 10 s beträgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß thermisch leitende Feststoffoberflächen verwendet werden, deren Geometrie der zu entgratenden Formteilkontur näherungsweise angepaßt ist.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch leitende Feststoffe Metalle verwendet werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch leitende Feststoffe keramische Werkstoffe verwendet werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch leitenden Feststoffoberflächen während des Wärmeeingriffs mit mindestens einer der Oberflächen des Formteilrandes im Konturbereich - definiert durch deren Tangentenrichtung- einen Winkel bilden.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß thermisch leitende Feststoffe verwendet werden, deren in Wärmeeingriff zu bringende Oberflächen in Dic­ kenrichtung des Formteiles Krümmungen besitzen, und daß diese Krümmungen zumindest teilweise auf den zu entgratenden Formteilrand übertragen werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formteil­ rand nach dem Wärmeeingriff mit der oder den thermisch leitenden Feststoffoberfläche(n) kurz­ zeitig in Berührung mit einer feuchten Oberfläche, beispielsweise einem wassergetränkten Schwamm, gebracht wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige, der Formteil-Kontur angepaßte Entgratungsflächen verwendet werden.