DE3825986A1 - Verfahren zum herstellen von vorformkoerpern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen von Vorformkörpern aus verdichtbaren, binde­ mittelhaltigen Zellulose- und/oder Lignozellulose-Wirr­ faservliesen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von räumlich verformten Preßteilen, wie sie beispielsweise als Innenverkleidungen von der Kraftfahrzeugindustrie gefordert werden, wobei sich als Ausgangsmaterial Zellulose- bzw. Lignozellulose- Wirrfasermatten aus vielen Gründen als besonders vor­ teilhaft erwiesen haben, ist die Ausbildung solcher Preßteile aus dem genannten Ausgangsmaterial nur über einen Zwischenschritt, nämlich die Fertigung von Vorformkörpern möglich. Wirrfaservliese der hier inte­ ressierenden Art sind relativ voluminös und kennzeich­ nen sich insbesondere dadurch, daß sie weder nennens­ werte Stauch- noch Zugkräfte aufzunehmen in der Lage sind. Die für die Verformung zusammenfahrenden Werk­ zeughälften bedingen jedoch zwangsläufig erhebliche Scherkräfte, die bereits bei der Herstellung des Vor­ formkörpers aus einem Wirrfaservlies-Zuschnitt in der Vergangenheit zu erheblichen Fertigungsproblemen ge­ führt haben, wofür auf unterschiedliche Weise versucht worden ist, Abhilfe zu schaffen.

So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem aus einem Lignozellulose-Wirrfaservlies, das für seine industrielle Handhabung vorverdichtet ist, durch Auf­ dämpfen,und damit Volumenvergrößerung, ein ge­ schmeidiges, leicht verformbares Ausgangsprodukt hergestellt wird , das sich unter Druck und Temperatur zu Vorform­ teilen verpressen läßt. Die Gefahr bei Bereichen starker Verformung innerhalb des Zuschnittes, in denen während der Ausformung das Material besonders stark gestaucht oder gestreckt wird und wegen der damit verbundenen Scherkräfte reißt, wurde bereits bei diesem bekannten Verfahren erkannt (DE-PS 23 38 650). Dieser Gefahr der Beschädigung des Faservlieses bei der Vorformfertigung wurde bei diesem bekannten Verfahren versucht dadurch entgegen­ zuwirken, daß der Ausformvorgang stufenweise erfolgt, dergestalt, daß das Vorformwerkzeug aus mehreren, gegeneinander beweglichen Teilflächen besteht, die zeit­ lich aufeinander so in die Endstellung bewegt werden, daß die gewünschte Verformung des Vlieses in gradweiser Reihenfolge entsteht. Dabei hat sich herausgestellt, daß die örtlich große Relativbewegung der Werkzeugteil­ stempel zu örtlich großen Streck- und Scherkräften in dem Faservlies führt, wenn die räumliche Verformung besonders groß ist.

Andererseits ist es seit langem bekannt, bei der Her­ stellung einfacher Holzspan-Formteile, insbesondere für die Möbelindustrie, bei der kalten Vorformung des Rohmaterials eine elastische Auflagefläche zu verwenden, die zwischen die Formoberfläche des Werkzeuges und das Holzspan-Rohmaterial eingebracht wird, um hier ins­ besondere auch eine bessere Verteilung der Verformungs­ spannung zu erreichen. Zu diesem Zwecke wurde die Vor­ form mit einer Gummibespannung versehen, auf welcher der Rohling auflag und während der Vorformung abge­ stützt wurde (Klauditz, Bericht 90/1965, Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen).

Wesentlich verbessert wurde diese Idee der Verwendung einer Zwischenschicht für die Herstellung des Vorform­ körpers innerhalb einer Vorformpresse durch eine bekannte Vorrichtung zum Herstellen von Vorformkörpern aus Zuschnitten eines Wirrfaservlieses unter Beachtung einer gradweisen Verformungsfolge, bei der die form­ gebenden Teilflächen mindestens einer Werkzeughälfte gemeinsam auf mindestens eine elastisch verformbare durchgehende Zwischenschicht derart wirken, daß die Umformkräfte durch diese Zwischenschicht auf das Faser­ vlies übertragen werden, die elastisch verformbare Zwischenschicht an der Oberfläche, die mit dem Faser­ vlies in Berührung steht, ganz oder teilweise aufge­ rauht ist oder ganz oder teilweise Oberflächenstruktur besitzt, und wobei die auf die elastisch verformbare Zwischenschicht wirkenden Werkzeugteilflächen ganz oder teilweise aufgerauht sind (DE-PS 27 59 279). Mit dieser Vorrichtung ergab sich der wesentliche Vorteil, daß der Reibschluß zwischen elastischer Zwischenschicht und Wirrfaservlies örtlich oder auf der ganzen Fläche verbessert und gezielt beeinflußt werden konnte. Der Umformvorgang von einem Mattenvlieszuschnitt zu einem Vorformkörper war damit derart optimierbar, daß höhere, bis dahin nicht mögliche Umformgrade erreicht werden konnten. Verwendet wurde als Zwischenschicht vorzugs­ weise ein Gewebe aus elastischen Fäden, wie Kunststoff­ fäden. Mit steigender Taktzahl, und damit erhöhtem Produktionsausstoß, wurden jedoch in der Folgezeit die Anforderungen an die verwendeten Zwischenschichten dermaßen groß, daß das hierfür verwendbare Material den gestiegenen Erwartungen nicht mehr gerecht werden konnte. Die Bestrebungen, den Vorformvorgang ohne die Verwendung von Zwischenschichten ausführen zu können, wuchsen, ohne daß zunächst greifbare Ergebnisse er­ zielt werden konnten.

Schließlich wurde hier dann doch ein Durchbruch erzielt, durch ein in Vorschlag gebrachtes neuartiges Verfahren der gattungsgemäßen Art, bei dem während oder nach einer immerhin noch erforderlichen Dampfbehandlung, oder einer anderen thermischen Vorbehandlung, der Mattenzuschnitt wenigstens einseitig von einem linien- oder rasterförmigen Rückhaltegitter oder einem Preß­ gitter so beaufschlagt wird, daß in Übereinstimmung mit der Gitterstruktur ein entsprechendes Verdichtungs­ muster in den aufgedämpften Mattenzuschnitt vor der Vorformung eingeprägt wird, wodurch die mit dem Auf­ dämpfen verbundene Dickenvergrößerung wenigstens teil­ weise zurückgehalten wird und damit die ansonsten durch die Aufdämpfung verloren gehenden, ohnehin geringen Scher- und Zugkräfte doch noch auf für den Verfahrens­ ablauf interessanten, endlichen Werte gehalten werden können (Pat.-Anm. P 38 04 416). Hierbei ist es mög­ lich, in Abhängigkeit von den Formgebungen des Vor­ formkörpers das Verdichtungsmuster bereichsweise mit unterschiedlichen Mustergeometrien oder mit unterschied­ lichen Verdichtungsgraden herzustellen. Entlang der Linien- oder Gitterstruktur bleibt bei dem bekannten Verfahren trotz des Aufdämpfungsvorganges vor dem Vor­ formen die ursprüngliche Festigkeit des Fasermaterials gemäß der vorgegebenen Struktur weitgehend erhalten, während gleichzeitig über den gesamten erweichten Mattenzuschnitt die gewünschte Wirkung der Dampfbe­ handlung und damit der Plastifizierung des Wirrfaser­ vlieses eintreten kann. Hinderlich bei dieser vorge­ schlagenen Verfahrensweise ist die sich mit jeder Form­ teiländerung bzw. jedem Formteilwechsel zwangsläufig ergebende Änderung der Gittervorlage, wodurch sich zu­ mindest der finanzielle Aufwand für den Ablauf des durchzuführenden Verfahrens vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Ver­ fahren der gattungsgemäßen Art die bisher unumgänglich erscheinende Verwendung von Zwischenschichten jeglicher Art in Fortfall bringen zu können, wobei eine Verfah­ rensweise geschaffen werden soll, bei der es unerheblich ist, ob der Vorformkörper mit oder ohne Aufdämpfung des Mattenzuschnittes zur Bearbeitung gelangt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale für den Verfahrensablauf erreicht. Vorteilhafte Weiter­ bildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen 2 bis 5.

Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst durch die im Anspruch 6 ange­ gebenen Merkmale.

Dadurch, daß in zwei Schritten vorverformt wird dergestalt, daß der eine Schritt ohne jegliche Vorverdichtung ausgeführt wird, während der andere Schritt ausschließlich in einer Vorver­ dichtung besteht, kann das Problem der örtlich auftretenden Zug- und/oder Scherkräfte erstmalig zufriedenstellend gelöst werden, ohne daß hier­ für das Hilfsmittel einer Kraft übertragenden Zwischenschicht erforderlich wird oder ein hoher Werkzeugaufwand durch eine Vielzahl von Teilstempeln gefordert wird. Dabei ist es uner­ heblich, ob die Zuschnitte aus Wirrfasermatten vor dem Vorformen aufgedämpft, also unter Einfluß von Wärme und Feuchtigkeit plastifiziert werden, oder ob sie im ungedämpften Zustand vorgeformt werden. Vorteilhaft ist es bei den ungedämpften Zuschnitten, zunächst die verdichtungsfreie Vorformung auszuführen, um in einem anschließenden Verfahrensschritt ganz oder teilweise vorzuver­ dichten, während es bei vorgedämpften Zuschnitten vorteilhaft sein kann, diese Verfahrensschritte in umgekehrter Reihenfolge anzuwenden.

Anhand der beiliegenden Zeichnung soll das vor­ liegende Verfahren näher erläutert werden sowie die in der Zeichnung gezeigte beispielsweise Aus­ führungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei den Zeichnungsdarstellungen handelt es sich um (Fig. 1 bis 3) schematische Schnittwieder­ gaben eines Vorformwerkzeuges, bestehend aus Patrize und Matrize, zwischen die im offenen Zustand ein Zuschnitt eingelegt wird. Wenn dieser Zuschnitte sich im aufgedämpften Zustand befindet, ist er derart leicht verformbar und hinsichtlich Zug- und Scherspannungen so gering belastbar, daß die für die Herstellung des Vorformlings anzuwendende schrittweise Verformung im ersten Schritt in der bloßen räumlichen Verformung der ebenen Ausgangsmatte bestehen sollte ohne jegliche Verdichtung des vorgedämpften Materials. Die Aufdämpfung des Wirrfaservlieses ist dabei so durchgeführt worden, daß die vor der Dampf- und/oder Wärmebeaufschlagung vorhandene Dicke des Faserzuschnittes durch Rückhalteelemente gegen die eigentliche Wirkung des Aufdämpfens unverändert geblieben ist, also die Aufweitung der Matte zurückgehalten worden ist. Je nach gewünschter Endverformung kann es auch vorteilhaft sein, diese verhinderte Dickenzunahme beim Auf­ quellen des durch den Dämpfungsvorgang zu plastifizierenden Wirrfasermaterials unterschied­ lich zu gestalten. Beispielsweise kann an einigen Bereichszonen mit relativ geringer Endverformung durchaus eine Dickenzunahme gegenüber der ungedämpften Matte zugelassen werden, während an anderen Stellen des Mattenzuschnittes die Dickenzunahme nicht nur zurückgehalten wird, sondern bereits im ersten Verformungsschritt eine Vorverdichtung vorgenommen werden kann. Ansonsten wird die partielle gleichmäßige oder ungleichmäßige Vorverdichtung grundsätzlich im zweiten Verfahrensschritt vorgenommen.

In den Fig. 4 bis 6 ist in gleicher Weise wie in den Fig. 1 bis 3 das Vorformen ohne Ver­ dichtung dargestellt.

Fig. 7 zeigt den schematischen Querschnitt einer Wirrfasermatte, die bereits vor dem Einlegen in das Vorformwerkzeug unterschiedlich verdichtete Zonen aufweist.

Fig. 8 erläutert deren Zuordnung im Vorformwerkzeug.

Die Fig. 9 und 10 beschreiben eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der eine partielle Vorverdichtung des Vorformkörpers als zweiter Verfahrensschritt im gleichen Werkzeug durchgeführt werden kann, mit dem die verdichtungsfreie Vorformung durchge­ führt wird.

In allen Figuren ist mit 1 die Patrize und mit 2 die Matrize bezeichnet. Die Wirrfaservlies-Matte ist durch die Ziffer 3 gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt den Beginn einer Vorformung mit Vor­ verdichtung. In diesem Stadium der Ausformung kann noch Fasermattenmaterial in den auszuformenden Bereich aus den Randbereichen her nachgezogen werden.

Fig. 2 zeigt das Ausformungsstadium, in dem die Verdichtung beginnt. In den Werkzeugbereichen, die gegenüber der Bewegungsrichtung des Werkzeuges größere Neigungswinkel besitzen, kommt es dabei zu Schervorgängen, da der Werkstoff hier vorzeitig eingeklemmt wird. In Fig. 2 ist auf eine dieser Stellen durch Pfeildarstellungen hingewiesen. Fig. 3 schließlich zeigt den Endzustand der Vor­ formung: Die Fasermatte wurde auf die Enddichte des Vorformteils verdichtet. Die Scherkräfte in dem durch Pfeile in Fig. 2 markierten Bereich haben dabei, da ein Nachziehen der Matte geometriebedingt verhindert wurde, zu der mit 3′ bezeichneten Fehlstelle im Formteil geführt. Derartige Fehlstellen in Form von Löchern oder geringer verdichteten Werkstoffbereichen machen das Vorformteil unbrauchbar, sie werden beim nach­ folgenden Heißpressen zum Fertigteil nicht mehr beseitigt.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen die analogen Stadien des verdichtungsfreien Vorformens einer Wirr­ faservlies-Matte, und zwar anhand des gleichen Vorformteiles. Hier ist insbesondere in Fig. 5 zu erkennen, daß die Fasermatte noch nachzieh­ fähig bleibt, während in der analogen Fig. 2 beim Vorformen mit Verdichtung der Schervorgang bereits beginnt.

In der Mehrzahl der Fälle wird ein Plastifizieren der Fasermatte durch Heißdampf nicht zu umgehen sein, besonders dann nicht, wenn komplizierte Vorformteile mit größeren Ausformtiefen herge­ stellt werden sollen. Die damit zunächst ver­ bundene Dickenzunahme der beschriebenen Faser­ matten wird beim Stand der Technik üblicherweise durch das Vorformen mit Verdichtung, wie es in den Fig. 1 bis 3 dargestellt wurde, wieder rück­ gängig gemacht. Wird die Dickenzunahme der Fasermatten während der Dampfbehandlung ver­ hindert, so wird ein verdichtungsfreies Vor­ formen gemäß den Fig. 4 bis 6 möglich. Darüber hinaus behält eine dampfbehandelte Fasermatte, deren Dickenzunahme unterdrückt wird, höhere Zugfestigkeit, wodurch das Nachziehen von Matten­ werkstoff in den Verformungsbereich zusätzlich begünstigt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß dampfbehandelte Matten, deren Dickenzunahme unterdrückt wurde, etwa die gleiche Verformungs­ fähigkeit besitzen, wie Matten, die nach dem üblichen Stand der Technik ihre Dicke während der Dampfbehandlung vergrößern. Dabei läßt sich die Dickenzunahme einer Fasermatte der be­ schriebenen Art während der Dampfbehandlung dadurch unterdrücken, daß der Fasermattenzuschnitt zwischen zwei dampfdurchlässigen Lochplatten eingespannt und in diesem Zustand gedämpft wird. Durch eine entsprechende Formgebung dieser Platten läßt es sich beim Dämpfen dann erreichen, daß der Mattenzuschnitt nach dem Dämpfen Bereiche aufweist, die geringere Dicke besitzen. In Fig. 7 sind diese Bereiche mit 4 und 4′ bezeichnet. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, daß in den kritischen Bereichen (Pfeile in Fig. 2) Scherkräfte bis zum Ende der Vorformung vermieden werden. Fig. 8 zeigt die Zuordnung der Bereiche 4 und 4′ des Faser­ mattenzuschnittes zu der Geometrie des Vor­ formwerkzeuges.

Das Fertigpressen des Vorformteils erfolgt bei höherer Temperatur und in jedem Falle mit Ver­ dichtung. Es besteht also die gleiche Problematik beim abschließenden Verfahrensschritt, wie sie hier für das Vorformen in den Figuren beschrieben wurde. Wird das Vorformteil so ausgebildet, daß es in den entsprechenden kritischen Bereichen bereits geringere Wanddicke besitzt als in den übrigen Bereichen, so läßt sich das warme Fertigpressen wesentlich verbessern, vor allem läßt sich die Ausschußquote einer Produktion senken. Die Verminderung der Vorformteildicke in Bereichen, die bezüglich der Verformung kritisch sind, läßt sich durch partielle Vorverdichtung des Vorformkörpers verwirklichen.

Die Fig. 9 und 10 erläutern die Möglichkeit, partielle Vorverdichtungen am Vorformteil im gleichen Werkzeug herzustellen, in dem zunächst verdichtungsfrei vorgeformt wurde, und zwar mit Hilfe der Werkzeugschieber 5 und 5′, die in Pfeilrichtung beweglich sind. Werden diese Werk­ zeugschieber während des verdichtungsfreien Vor­ formens zunächst so weit zurückgezogen, daß die Fasermatte in den kritischen Bereichen frei beweglich bleibt, so erleichtern und verbessern sie zunächst einmal den ersten Verfahrensschritt des Vorformens. Dieses Stadium ist in Fig. 9 dargestellt. Nach Abschluß des verdichtungs­ freien Vorformens werden die Werkzeugschieber 5 und 5′ dann in die in Fig. 10 dargestellte Endposition gebracht und bewirken dort die partielle Verdichtung der kritischen Vorform­ bereiche. Derartige Vorformteile erleichtern gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, der durch das Verwenden von Vorformteilen gleicher Wanddicke gekennzeichnet ist, das Fertigpressen. Weniger Ausschuß, größere Formgebungsmöglich­ keiten und erhöhte Fertigungssicherheit ergeben sich somit aus der erfindungsgemäß verbesserten Vorformtechnik.

Da beim Vorformen die Werkzeugbelastung gering ist und die Vorformwerkzeuge nicht beheizt werden, ist das Anwenden von Werkzeugschiebern ohne Komplikation möglich. Das abschließende warme Verpressen der Vorformteile zum Fertigteil erfordert dagegen große Preßkräfte, aus denen hohe Werk­ zeugbelastungen resultieren. Darüber hinaus sind die beheizten Werkzeuge beim Fertigpressen hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß das An­ wenden von Werkzeugschiebern bei diesem Ver­ fahrensschritt sich im allgemeinen verbietet. Hier eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorformteilherstellung die Möglichkeit, allein durch die spezielle Gestaltung des Vor­ formteiles auch das abschließende warme Fertig­ pressen zu erleichtern und zu verbessern, und zwar ohne aufwendige Maßnahmen am Heißpreßwerk­ zeug, die dessen Störanfälligkeit vergrößern würden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen von Vorformkörpern aus verdichtbaren, bindemittelhaltigen Zellulose- und/oder Lignozellulose-Wirrfaservliesen, bei dem Zuschnitte aus derartigen Faservliesmatten ge­ taktet aufeinanderfolgend in ein Vorformwerkzeug eingebracht werden, dessen relativ zueinander bewegliche Werkzeughälften Formgebungsflächen aufweisen, die wenigstens annähernd der Stempel- Oberflächenform des Preßwerkzeuges für die end­ gültige Ausformung von räumlich verformten Preß­ teilen entspricht, wobei die Vorformung schritt­ weise erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei Schritten vorverformt wird, wovon der eine Schritt in einem verdichtungsfreien Vorform­ vorgang besteht und während des anderen Vorform­ schrittes eine wenigstens partielle Vorverdichtung des Vorformkörpers ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtungsfreie Vorformung der erste Verfahrensschritt ist, und daß im zweiten Ver­ fahrensschritt einzelne Bereiche des Vorformteils gleichmäßig verdichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt der Fasermatte vor dem Vorformen durch Dämpfen unter Verhinderung der hierbei auf­ tretendenDickenzunahme plastifiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt beim Dämpfen nur bereichs­ weise an der Dickenzunahme gehindert wird, bzw. auf unterschiedliche Dicke gebracht wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorformen und das wenigstens bereichs­ weise Vorverdichten der Vorformteile jeweils in gesonderten Formwerkzeugen durchgeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialspalt des Vorformwerkzeuges der Dicke des vorzuformenden Zuschnittes der Faser­ matte mindestens näherungsweise entspricht, und daß in den Vorverdichtungsbereichen des Vorform­ teiles bewegliche Schieber, innerhalb wenigstens einer Werkzeughälfte, vorgesehen sind.