WO2007122017A1 - Werkzeug mit temperiereinrichtung - Google Patents

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WO2007122017A1
WO2007122017A1 PCT/EP2007/004025 EP2007004025W WO2007122017A1 WO 2007122017 A1 WO2007122017 A1 WO 2007122017A1 EP 2007004025 W EP2007004025 W EP 2007004025W WO 2007122017 A1 WO2007122017 A1 WO 2007122017A1
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WO
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mold
tool
burners
powder
tool according
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PCT/EP2007/004025
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Inventor
Jürgen PROKOP
Michael Johann
Denis Périnet
Original Assignee
Faurecia Innenraum Systeme Gmbh
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Publication date
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    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/34—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C41/02—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C41/18—Slush casting, i.e. pouring moulding material into a hollow mould with excess material being poured off

Definitions

  • tools for rotational sintering which have a tool shape with channels in which hot oil can be performed to temper the mold.
  • US Pat. No. 4,621,995 discloses a molding tool with a tool mold and a tempering device, wherein the tempering device comprises a plurality of molds Having arranged on the back of the mold form vent through which hot for heating the mold or cold to cool the mold cold gas can be passed to the back of the mold.
  • Object of the present invention is therefore to provide a tool with a tempering, which has low loss mechanisms and high efficiency.
  • the invention solves the problem by a tool with a tempering device according to the independent claim.
  • the invention provides a tool with a tool mold and a tempering device with a
  • Heating device for heating the mold, wherein the heating device has a plurality of burners arranged on the back and near the mold, so that the mold is heated at least in regions directly by a flame of the burner and / or indirectly by the radiated heat from the burners during firing.
  • This tool is particularly suitable for carrying out the rotation sintering method (slush method).
  • the mold is heated by the tempering device for coating the at least partially heated and / or cooled tool mold designed in a rotational sintering process.
  • the tool mold can be heated at least in places directly by a flame of the burners and / or indirectly by the heat radiation radiated by the burners during firing, a high degree of efficiency is possible and the loss mechanisms are reduced.
  • burners are burners which can be operated with liquid and / or gaseous fuel.
  • the burners are preferably operable with gas, for example with propane.
  • a further advantageous development of the invention provides that the burners have valves by means of which the supply of fuel can be controlled.
  • the size and heat of the flame carpet produced by the burners can be adapted to the required heat output via the valves.
  • the valves In the simplest case, the valves have two positions maximum / minimum opening. Of course, valves with multiple positions can be used.
  • the heating power can be adjusted in regions by varying the area density of the burners.
  • the tempering device has a cooling device which comprises at least a part of the burners of the heating device, by means of which a coolant can be conducted through the burners for cooling at least one region of the mold.
  • a further advantageous development of the invention provides that the heating device has a common media line for all burners through which fuel can be conducted to the burners.
  • the media line may be formed in particular net-like.
  • cooling device comprises at least part of the media line of the heating device for conducting coolant to at least a part of the burner.
  • the advantage is that this considerably reduces the components of the cooling device.
  • the media line can be made usable respectively for the heating device or for the cooling device.
  • a further advantageous development of the invention provides that the tool has a support structure by means of which the burners are supported on the tool mold.
  • the direct support of the burners on the mold ensures a precise arrangement of the burners relative to the mold.
  • a rib structure is preferred for the support structure in order not to obstruct the flame propagation and / or the heat radiation, as well as the gas supply and removal.
  • a further advantageous development of the invention provides that the burners are arranged at a distance of at most 50 mm, preferably at most 30 mm, particularly preferably at most 20 mm from the rear side of the mold.
  • the burners 3 are arranged side by side with no gaps in order to be able to produce a planar heating effect with sufficiently small variations.
  • a further advantageous development of the invention provides that the tool is a molding tool for a rotational sintering process.
  • the mold is a Galvanoform with a wall thickness of 2 mm to 4 mm.
  • the burners each have a combustion plate with a plurality of nozzles for the outflow of gas. These nozzles are preferably vertical or radial directed to the mold surface (on the side facing away from the inner region of the mold).
  • This construction allows the supply of gas for different purposes.
  • the supply of gas as fuel gas is possible, which burns in the region of the nozzles.
  • direct heating by the flames during gas combustion is possible, moreover, a particularly homogeneous heat transfer is achieved by the additional radiant heat of the fuel plate surface.
  • a cooling gas for example nitrogen or compressed air
  • a cooling gas for example nitrogen or compressed air
  • a further advantageous development provides that the burners are arranged in a modular manner, so that a temperature field with a high area resolution can be set exactly on the side of the mold facing away from the burners (ie the "interior areas" at which the powder is subsequently to melt).
  • the modules are arranged such that temperature differences (in the direction of the fuel plate surface) of 30 [deg.] C. can be achieved within a centimeter of the distance to the burner plate.
  • modules can be arranged in such a way that even neighboring modules can be supplied with different gases, for example a module with cooling gas and an adjacent module with combustion gas, which actually does is burned.
  • modules are assembled so tightly that there is a coherent (continuous) burning plate on which only the smallest nozzles are provided for the passage of gas.
  • the tool according to the invention is particularly suitable for carrying out production processes for multicolored skins which are used in particular in higher-value cars in the interior.
  • the mold is heated and / or cooled differently in certain areas in the tempering device, then the mold is removed from the tempering device and then the mold is connected to a box filled with powder and moved together with this box so that the powder at least in some areas
  • Inner regions of the molding tool (these inner regions are arranged on the side facing away from the burners of the mold) melts.
  • a particularly preferred embodiment provides that first a first box with powder of a first color is docked to the tool mold and this first powder partially melts (ie in certain areas) and then the mold is removed and again partially heated and / or cooled and is then connected to a second box with a powder of a second color for melting to other interior areas of the mold.
  • multi-color slush skins can be produced in several ways. Preferably, at least two, but sometimes also three different ones are recognizable on the later visible side. This is practically impossible today according to the state of the art, since heating processes between the individual powdering stages are not usual or when the color areas develop during re-heating.
  • Fig. 1 shows a detail of an inventive
  • Tool here a tool for the rotational sintering process, in a cross-sectional view
  • Fig. 3a performing the rotation sintering process with a mold 2, to which a first mask 6 is attached and
  • FIG. 1 shows a tool according to the invention, here a tool for a rotational sintering method, in a cross-sectional view. A section of the tool 1 is shown enlarged in Fig. 2.
  • the tool 1 has a tool mold 2 and a Tempering device 5 with a heater for heating the mold 2 and a cooling device for cooling the mold 2 on.
  • the heater has back and close to the
  • Tool mold 2 a surface arranged plurality of burners 3, so that the mold 2 is at least partially heated directly by a flame of the burner and indirectly by the radiated from the burners 3 during heat radiation.
  • the burners are arranged side by side without a gap, in order to be able to produce a planar heating effect with sufficiently small variations.
  • the burners used here can be operated with propane gas.
  • Each burner 3 has a valve with which the supply of fuel is controllable.
  • the heating device has a common for all burner 3 media line 4 through which
  • Fuel to the burners 3 is conductive.
  • burners for the tempering device according to the invention are modular micro- and pore burners with burners having areas between 1-50 cm 2 with uniformly distributed burn nozzles and power ranges between 150 kW / m 2 and 3000 kW / m 2 .
  • Such modular burners are characterized by a very high and constant efficiency, a large modulation of the heat output and the
  • the arrangement of the burners can be carried out in various ways. Depending on the field of application, individual cubic burner elements can be connected by the media line 4.
  • An alternative is the Structure of a planar element by the joining of modularly connectable burner elements, wherein the media line is at least partially integrated in the burners.
  • the burners 3 are arranged at a constant distance of the flames from the back of the mold, which increases the efficiency of the system.
  • the distance between the burners and the rear side of the tool mold 2 preferably ranges up to 50 mm, preferably only up to 30 mm, particularly preferably up to 20 mm. In this case the distance is constant 15 mm.
  • the burners 3 with media lines are located on an independent frame, which adjusts the contour of the tool mold 2 (not shown). This makes it possible to remove at least burners and media elements on the tool. This is advantageous, for example, to heat the tool for the rotation process.
  • a rib-shaped support is also provided. formed structure, by which the burners are supported on the mold.
  • Burner 3 and media line 4 are in addition to the heating device also part of the cooling device.
  • a coolant in this embodiment, cold gas
  • the media line and through the burner 3 for cooling the mold can be guided.
  • the cooling can be partially regulated.
  • the tool mold for example by an extra coolant line, a fan or a water shower.
  • the tempering device 5 is part of a tool for a rotational sintering process.
  • a Galva- noform of nickel with a wall thickness of here 3 mm is thereby directly by a flame and indirectly by radiating the heat radiation generated by flames of the burner arranged area 3.
  • the cooling of the mold 2 is carried out also by the planar arrangement of the burner 3, wherein the media lines 4 of the burner 3 act as transport lines of the gaseous coolant.
  • the energy required to melt and possibly gel the material introduced into the tool mold to form a plastic part is transferred via the tool mold 2.
  • This energy is introduced directly by flaming and / or irradiation of the tool, so that the latter acts either as a heat storage and / or as a heat conductor. Between heat of combustion and tool finds none Intermediate form of heat transfer instead, so that a high efficiency for the heating power is achieved.
  • the tempering device according to the invention generates either a defined flame carpet which acts directly and directly on the mold or indirectly by annealing the pore burner structure (the burners can glow by means of suitable air / gas mixtures instead of burning with the flame).
  • Advantages of the system are: Potential for energy saving, homogeneous / variable heating over the entire surface of the skin, suppression of defects due to turbulence, weight saving, space saving, reuse of the tempering device or components of the tempering device for a new tool, rapid heating and rapid cooling by local applied heating or cooling, access time reduction, quality enhancement, as lamination thickness can be influenced via local mold temperature; Cost savings through energy saving and material savings; Plastic moldings with varying wall thicknesses can be produced, potential for the production of tri-color skins.
  • Slush skin can not be created by the prior art methods.
  • the decisive advantage of the tool according to the invention is that between a change of powder boxes further heat in areas of the mold can be introduced without causing damage to the skin on the already covered tool surface. This allows ideal process conditions to be set to create the different color areas.
  • a further temperature control device may be provided, which is constructed like a tempering device according to the invention, and which is designed such that it can be introduced into the tool mold. This makes it possible to realize a two-sided heat input. For example, by this development of the tool according to the invention, the side of a skin or of a molded part which is not in contact with the surface of the tool mold can be gelled.
  • the tempering with matrix-like adjacent burners 3 forms the mold 2 towards a continuous "burning plate".
  • Each of the individual burners 3 has a single burner plate with a plurality of nozzles for discharging gas toward the mold 2.
  • gas fuel gas is used for desired heating processes, which burns in the region of the nozzle and thus directly heats the mold.
  • gas can also be conducted through the same nozzles, for example compressed air or nitrogen for cooling a corresponding section of the mold.
  • the area of the individual burners is so small that a temperature field with the highest surface resolution can be set exactly. Due to the good temperature-guiding properties of the tool mold 2, therefore, above the mold mold 2 shown in FIG. 2, a certain temperature can be set on the surface of the mold 2. It is even it is possible for adjacent burners 3 to be supplied on the one hand with cooling gas and on the other hand with combustion gas so as to achieve a very clear parting line and high temperature gradients along the surface of the burnishing plate.
  • the mold 2 is partially heated in a temperature control, not shown.
  • an elevated temperature is set by preheating at the points where the powder is to melt later.
  • a particularly thick layer should result or at other exposed locations (eg undercuts)
  • special temperatures can be set to achieve a particularly high flowability and high wall thicknesses.
  • a first mask 6 (this is in one piece with a corresponding box) is placed.
  • a rotation of the overall arrangement is performed around a horizontal axis lying in the plane of the sheet so that the powder with a first color adheres to the preheated regions of the tool mold 2.
  • the first mask 6 including powder box
  • the first mask 6 is removed.
  • a further heating process of the molding tool 2 in the tempering device and then the placement of a second powder box or a second Mask 7.
  • This provides preheated areas with different colored powder and the above rotation process is carried out until the wall thickness is set as intended.
  • this can be further processed into a finished motor vehicle interior trim part, for example, in a back-injection or a back-foaming process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung, das für ein Rotationssinterverfahren geeignet ist. Das erfindungsgemäße Werkzeug weist eine Werkzeugform und eine Temperiereinrichtung mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform (2) auf, wobei die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform (2) flächig angeordnete Mehrzahl von Brennern (3) aufweist, so dass die Werkzeugform (2) direkt durch eine Flamme der Brenner (3) und/oder indirekt durch die von den Brennern (3) beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist. Die Werkzeugform (2) ist von der Temperiereinrichtung (5) trennbar ausgeführt.

Description

Werkzeug mit Temperiereinrichtung
Gegenstand der Erfindung ist ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung und eine Temperiereinrichtung.
Werkzeuge mit einer Temperiereinrichtung sind grundsätzlich bekannt.
So sind beispielsweise Werkzeuge zum Rotationssintern (Slush-Prozess) bekannt, welche eine Werkzeugform mit Kanälen aufweisen, in denen heißes Öl zum Temperieren der Werkzeugform geführt werden kann.
Des Weiteren ist es bekannt, Werkzeuge in eine Wärme- kammer einzubringen, und in dieser Wärmekammer die Werkzeuge zu erwärmen.
Die Druckschrift US 4 621 995 offenbart ein Formwerkzeug mit einer Werkzeugform und einer Temperierein- richtung, wobei die Temperiereinrichtung mehrere rückseitig der Werkzeugform angeordnete Ausströmer aufweist, durch die zum Erwärmen der Werkzeugform heißes oder zum Kühlen der Werkzeugform kaltes Gas an die Rückseite der Werkzeugform geleitet werden kann.
Nachteil dieser Werkzeuge ist, dass die vorgesehenen Temperiereinrichtungen dadurch, dass nur mittelbar die Werkzeugform geheizt wird, beispielsweise durch heißes Gas oder Öl, welches zuvor erwärmt werden muss, und/oder Bauteile erwärmt werden, die nicht unmittelbar zur Werkzeugform gehören, einen niedrigen Wirkungsgrad haben und/oder mit nicht zu vernachlässigenden Verlustmechanismen verbunden sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung zu schaffen, welche geringe Verlustmechanismen und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung nach dem unabhängigen Anspruch .
Die Erfindung schafft ein Werkzeug mit einer Werk- zeugform und einer Temperiereinrichtung mit einer
Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform, wobei die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform flächig angeordnete Mehrzahl von Brennern aufweist, so dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist. Dieses Werkzeug eignet sich insbesondere zur Durchführung des Rotationssinterverfahrens (Slush-Verfahren) . Die Werkzeugform ist von der Temperiereinrichtung zum Beschichten der zumindest bereichsweise geheizten und/oder gekühlten Werkzeugform in einem Rotations- sintereverfahren ausgelegt.
Aufgrund dessen, dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist, ist ein hoher Wirkungsgrad möglich und die Verlustmechanismen sind reduziert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brenner Brenner sind, die mit flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff betreibbar sind.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Brenner mit Gas betreibbar, beispielsweise mit Propan.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brenner Ventile aufweisen, mittels denen die Zufuhr von Brennstoff steuerbar ist.
Über die Ventile ist die Größe und die Hitze des durch die Brenner erzeugten Flammenteppichs an die geforderte Wärmeleistung anpassbar. Im einfachsten Fall weisen die Ventile zwei Stellungen maximale/minimale Öffnung auf. Selbstverständlich sind auch Ventile mit mehreren Stellungen einsetzbar.
Alternativ oder zusätzlich kann über die Variation der Flächendichte der Brenner die Heizleistung bereichsweise angepasst werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperiereinrichtung eine Kühlvorrichtung aufweist, die zumindest einen Teil der Brenner der Heizvorrichtung umfasst, mittels der ein Kühlmittel durch die Brenner zum Kühlen zumindest ei- nes Bereichs der Werkzeugform leitbar ist.
Beispielsweise könnte kaltes Gas zum Kühlen der Werkzeugform durch die Brenner geleitet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizeinrichtung eine für alle Brenner gemeinsame Medienleitung aufweist, durch die Brennstoff zu den Brennern leitbar ist.
Die Medienleitung kann insbesondere netzartig ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kühlvorrichtung zumindest einen Teil der Medienleitung der Heizeinrichtung umfasst zum Leiten von Kühlmittel zu zumindest einem Teil der Brenner .
Vorteil ist, dass hierdurch die Komponenten der Kühl- einrichtung erheblich reduziert werden.
Beispielsweise kann durch Ventile an geeigneten Schnittstellen die Medienleitung jeweils für die Heizeinrichtung oder für die Kühleinrichtung nutzbar gemacht werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug eine Stützstruktur aufweist, durch die die Brenner an der Werkzeugform ab- gestützt werden. Die direkte Abstützung der Brenner an der Werkzeugform sichert eine genaue Anordnung der Brenner relativ zur Werkzeugform.
Für die Stützstruktur bevorzugt wird eine Rippenstruktur, um die Flammenausbreitung und/oder die Wärmestrahlung, sowie die Gaszu- bzw. -abfuhr nicht zu behindern.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brenner in einem Abstand von höchstens 50 mm, bevorzugt höchsten 30 mm, besonders bevorzugt höchstens 20 mm von der Rückseite der Werkzeugform angeordnet sind.
Die Brenner 3 sind spaltfrei nebeneinander angeordnet, um eine flächige Heizwirkung mit hinreichend kleinen Variationen erzeugen zu können.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug ein Formwerkzeug für ein Rotationssinterverfahren ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist in diesem Falle die Werkzeugform eine Galvanoform mit einer Wandstärke von 2 mm bis 4 mm.
Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug sind insbesondere Formhäute mit Bereichen mit unterschiedlichen Eigen- schatten, insbesondere mehrfarbige Häute, herstellbar.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Brenner jeweils eine Brennplatte mit einer Vielzahl von Düsen zum Ausströmen von Gas aufweisen. Diese Düsen sind vorzugsweise senkrecht bzw. radial zur Formwerkzeugoberfläche (auf der dem Innenbereich des Formwerkzeug abgewandten Seite) gerichtet.
Diese Konstruktion ermöglicht die Zuführung von Gas für verschiedene Zwecke. Zunächst einmal ist die Zuführung von Gas als Brenngas möglich, das im Bereich der Düsen verbrennt. Hierdurch ist ein direktes Heizen durch die Flammen bei der Gasverbrennung möglich, außerdem wird eine besonders homogene Wärmevermitt- lung durch die zusätzliche Strahlungswärme der Brennplattenoberfläche erreicht.
Alternativ ist es möglich, dass ein Kühlgas, zum Beispiel Stickstoff oder Druckluft, zugeleitet wird. Hiermit sind erstmals Kühlvorgänge auf der den "Brennern" abgewandten Seite des Formwerkzeugs induzierbar, beispielsweise zum schnellen Verfestigen angeschmolzenen Pulvers bzw. zum Vermeiden von "Tropfna- senbildung" .
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Brenner modulartig angeordnet sind, so dass auf der den Brennern abgewandten Seite des Formwerkzeugs (also den "Innenbereichen", an denen später das Pulver anschmelzen soll) ein Temperaturfeld mit hoher Flächenauflösung exakt einstellbar ist. Hierbei sind die Module derart angeordnet, dass innerhalb eines Zentimeters Abstand auf der Brennplatte Temperaturunterschiede (in Richtung der Brennplattenoberfläche) von 30° C erreichbar sind.
Dies zeigt, dass die Module derart zusammengestellt werden können, dass selbst benachbarte Module mit unterschiedlichen Gasen versorgt werden können, bei- spielsweise ein Modul mit Kühlgas und ein benachbartes Modul mit Verbrennungsgas, das auch tatsächlich verbrannt wird.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Module so eng zusammengestellt sind, dass sich eine zusammenhängen- de (durchgehende) Brennplatte ergibt, auf der lediglich kleinste Düsen zur Gasdurchleitung vorgesehen sind.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist besonders geeignet zum Durchführen von Herstellverfahren für mehrfarbige Häute, die insbesondere bei höherwertigen Automobilen im Innenraum zum Einsatz kommen.
Hierzu wird die Werkzeugform in der Temperiereinrich- tung in bestimmten Bereichen unterschiedlich beheizt und/oder gekühlt, anschließend wird die Werkzeugform aus der Temperiereinrichtung entnommen und anschließend die Werkzeugform mit einem mit Pulver gefüllten Kasten verbunden und zusammen mit diesem Kasten so bewegt, dass das Pulver zumindest bereichsweise an
Innenbereichen des Formwerkzeuges (diese Innenbereiche sind auf der den Brennern abgewandten Seite des Formwerkzeugs angeordnet) aufschmilzt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zunächst ein erster Kasten mit Pulver einer ersten Farbe an die Werkzeugform angedockt wird und dieses erste Pulver partiell anschmilzt (also in bestimmten Bereichen) und anschließend das Formwerkzeug entnommen wird und erneut partiell aufgeheizt und/oder gekühlt wird und dann mit einem zweiten Kasten mit einem Pulver einer zweiten Farbe verbunden wird zum Anschmelzen an andere Innenbereichen des Formwerkzeugs .
Für eine hochwertige zweifarbige Oberfläche sind sau- bere Trennlinien von größter Wichtigkeit. Die Erzielung unterschiedlicher Farbbereiche ist prinzipiell auf verschiedene Arten möglich. So ist es einerseits möglich, bei Verwendung einer bestimmten Farbe (das heißt eines Pulvers einer bestimmten Farbe) eine Maske zu verwenden, wobei die Bereiche des Formwerkzeuges abgedeckt werden, an denen dieses Pulver nicht anschmelzen soll. In einem weiteren Arbeitsgang kann dann die Maske entnommen werden und ein anderes PuI- ver (nach gegebenenfalls erneuten Aufheizen der Werkzeugform) aufgebracht werden auf die nunmehr nicht maskierten Bereiche . Dies kann auch in noch mehr Schritten erfolgen (hierzu müssten jeweils Masken nacheinander verwendet werden, die jeweils immer kleinere Flächen abdecken, so dass auf der Sichtseite des späteren Innenverkleidungsteils die verschiedenen Farbtöne tatsächlich sichtbar sind) .
Mit dieser Maskentechnologie sind sehr saubere Trenn- linien möglich. Es ist prinzipiell auch möglich, dass durch Temperatureinstellung allein bestimmte Bereiche des Formwerkzeugs bei dem jeweiligen AufheizVorgang unterschiedlich aufgeheizt werden, so dass aufgrund des Schmelzpunktes später aufgebrachter Pulver be- stimmte Pulver nur an bestimmten Bereichen gezielt anhaften. Beispielsweise kann hier zunächst die Werkzeugform an bestimmten Stellen sehr hoch aufgeheizt werden und zuerst ein Pulver einer bestimmten Farbe und mit einem sehr hohen Schmelzpunkt aufgebracht werden, so dass das Pulver lediglich an diesen Stellen verbleibt. Anschließend kann an anderen Stellen eine Aufheizung erfolgen auf eine etwas weniger hohe Temperatur, die dennoch zum Anschmelzen eines bestimmten (andersfarbigen) Pulvers dient. Hierdurch wird zum einen das vorher aufgebrachte Pulver nicht erneut aufgeschmolzen, andererseits wird ein An- schmelzen des "neuen" Pulvers erreicht.
Insgesamt sind auf mehrere Weisen Mehrfarb-Slush- Häute herstellbar. Vorzugsweise sind hier zumindest zwei, aber auch mitunter drei unterschiedliche auf der späteren Sichtseite erkennbar. Dies ist nach dem Stand der Technik heute praktisch nicht möglich, da Aufheizvorgänge zwischen den einzelnen Bepulverungs- stufen nicht üblich sind bzw. bei einem Wiederaufhei- zen ein Verlaufen der Farbbereiche auftritt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels, welches durch zwei Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Werkzeugs, hier ein Werkzeug für das Rotationssinterverfahren, in einer Querschnittsansicht ,
Fig. 2 eine Detailansicht des Werkzeugs,
Fig. 3a Durchführung des Rotationssinterverfahrens mit einer Werkzeugform 2, an die eine erste Maske 6 angebracht ist und
Fig. 3b Durchführung des Rotationssinterverfahrens mit einer Werkzeugform 2, an die eine zweite Maske 7 angebracht ist.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug, hier ein Werkzeug für ein Rotationssinterverfahren, in einer Querschnittsansicht. Ein Ausschnitt des Werkzeugs 1 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt.
Das Werkzeug 1 weist eine Werkzeugform 2 und eine Temperiereinrichtung 5 mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform 2 und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Werkzeugform 2 auf .
Die Heizeinrichtung weist rückseitig und nahe der
Werkzeugform 2 eine flächig angeordnete Mehrzahl von Brennern 3 auf, so dass die Werkzeugform 2 direkt durch eine Flamme der Brenner und indirekt durch die von den Brennern 3 beim Brennen abgestrahlte Wärme- Strahlung zumindest bereichsweise heizbar ist. Die Brenner sind spaltfrei nebeneinander angeordnet, um eine flächige Heizwirkung mit hinreichend kleinen Variationen erzeugen zu können.
Die hier verwendeten Brenner sind mit Propangas betreibbar. Jeder Brenner 3 weist ein Ventil auf, mit dem die Zufuhr von Brennstoff steuerbar ist.
Des Weiteren weist die Heizeinrichtung eine für alle Brenner 3 gemeinsame Medienleitung 4 auf, durch die
Brennstoff zu den Brennern 3 leitbar ist.
Als Brenner für die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung eignen sich insbesondere modulare Mikro- o- der auch Porenbrenner mit Brennplatten mit Flächen zwischen 1-50 qcm mit gleichmäßig verteilten Brenndüsen und Leistungsbereiche zwischen 150 kW/m2 - 3000 kW/m2. Derartige modulare Brenner zeichnen sich durch einen sehr hohen und konstanten Wirkungsgrad aus, ei- ner großen Modulation der Wärmeleistung sowie der
Möglichkeit, beliebige Brennergeometrien zu bilden.
Die Anordnung der Brenner kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Je nach Einsatzgebiet können einzel- ne würfelförmige Brennerelemente durch die Medienleitung 4 verbunden werden. Eine Alternative ist der Aufbau eines flächigen Elements durch das Zusammenfügen von modulartig miteinander verbindbaren Brennerelementen, wobei die Medienleitung zumindest teilweise in den Brennern integriert ist.
Die Brenner 3 sind mit konstantem Abstand der Flammen rückseitige der Werkzeugform angeordnet, wodurch sich der Wirkungsgrad des Systems erhöht. Erfindungsgemäß bevorzugt bewegt sich der Abstand der Brenner von der Rückseite der Werkzeugform 2 im Bereich bis zu 50 mm, bevorzugt nur bis zu 30 mm, besonders bevorzugt bis 20 mm. In diesem Falle beträgt der Abstand konstant 15 mm.
Die einzelnen Brenner 3 sind über Ventile direkt ansteuerbar, so dass die Größe und Hitze des Flammenteppichs an die geforderte Wärmeleistung anpassbar ist. Die Medienleitung verbindet dabei die einzelnen Brenner 3 so, dass der Brennstoff mit gleichem Druck und Volumenstrom an jedem Brenner 3 zur Verfügung steht.
In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich die Brenner 3 mit Medienleitungen auf einem selbständigen Ge- stell, welches die Kontur der Werkzeugform 2 nachstellt (nicht dargestellt). Dies ermöglicht es, zumindest Brenner und Medienelemente auf dem Werkzeug zu entfernen. Dies ist vorteilhaft beispielsweise um das Werkzeug für das Rotationsverfahren aufzuheizen.
Alternativ ist es ebenso möglich, die Brenner 3 mit der Medienleitung direkt auf der Rückseite des dünnwandigen Formwerkzeugs anzubringen.
Von dem Gestell, welches Brenner 3 und Medienleitung 4 trägt, wird ebenfalls eine rippenförmige Stütz- struktur gebildet, durch die die Brenner an der Werkzeugform abgestützt werden.
Brenner 3 und Medienleitung 4 sind neben der Heizvor- richtung gleichfalls Teil der Kühlvorrichtung. Mittels der Kühlvorrichtung ist ein Kühlmittel, in diesem Ausführungsbeispiel kaltes Gas, durch die Medienleitung und durch die Brenner 3 zum Kühlen der Werkzeugform leitbar. Durch die Ventile der Brenner 3 lässt sich die Kühlung bereichsweise regeln.
Alternativ ist es ebenfalls möglich, die Werkzeugform beispielsweise durch eine extra Kühlmittelleitung, einem Ventilator oder einer Wasserdusche zu kühlen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung 5 Teil eines Werkzeugs für ein Rotationssinterverfahren. Zum Heizen der Werkzeugform 2, in diesem Ausführungsbeispiel eine Galva- noform aus Nickel mit einer Wandstärke von hier 3 mm, wird dabei direkt durch eine Flamme und indirekt durch Abstrahlen der von Flammen erzeugten Wärmestrahlung der flächig angeordneten Brenner 3. Die Abkühlung der Werkzeugform 2 erfolgt ebenfalls durch die flächige Anordnung der Brenner 3, wobei die Medienleitungen 4 der Brenner 3 als Transportleitungen des gasförmigen Kühlmittels fungieren.
Die zum Aufschmelzen und gegebenenfalls Gelieren des in die Werkzeugform zum Formen eines Kunststoffteils eingebrachten Materials benötigte Energie wird über die Werkzeugform 2 übertragen. Diese Energie wird direkt durch Beflammung und/oder Bestrahlung des Werkzeugs eingebracht, so dass letzteres entweder als Wärmespeicher und/oder als Wärmeleiter fungiert. Zwischen Verbrennungswärme und Werkzeug findet keine Zwischenform der Wärmeübertragung statt, so dass ein hoher Wirkungsgrad für die Aufheizleistung erreicht wird. Die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung erzeugt dabei entweder einen definierten Flammentep- pich, der unmittelbar und direkt auf die Werkzeugform einwirkt, oder mittelbar durch Glühen der Porenbren- nerstruktur (die Brenner können durch geeignete Luft- /Gasmischungen glühen anstatt mit der Flamme zu brennen) .
Vorteile des Systems sind: Potential zur Energieeinsparung, homogene/variable Aufheizung über die ganze Hautoberfläche, Unterdrückung der Defekte durch Ver- wirbelungen, Gewichtseinsparung, Platzeinsparung, Wiederverwendung der Temperiereinrichtung bzw. Bestandteile der Temperiereinrichtung für ein neues Werkzeug, schnelle Aufheizung und schnelle Abkühlung durch lokal aufgebrachte Aufheizung bzw. Abkühlung, Zugriffszeitverkürzung, Qualitätssteigerung, da Ge- lierdicke über lokale Werkzeugtemperatur beeinfluss- bar ist; Kostenersparnis durch Energieeinsparung und Materialeinsparung; Kunststoffformteile mit variierenden Wandstärken können hergestellt werden, Potential zur Herstellung von dreifarbigen Häuten.
Durch Aufteilen der Temperiereinrichtung in getrennt regelbare Temperierkreisläufe ist es möglich, das Werkzeug bereichsweise zeitlich unabhängig zu temperieren. Auf diese Weise lassen sich zwei- oder mehr- farbige Häute erstellen. Eine drei- oder höherfarbige
Slush-Haut kann durch die Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erstellt werden.
Entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Werk- zeugs ist es, dass zwischen einem Wechsel der Pulverkästen weitere Wärme in Bereiche der Werkzeugform eingebracht werden kann, ohne dass es zu einer Schädigung der Haut an der bereits bedeckten Werkzeugfläche kommt. Dadurch lassen sich ideale Prozessbedingungen zum Erstellen der verschiedenen Farbflächen einstellen.
Neben der beschriebenen Temperiervorrichtung 5 kann eine weitere Temperiervorrichtung vorgesehen sein, die wie eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung aufgebaut ist, und die derart ausgebildet ist, dass sie in die Werkzeugform eingebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, eine zweiseitige Wärmeeinbringung zu realisieren. Beispielsweise kann durch diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugs die nicht mit der Oberfläche der Werkzeugform in Kontakt stehende Seite einer Haut bzw. eines Formteils zum Gelieren gebracht werden.
Die Temperiereinrichtung mit matrixartig aneinander angrenzenden Brennern 3 bildet zu dem Formwerkzeug 2 hin eine durchgehende "Brennplatte" . Jeder der einzelnen Brenner 3 verfügt über eine Einzelbrennplatte mit einer Vielzahl von Düsen zum Ausströmen von Gas zu der Werkzeugform 2 hin. Als Gas wird bei gewünsch- ten Heizvorgängen Brenngas verwendet, das im Bereich der Düse verbrennt und somit unmittelbar die Werkzeugform anheizt. Alternativ ist durch dieselben Düsen auch Gas leitbar, zum Beispiel Druckluft oder Stickstoff zur Kühlung eines entsprechenden Abschnit- tes der Werkzeugform. Die Fläche der einzelnen Brenner ist hierbei so klein, dass ein Temperaturfeld mit höchster Flächenauflösung exakt einstellbar ist. Aufgrund der guten Temperaturleiteigenschaften der Werkzeugform 2 ist also oberhalb der in Fig. 2 gezeigten Werkzeugform 2 eine bestimmte Temperatur an der Oberfläche der Werkzeugform 2 einstellbar. Es ist sogar möglich, dass benachbarte Brenner 3 einerseits mit Kühlungsgas und andererseits mit Verbrennungsgas versorgt werden, um auf diese Weise eine sehr klare Trennlinie und hohe Temperaturgradienten entlang der Brennplattenoberfläche zu erreichen.
Abschließend wird nun noch anhand von Fig. 3a und 3b ein Zweifarben-Slush-Verfahren gezeigt.
Hierzu wird zunächst die Werkzeugform 2 partiell aufgeheizt in einer nicht dargestellten Temperiereinrichtung. Hierbei wird an den Stellen, an denen das Pulver später anschmelzen soll, eine erhöhte Temperatur eingestellt durch Vorheizen. An Stellen, an denen sich später eine besonders dicke Schicht ergeben soll bzw. an anderen exponierten Stellen (beispielsweise Hinterschnitten) können spezielle Temperaturen eingestellt werden, um dort eine besonders hohe Fließfähigkeit bzw. hohe Wanddicken zu erreichen. Entspre- chend kann auch gezielt gekühlt werden, um beispielsweise Tropfnasenbildung bzw. ein Herausfließen angeschmolzenen Materials zu verhindern. Nach Entnahme des Formwerkzeugs 2 aus der Temperiereinrichtung wird dann eine erste Maske 6 (diese ist einteilig mit ei- nem entsprechenden Kasten) aufgesetzt. Hierbei wird um eine in der Blattebene liegende Horizontalachse eine Drehung der Gesamtanordnung durchgeführt, so dass das Pulver mit einer ersten Farbe an den vorgeheizten Bereichen der Werkzeugform 2 haften bleibt. Nach einer bestimmten Zeit, bei der eine Folie beispielsweise empirisch ermittelte Wanddicke durch Anschmelzen erreicht wurde, wird die erste Maske 6 (einschließlich Pulverkasten) abgenommen. Es erfolgt dann ein weiterer Heizvorgang des Formwerkzeugs 2 in der Temperiereinrichtung und anschließend das Aufsetzen eines zweiten Pulverkastens bzw. einer zweiten Maske 7. Diese versieht vorgeheizte Bereiche mit andersfarbigem Pulver und der oben genannte Rotations- Vorgang wird so lange durchgeführt, bis auch hier die Wanddicke wie beabsichtigt eingestellt ist. Nach Ent- nähme der zweiten Maske 7 bzw. Entnahme der fertig gestellten zweifarbigen und durchgehenden Haut aus dem Formwerkzeug 2 kann dieses beispielsweise in einem Hinterspritz- bzw. einem Hinterschäumvorgang zu einem fertigen Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteil weiter verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeug (1) zur Durchführung von Rotationssinterverfahren mit einer Werkzeugform (2) und einer Temperiereinrichtung (5) mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform (2) , da- durch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform (2) flächig angeordnete Mehrzahl von Brennern (3) aufweist, so dass die Werkzeugform (2) direkt durch eine Flamme der Brenner (3) und/oder indi- rekt durch die von den Brennern (3) beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichs- weise heizbar ist und die Werkzeugform (2) von der Temperiereinrichtung (5) trennbar ist zum Beschichten der zumindest bereichsweise geheiz- ten und/oder gekühlten Werkzeugform (2) in einem
Rotationssinterverfahren.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) Brenner sind, die mit flüssigem und/oder gasförmigen Brennstoff betreibbar sind.
3. Werkzeug nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) Ventile aufweisen, mittels denen die Zufuhr von Brennstoff steuerbar ist.
4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (5) eine Kühlvorrichtung aufweist, die zumindest einen Teil der Brenner (3) der Heizvor- richtung umfasst, mittels der ein Kühlmittel durch die Brenner (3) zum Kühlen zumindest eines Bereichs der Werkzeugform (2) leitbar ist.
5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung eine für alle Brenner (3) gemeinsame Medienleitung (4) aufweist, durch die Brennstoff zu den Brennern (3) leitbar ist.
6. Werkzeug nach den Ansprüchen 4 und 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung zumindest einen Teil der Medienleitung (4) der Heizeinrichtung umfasst zum Leiten von Kühlmittel zu zumindest einem Teil der Brenner.
7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Stützstruktur aufweist, durch die die Brenner (3) an der Werkzeugform (2) abgestützt werden.
8. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform (2) eine Wandstärke von 2 mm bis 4 mm aufweist .
9. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) in einem Abstand von höchstens 50 mm, bevorzugt höchstens 30 mm, besonders bevorzugt höchstens 20 mm von der Rückseite der Werkzeugform (2) angeordnet sind.
10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform (2) eine Galvanoform ist.
11. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) zu der Werkzeugform (2) hin jeweils eine Brennplatte mit einer Vielzahl von Düsen zum Ausströmen von Gas aufweisen.
12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) derart ausgestaltet sind, dass Brenngas im Bereich der Düsen verbrennbar ist.
13. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) derart gestaltet sind, dass als Gas Kühlgas, insbesondere Druckluft oder Stickstoff, zur Kühlung der Werkzeugform (2) an die Werkzeugform (2) heranführbar ist.
14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (3) modulartig ausgestaltet sind, so dass ein Temperaturfeld mit einer hohen Flächenauflösung auf der Werkzeugform (2) darstellbar ist.
15. Werkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Module derart ausgeführt sowie aneinander gestellt sind, dass innerhalb eines Zentimeters Abstand auf der Brennplattenoberfläche eine Temperaturdifferenz von 30° C erreich- bar ist.
16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennplatten einzelner modulartig dargestellter Brenner (3) zusammenhängend sind.
17. Verfahren zum Betrieb des in einem der vorhergehenden Patentansprüche beanspruchten Werkzeugs (1) , dadurch gekennzeichnet, dass a) die Werkzeugfortn (2) in der Temperiereinrichtung (5) in bestimmten Bereichen unterschiedlich geheizt und/oder gekühlt wird zur Erreichung unterschiedlicher Temperaturen an der den Brennern abgewandten Seite der Werkzeugform (2) , b) die Werkzeugform (2) aus der Temperiereinrichtung (5) entnommen wird und anschließend c) die Werkzeugform (2) mit einem mit Pulver gefüllten Kasten verbunden und zusammen mit diesem Kasten so bewegt wird, dass das Pulver zumindest bereichsweise an Bereichen des Formwerkzeugs, die auf der den Brennern abgewandten Seite des Formwerkzeugs (2) angeordnet sind, aufschmilzt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich- net, dass zunächst ein erster Kasten mit Pulver aus einer ersten Farbe partiell an dem Formwerkzeug (2) aufschmilzt und anschließend das Formwerkzeug (2) entnommen wird, anschließend erneut partiell in der Temperatureinrichtung (5) aufge- heizt und/oder gekühlt wird und dann mit einem zweiten Kasten, der mit einem Pulver aus einer zweiten Farbe befüllt ist, verbunden wird zum Anschmelzen des Pulvers zweiter Farbe an Innenbereichen des Formwerkzeugs .
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer bestimmten Farbe eine bestimmte Maske auf der den Brennern abgewandten Seite des Formwerkzeuges (2) verwendet wird, wobei diese Maske Bereiche des Formwerk- zeuges (2) abdeckt, an denen Pulver dieser Farbe nicht anhaften soll.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstellung in bestimmten Bereichen des Formwerkzeugs (2) bei dem je- weiligen Aufheizvorgang in der Temperiereinrichtung (5) so erfolgt, dass aufgrund des Schmelzpunktes des jeweiligen Pulvers Pulver nur an bestimmten Bereichen gezielt anhaftet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mehrere Kästen mit Pulver von unterschiedlicher Farbe, vorzugsweise zwei oder drei verschieden farbige Pulver, nach jeweiligen AufheizVorgängen an bestimmte Innenbereiche der Werkzeugform (2) angeschmolzen werden.
22. Temperatureinrichtung wie beschrieben in einem der Ansprüche 1 bis 16.
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