WO2020051602A1 - Verfahren zur herstellung eines polsters - Google Patents

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WO2020051602A1
WO2020051602A1 PCT/AT2019/000029 AT2019000029W WO2020051602A1 WO 2020051602 A1 WO2020051602 A1 WO 2020051602A1 AT 2019000029 W AT2019000029 W AT 2019000029W WO 2020051602 A1 WO2020051602 A1 WO 2020051602A1
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shell
plastic material
insert
coating
flowable
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PCT/AT2019/000029
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Andreas BALDINGER
Tobias FERNER
Michael Zillich
Walter WOHLKINGER
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Blue Danube Robotics Gmbh
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Publication date
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    • B29K2995/0067—Permeability to gases non-permeable
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/58—Upholstery or cushions, e.g. vehicle upholstery or interior padding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cushion with a cover made of an airtight cover material and a flexible, arranged in the cover.
  • a cushion is similar to the type mentioned at the beginning
  • the safety sensor or a plurality of such safety sensors or pads is attached to the
  • the safety sensor described in WO 2016/000005 A1 essentially comprises an airtight envelope, which encloses a gas or air-filled chamber, and an internal barometric pressure sensor.
  • the shape of the shell is held by a resilient support structure or a filling body, the filling body and the shell jointly forming the body of the sensor or cushion.
  • the packing ensures dimensional stability and mechanical damping of the forces that are involved in a collision. Touching the sensor leads to a deformation of the casing, the casing, however, from the position of the
  • the upholstery of the type mentioned at the outset has previously been produced by means of 3D printing processes, in which the casing and then connected to the casing and the filler printed layer by layer were.
  • This is very time-consuming and costly and there is a fear that the need for safety sensors to protect people and stationary or autonomously moving obstacles from stationary or autonomously moving handling devices, in particular industrial robots, such as e.g. Manufacturing, transport, inspection or service robots and their manipulators with pads made in this way
  • compliant, polydirectionally air-permeable filler which is materially and / or positively connected to the shell, according to the invention by at least the following steps
  • Molds are formed by coating the mold cavities with a curable, flowable and / or sprayable plastic material and a finished filler is inserted before the two half-shells are assembled, the production is accomplished in a short time with relatively little outlay on equipment. At the same time, this means that the packing
  • the filler body can be produced using relatively simple and proven methods, since there is still no airtight casing on the outside of the filler body
  • packing must be formed.
  • the packing can be used as open-cell foams and rigid foams
  • foamed or thermoformed from open-pore foam or cut from a three-dimensional knitted fabric and made available in bulk It is also possible to foam, cut or shape the foam immediately before inserting it.
  • the resilient filler is permeable to air in a polydirectional manner, in order to ensure a uniform pressure increase in the cushion in the event of a collision, regardless of the point of contact.
  • the filler which is suitable in this way is then introduced into the not yet hardened shell and covered with the second shell.
  • the curable, flowable and / or sprayable plastic material penetrates to a certain degree into the porosity or into the knitted fabric and combines with the material and / or positively
  • Invention is the coating of the first mold cavity and the second mold cavity with the plastic material
  • High pressure spraying accomplished. High pressure spraying allows the layers to be applied evenly
  • sprayable plastic material is initially soft and there is just enough time to insert or insert the filler and to put on the second shell, which has also not yet hardened.
  • Polyurethane is preferably used as the plastic material.
  • Urethane-based polymerization systems are characterized by low costs and low toxicity, and are easy to provide and apply to the mold cavities.
  • the filling body in order to introduce the filling body into the shell, it is provided that the filling body is pressed into one of the shell shells with a molding tool for the filling body when it is inserted into the first shell.
  • Packing material at the place of production of the casing or Shell shells is produced in a molding tool and the molding tool for the filler is simultaneously used as a tool for inserting the filler into the shell.
  • the packing can also be used with a specially for this
  • the molding tool for the filler body can preferably be moved from a stationary or autonomously
  • Handling device in particular an industrial robot, such as e.g. a manufacturing robot can be moved to insert the packing into the first shell.
  • the filler is pressed just as far into the not yet hardened plastic material of the first shell to prevent the penetration of the
  • Filler in the not yet hardened plastic material are chosen so that the filler is in no way impregnated with the not yet hardened plastic material and its polydirectional air permeability is thereby impaired.
  • the safety sensor must therefore have appropriate internals. While in WO 2016/000005 Al these internals were still contained in a base shell made of plastic (reference number 12 in FIG. 1 of WO 2016/000005 Al), in the meantime it has been moved to these internals directly in the to integrate the flexible cover of the cushion or safety sensor, ie corresponding built-in parts or housing parts for electronic devices directly with the cover
  • the insert parts can be produced on-site or provided by a supplier and are independent of the method according to the invention in the way they are produced, as long as they do not prevent a material and / or form-fitting connection with the selected plastic material of the casing.
  • the at least one insert part has a flat fastening area which is penetrated by the curable, flowable and / or sprayable plastic material, as is the case in a preferred embodiment of the
  • the fastening area can have a porous or mesh-like structure, which can be cured, flowed and / or sprayed
  • Plastic material can be penetrated, which either leads to a material connection between the curable, flowable and / or sprayable plastic material or the Insert part is held in a form-fitting manner by the curable, flowable and / or sprayable plastic material, or both types of connection, material and form-fitting, are achieved.
  • the integration of the at least one insert part is best achieved if the at least one insert part is one
  • Coating is subjected to at least one process selected from heating, flame and plasma treatment. This serves to cover the surface, in particular of the sealing area, of the at least one insert part of a material connection with the
  • the inventive method is preferably further developed such that the
  • the inserts can be shaped specifically for this, so that the
  • Suppression can be easily built up and held until the plastic material has hardened and the inserts are firmly anchored in the shell.
  • the method according to the invention can preferably be further developed such that the
  • Inserts consist at least partially of metal and are held in place before coating by the action of magnets, in particular electromagnets.
  • the suppression by the molding tool is preferred
  • a seam made of excess plastic material is separated from the cushion by means of compressed air after the plastic material has hardened.
  • the upholstery according to the invention with a cover made of a
  • Air-tight casing material and a flexible, polydirectionally air-permeable filling body arranged in the casing, the filling body being materially connected to the casing, is characterized in that the casing is produced by coating a mold cavity of a mold with a curable, flowable and / or sprayable plastic material is.
  • Transport, inspection or service robots and their Manipulators can thus be mass-produced and can be offered inexpensively.
  • the shell preferably consists of polyurethane.
  • Polyurethanes are characterized by low costs and enable the production of covers or cover shells with a uniform thickness and constant quality.
  • a cushion or air cushion for use as a safety sensor in stationary or autonomously moving handling devices or robots is at least provided with a pressure sensor and corresponding evaluation electronics
  • the cushion or security sensor according to the invention is therefore developed in such a way that at least one insert is connected to the shell in a material and / or form-fitting manner, as in a preferred embodiment of the present invention.
  • the inserts can be on-site
  • the at least one insert part is preferably a housing or carrier part for electronic components, a mechanical part
  • the at least one insert part has a flat fastening area which is penetrated by the hardenable, flowable and / or sprayable plastic material, as is in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • the attachment area has to this Purpose of a porous or reticulated structure, that of the
  • curable, flowable and / or sprayable plastic material can be interspersed, wherein it is either a material connection between the curable, flowable and / or
  • Insert part is held in a form-fitting manner by the curable, flowable and / or sprayable plastic material, or both types of connection, material and form-fitting, are achieved.
  • Fig. 2 a schematic, exploded
  • Fig. 4 is an illustration of an insert
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the embedding of an insert part in an envelope shell
  • Fig. 6 is a schematic representation to illustrate how the packing is pressed when inserting into the first shell
  • Fig. 7 is a schematic representation of the separation of a seam from excess plastic material.
  • reference numeral 1 is an inventive one Designated cushion, which consists essentially of an airtight shell 2 and a filler 3 which is connected to the airtight shell 2 in a material and / or form-fitting manner.
  • the resilient filler is polydirectionally permeable to air, ie it allows the rapid spread of pressure differences or pressure waves in the entire cushion 1 to deform the shell 2 as a result of contact or collision with one
  • Handling device in particular industrial robots, such as e.g. to make a manufacturing, transport, inspection or service robot usable.
  • the filler 3 is necessary for the effective build-up of an evaluable pressure change as a result of a contact or collision, in order to avoid the casing 2 evading another
  • Insert parts 5 which are embedded in the casing 2, can be seen on the outside of the casing 2.
  • An insert 5 is designed, for example, as a fastening element 5 ′ or and as a cable clamp 5 ′′ in order to fix the cushion 1 to a robot (not shown) or to receive and guide cables of the evaluation electronics 4 or the robot.
  • the pressure sensor 4 is also embedded in the shell in the form of an insert in the form of a housing part 5.
  • the shell 2 is in the form of a first shell shell 2 'and a second shell 2''by coating a first mold cavity 6' and a second mold cavity 6 '' of a two-part mold 6 with a curable, flowable and / or sprayable plastic material, preferably polyurethane.
  • the prefabricated material is prepared before the flowable and / or sprayable plastic material hardens
  • the method according to the invention does not yet have an airtight shell on its outside, as a result of which the filler 3 can be foamed, for example, as open-pore foam and rigid foam, or can be cut from a three-dimensional knitted fabric.
  • first shell shell 2 'and second shell shell 2' ' are joined together before the hardening of the plastic material in order to surround the filling body 3 and to connect it to the latter in a material and / or form-fitting manner.
  • an insert 5 is in front of the
  • the insert 5 is specifically shaped for this with its sealing area 9, so that the suppressor can be easily built up and held until the plastic material has hardened and the insert 5 is firmly anchored in the casing 2.
  • FIG. 6 illustrates how the packing 3 is pressed when it is inserted into the first shell 2 ', which shell 2 has not yet hardened at this point.
  • the flowable and / or sprayable plastic material penetrates into the outermost regions of the filler 3 and thereby allows above all a positive connection between the casing 2 and the filler 3.
  • the filler 3 is inserted into the first casing 2 with a molding tool 3 'for the packing 3 in the not yet hardened shell 2 pressed to a defined depth of penetration t in the
  • Plastic material can remain on the outside of the cover 2, which, however, is easily removed from the cushion 1 by means of compressed air

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Polsters (1) mit einer Hülle (2) aus einem luftdichten Hüllenmaterial und einem in der Hülle (2) angeordneten, nachgiebigen, polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper (3), der mit der Hülle (2) stofflich verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: Beschichten eines ersten Formnests (6') eines Formwerkzeugs (6) mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer ersten Hüllenschale (2' ), Beschichten eines zweiten Formnests (6'') des Formwerkzeugs (6) mit dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer zweiten Hüllenschale (2' ' ), Einlegen eines vorproduzierten Füllkörpers (3) in die im ersten Formnest (6') befindliche 'erste Hüllenschale (2') Zusammenfügen der im ersten Formnest (6') und im zweiten Formnest (6'') befindlichen ersten und zweiten Hüllenschalen (2', 2'') vor dem Aushärten oder Ausreagieren des Kunststoffmaterials.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Polsters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polsters mit einer Hülle aus einem luftdichten Hüllenmaterial und einem in der Hülle angeordneten, nachgiebigen,
polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper sowie einen entsprechenden Polster.
Ein Polster ähnlich der eingangs genannten Art ist
beispielsweise in der WO 2016/000005 Al beschrieben und dient als taktiler Sicherheits-Sensor zum Schutz von Personen und ortsfesten oder autonom bewegten Hindernissen vor ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten, insbesondere
Industrierobotern, wie z.B. Fertigungs-, Transport-,
Inspektions- oder Servicerobotern und ihren Manipulatoren. Zur Kollisionserkennung wird der Sicherheits-Sensor oder eine Mehrzahl solcher Sicherheits-Sensoren bzw. Polster am
Handhabungsgerät und/oder an deren Manipulatoren angebracht. Der in der WO 2016/000005 Al beschriebene Sicherheits-Sensor umfasst im Wesentlichen eine luftdichte Hülle, die eine gas- oder luftgefüllte Kammer umschließt, und einen innenliegenden barometrischen Drucksensor.
Die Form der Hülle wird durch eine nachgiebige Stützstruktur bzw. einen Füllkörper gehalten, wobei der Füllkörper und die Hülle gemeinsam den Körper des Sensors bzw. Polsters bilden. Der Füllkörper sorgt hierbei für Formstabilität und eine mechanische Dämpfung der bei einer Kollision einwirkenden Kräfte. Eine Berührung des Sensors führt zu einer Verformung der Hülle, wobei die Hülle jedoch an von der Stelle der
Berührung unterschiedlichen Stellen nicht ausweichen kann, da der Füllkörper mit der Hülle stofflich verbunden ist. Daraus folgt ein messbarer Druckanstieg im Inneren der Hülle. Ein Druckanstieg über einen gewissen Schwellwert führt zum Anhalten des zu sichernden Handhabungsgeräts, auf dessen Oberfläche der Sensor befestigt ist.
Während Polster bzw. Sicherheits-Sensoren der soeben
beschriebenen Art schon kommerziellen Einsatz finden, stellt deren überaus aufwendige Herstellung mittlerweile ein
Hauptproblem bei der weiteren und vor allem kostengünstigen Verbreitung und Anwendung dar. Wie bereits erwähnt, ist es nämlich von essentieller Bedeutung, dass die Hülle und der Füllkörper in stofflicher und/oder formschlüssiger Verbindung miteinander stehen, da ohne diesen Umstand die Hülle bei
Berührung oder Kompression an einer von der Stelle der
Berührung unterschiedlichen Stelle ausweichen könnte, wodurch es nicht zu dem für das Erkennen einer Kollision notwendigen Druckanstieg im Polster kommen würde.
Um die stoffliche und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Hülle und dem Füllkörper zu erzielen, wurden die Polster der eingangs genannten Art bisher mittels 3D-Druckverfahren hergestellt, bei denen die Hülle und an die Hülle anschließend und mit dieser verbunden der Füllkörper Schicht für Schicht gedruckt wurden. Dies ist sehr zeitaufwendig und kostenintensiv und es steht zu befürchten, dass der Bedarf an Sicherheits- Sensoren zum Schutz von Personen und ortsfesten oder autonom bewegten Hindernissen vor ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten, insbesondere Industrierobotern, wie z.B. Fertigungs-, Transport-, Inspektions- oder Servicerobotern und ihren Manipulatoren mit derartig hergestellten Polstern
langfristig nicht sinnvoll gedeckt werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem die Herstellung von Polstern bzw. Sicherheits-Sensoren mittels 3D-Druckverfahren durch ein schnelleres, kostengünstigeres, gleichzeitig aber zuverlässiges Herstellungsverfahren ersetzt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren zur Herstellung eines Polsters mit einer Hülle aus einem luftdichten
Hüllenmaterial und einem in der Hülle angeordneten,
nachgiebigen, polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper, der mit der Hülle stofflich und/oder formschlüssig verbunden ist, erfindungsgemäß durch zumindest die folgenden Schritte
gekennzeichnet :
Beschichten eines ersten Formnests eines ersten Formwerkzeugs mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer ersten Hüllenschale, Beschichten eines zweiten Formnests eines zweiten Formwerkzeugs mit dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer zweiten Hüllenschale, Einlegen eines vorproduzierten Füllkörpers in die im ersten Formnest befindliche erste Hüllenschale,
Zusammenfügen der im ersten Formnest und im zweiten Formnest befindlichen ersten und zweiten Hüllenschalen vor dem Aushärten oder Ausreagieren des Kunststoffmaterials.
Dadurch, dass die Hülle in Form zweier Hüllenschalen in
Formwerkzeugen durch Beschichten der Formnester mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial gebildet werden und ein fertig produzierter Füllkörper vor dem Zusammensetzen der zwei Halbschalen eingelegt wird, gelingt die Produktion in kurzer Zeit mit relativ geringem apparativen Aufwand. Gleichzeitig wird dadurch, dass der Füllkörper
zeitlich vor dem Aushärten des aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterials eingesetzt wird und das Kunststoffmaterial diesen an seiner gesamten Oberfläche durchdringen und erst in der Folge aushärten kann, eine feste stoffliche Verbindung zwischen dem bevorzugt elastischen
Hüllenmaterial und dem Füllkörper gebildet, die eine
unerwünschte Verformung des Polsters an einer von der Stelle der Berührung oder Kollision unterschiedlichen Stelle
verhindert .
Der Füllkörper kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit relativ einfachen und erprobten Verfahren hergestellt werden, da noch keine luftdichte Hülle an der Außenseite des
Füllkörpers gebildet werden muss. So können die Füllkörper beispielsweise als offenporige Schäume und Hartschäume
geschäumt oder aus offenporigem Schaum warmgeformt oder aus einem dreidimensionalen Gewirk zugeschnitten und in Massen zur Verfügung gestellt werden. Es ist auch möglich, den Schaum unmittelbar vor dem Einlegen zu schäumen, zurecht zu schneiden oder umzuformen.
Wesentlich ist, dass der nachgiebige Füllkörper polydirektional luftdurchlässig ist, um bei einer Kollision einen gleichmäßigen Druckanstieg im Polster unabhängig von der Stelle der Berührung zu gewährleisten. Der auf diese Weise geeignete Füllkörper wird dann in die noch nicht ausgehärtete Hüllenschale eingebracht, und mit der zweiten Hüllenschale abgedeckt. Das aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial dringt bis zu einem gewissen Grad in die Porosität oder in das Gewirk ein und verbindet sich stofflich und/oder formschlüssig mit dem
Füllkörper .
Das erfindungsgemäße Verfahren greift auf bekannte, durch
Polymerisation aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige
Kunststoffmaterialien bzw. -Systeme zurück und ist daher chemisch gut beherrschbar. Das Beschichten und Aushärten erfolgt innerhalb einiger Minuten, sodass eine hohe
Taktfrequenz bei der Herstellung von Polstern für die eingangs genannte Anwendung ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird das Beschichten des ersten Formnests und des zweiten Formnests mit dem Kunststoffmaterial mittels
Hochdrucksprühen bewerkstelligt. Hochdrucksprühen gestattet das gleichmäßige Aufbringen von Schichten des genannten
aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen fähigen
Kunststoffmaterials auf die Oberfläche des Formnests eines Formwerkzeug, wobei das aushärtbare, fließ- und/oder
sprühfähige Kunststoffmaterial anfangs weich ist und gerade genügend Zeit verbleibt, um den Füllkörper einzubringen bzw. einzulegen und die zweite Hüllenschale, die ebenfalls noch nicht ausgehärtet ist, aufzusetzen.
Bevorzugt wird als Kunststoffmaterial Polyurethan eingesetzt. Polymerisationssysteme auf Urethan-Basis zeichnen sich durch geringe Kosten und eine geringe Giftigkeit aus und lassen sich einfach bereitstellen und auf die Formnester aufbringen.
Insbesondere ist es möglich, Urethane durch Hochdrucksprühen auf die Formnester aufzubringen, sodass es mit der vorliegenden Erfindung möglich wird, Hüllen bzw. Hüllenschalen mit
gleichmäßiger Dicke und konstanter Qualität herzustellen.
Zum Einbringen des Füllkörpers in die Hüllenschale ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung vorgesehen, dass der Füllkörper beim Einlegen in die erste Hüllenschale mit einem Formwerkzeug für den Füllkörper in eine der Hüllenschalen gedrückt wird. Dies bedeutet, dass der
Füllkörper am Ort der Produktion der Hülle bzw. der Hüllenschalen in einem Formwerkzeug hergestellt wird und das Formwerkzeug für den Füllkörper gleichzeitig als Werkzeug zum Einlegen des Füllkörpers in die Hüllenschale verwendet wird.
Der Füllkörper kann jedoch auch mit einem eigens dafür
vorgesehenen Werkzeug in einer der Hüllenschalen gedrückt werden. Das Formwerkzeug für den Füllkörper kann hierbei bevorzugt von einem ortsfesten oder autonom bewegten
Handhabungsgerät, insbesondere einem Industrieroboter, wie z.B. einem Fertigungsroboter bewegt werden, um den Füllkörper in die erste Hüllenschale einzusetzen. Der Füllkörper wird gerade soweit in das noch nicht ausgehärtete Kunststoffmaterial der ersten Hüllenschale gedrückt, um das Eindringen des
Kunststoffmaterials in die äußersten Bereiche des Füllkörpers zu gewährleisten, wobei jedoch die Schichtdicke des
Kunststoffmaterials im Formnest und der Anpressdruck des
Füllkörpers in das noch nicht ausgehärtete Kunststoffmaterial so gewählt sind, dass der Füllkörper keinesfalls mit dem noch nicht ausgehärteten Kunststoffmaterial getränkt und seine polydirektionale Luftdurchlässigkeit dadurch beeinträchtigt wird .
Wie bereits erwähnt, ist ein Polster bzw. Luftpolster zur
Anwendung als Sicherheits-Sensor bei ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten bzw. Robotern zumindest mit einem im Inneren der Hülle angeordneten Drucksensor und einer
entsprechenden Auswertelektronik ausgestattet, um eine
Berührung bzw. Kollision detektieren und ein entsprechendes Steuerungssignal ausgeben zu können. Der Polster bzw. der
Sicherheits-Sensor muss daher über entsprechende Einbauten verfügen. Während diese Einbauten bei der WO 2016/000005 Al noch in einer Basisschale aus Kunststoff (Bezugszeichen 12 in Fig. 1 der WO 2016/000005 Al) aufgenommen waren, ist man in der Zwischenzeit dazu übergegangen, diese Einbauten direkt in die flexible Hülle des Polsters bzw. Sicherheits-Sensors zu integrieren, d.h. entsprechende Einbauteile bzw. Gehäuseteile für elektronische Einrichtungen direkt mit der Hülle
herzustellen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann dies auf besonders vorteilhafte Weise gelöst werden, wenn vor dem Beschichten des ersten Formnests mit dem Kunststoffmaterial zumindest ein vorgefertigter Einlegeteil in dem Formwerkzeug platziert wird, um den genannten zumindest einen Einlegeteil beim Beschichten in die Hüllenschale einzubetten, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung entspricht. Die Einlegeteile können on-site hergestellt oder von einem Zulieferer bereitgestellt werden und sind in der Art ihrer Herstellung unabhängig vom erfindungsgemäßen Verfahren, solange sie eine stoffliche und/oder formschlüssige Verbindung mit dem gewählten Kunststoffmaterial der Hülle nicht vereiteln.
Bevorzugt wird als der zumindest eine Einlegeteil ein Gehäuse oder Trägerteil für Elektronikbauteile, ein mechanisches
Verbindungs- und/oder Befestigungselement und/oder eine
Kabelklemme eingebettet.
Um eine luftdichte und mechanisch dauerhaft belastbare
Verbindung des zumindest einen Einlegeteils mit der Hülle zu gewährleisten, weist der zumindest eine Einlegeteil eine flächigen Befestigungsbereich auf, der von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial durchsetzt wird, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung entspricht. Der Befestigungsbereich kann zu diesem Zweck eine poröse oder netzartige Struktur aufweisen, die von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial durchsetzt werden kann, wobei es entweder zu einer stofflichen Verbindung zwischen dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial kommt oder wobei der Einlegeteil formschlüssig von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial festgehalten wird oder wobei beide Arten der Verbindung, stofflich und formschlüssig, erzielt werden.
Die Integration des zumindest einen Einlegeteils gelingt dann am besten, wenn der zumindest eine Einlegeteil einen
Dichtbereich aufweist, der bezüglich des Befestigungsbereichs erhaben ist und das aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial den Befestigungsbereich bis zum Niveau des Dichtbereichs durchsetzt.
Um die Integration des zumindest einen Einlegeteils weiter zu verbessern und um insbesondere eine stoffliche Verbindung zwischen dem bevorzugt elastischen Hüllenmaterial und dem zumindest einen Einlegeteil zu fördern, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
vorgesehen, dass der zumindest eine Einlegeteil vor dem
Beschichten zumindest einem Verfahren ausgewählt aus Erhitzen, Flammen und Plasmabehandeln unterworfen wird. Dies dient dazu, die Oberfläche insbesondere des Dichtbereichs des zumindest einen Einlegeteils einer stofflichen Verbindung mit dem
Hüllenmaterial zugänglicher zu machen, was insbesondere bei der Verwendung von Thermoplasten als aushärtbares, fließ- und/oder sprühfähiges Kunststoffmaterial bei der Herstellung der Hülle unmittelbar nachvollziehbar wird. Die genannten Behandlungen der Einlegeteile erweisen sich jedoch auch bei der bevorzugten Wahl von Polyurethan als aushärtbares, fließ- und/oder
sprühfähiges Kunststoffmaterial als vorteilhaft, was
insbesondere für die Plasmabehandlung gilt.
Um ein Verrutschen der Einlegeteile beim Beschichten der
Formnester mit dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial zu verhindern, ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass die
Einlegeteile vor dem Beschichten durch die Wirkung von
Unterdrück an ihrem Platz gehalten werden. Die Einlegeteile können hierfür spezifisch ausgeformt sein, sodass der
Unterdrück leicht aufgebaut und gehalten werden kann, bis das Kunststoffmaterial ausgehärtet ist und die Einlegeteile fest in der Hülle verankert sind. Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend weitergebildet sein, dass die
Einlegeteile zumindest teilweise aus Metall bestehen und vor dem Beschichten durch die Wirkung von Magneten, insbesondere Elektromagneten an ihrem Platz gehalten werden.
Bevorzugt wird der Unterdrück durch das Formwerkzeug
durchsetzende Unterdruckleitungen gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials eine Naht aus überschüssigem Kunststoffmaterial mittels Druckluft vom Polster abgetrennt.
Der erfindungsgemäße Polster mit einer Hülle aus einem
luftdichten Hüllenmaterial und einem in der Hülle angeordneten, nachgiebigen, polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper, wobei der Füllkörper stofflich mit der Hülle verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle durch Beschichten eines Formnests eines Formwerkzeugs mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial hergestellt ist. Der erfindungsgemäße Polster bzw. Sicherheits-Sensor zum Schutz von Personen und ortsfesten oder autonom bewegten Hindernissen vor ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten,
insbesondere Industrierobotern, wie z.B. Fertigungs-,
Transport-, Inspektions- oder Servicerobotern und ihren Manipulatoren ist dadurch in Massenproduktion herstellbar und kann kostengünstig angeboten werden.
Bevorzugt besteht die Hülle aus Polyurethan. Polyurethane zeichnen sich durch geringe Kosten aus und ermöglichen die Herstellung von Hüllen bzw. Hüllenschalen mit gleichmäßiger Dicke und konstanter Qualität.
Wie bereits erwähnt, ist ein Polster bzw. Luftpolster zur Anwendung als Sicherheits-Sensor bei ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten bzw. Robotern zumindest mit einem Drucksensor und einer entsprechenden Auswertelektronik
ausgestattet, um eine Berührung bzw. Kollision detektieren und ein entsprechendes Steuerungssignal ausgeben zu können. Der erfindungsgemäße Polster bzw. Sicherheitssensor ist daher dergestalt weitergebildet, dass zumindest ein Einlegeteil stofflich und/oder formschlüssig mit der Hülle verbunden ist, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Die Einlegeteile können on-site
hergestellt oder von einem Zulieferer bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist der zumindest ein Einlegeteil ein Gehäuse- oder Trägerteil für Elektronikbauteile, ein mechanisches
Verbindungs- und/oder Befestigungselement und/oder eine
Kabelklemme .
Um eine luftdichte und mechanisch dauerhaft belastbare
Verbindung des zumindest einen Einlegeteils mit der Hülle zu gewährleisten, weist der zumindest eine Einlegeteil einen flächigen Befestigungsbereich auf, der von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial durchsetzt ist, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Der Befestigungsbereich hat zu diesem Zweck eine poröse oder netzartige Struktur, die von dem
aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial durchsetzt sein kann, wobei es entweder zu einer stofflichen Verbindung zwischen dem aushärtbaren, fließ- und/oder
sprühfähigen Kunststoffmaterial kommt oder wobei der
Einlegeteil formschlüssig von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial festgehalten wird oder wobei beide Arten der Verbindung, stofflich und formschlüssig, erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Polsters bzw. Sicherheits-Sensors, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird,
Fig. 2, eine schematische, auseinander gezogene
Darstellung der erfindungswesentlichen Teile in ihrer relativen Lage beim erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 eine schematische, zusammengesetzte Darstellung der erfindungswesentlichen Teile in ihrer relativen Lage beim erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 4 eine Darstellung eines Einlegeteils
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Einbettens eines Einlegeteils in eine Hüllenschale,
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Illustration, wie der Füllkörper beim Einlegen in die erste Hüllenschale gedrückt wird, und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Abtrennens einer Naht aus überschüssigem Kunststoffmaterial.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugs Zeichen 1 ein erfindungsgemäßer Polster bezeichnet, der im Wesentlichen aus einer luftdichten Hülle 2 und einem mit der luftdichten Hülle 2 stofflich und/oder formschlüssig verbundenen Füllkörper 3 besteht. Der nachgiebige Füllkörper ist polydirektional luftdurchlässig, d.h. er gestattet die rasche Ausbreitung von Druckunterschieden bzw. Druckwellen im gesamten Polster 1, um eine Verformung der Hülle 2 in Folge einer Berührung bzw. Kollision mit einem
Gegenstand als Druckanstieg an einem entsprechenden Drucksensor bzw. einer Auswerteelektronik 4 detektierbar und als
Steuersignal für ein ortsfestes oder autonom bewegtes
Handhabungsgerät, insbesondere Industrieroboter, wie z.B. einen Fertigungs-, Transport-, Inspektions- oder Serviceroboter nutzbar zu machen. Der Füllkörper 3 ist zum effektiven Aufbau einer auswertbaren Druckänderung in Folge einer Berührung oder Kollision nötig, um ein Ausweichen der Hülle 2 an anderer
Stelle zu verhindern, indem der Füllkörper die Hülle vor allem im Sinne einer Zugkraft nach innen stabilisiert, wie dies durch die an der Hülle entspringenden, nach innen ragenden Pfeile in der Fig. 1 versinnbildlicht wird. Außen an der Hülle 2 sind Einlegeteile 5 erkennbar, die in die Hülle 2 eingebettet sind. Ein Einlegeteil 5 ist beispielsweise als Befestigungselement 5' oder und als Kabelklemme 5' ' ausgestaltet, um den Polster 1 an einem Roboter (nicht dargestellt) festzulegen bzw. um Kabel der Auswerteelektronik 4 oder des Roboters aufzunehmen und zu führen. Auch der Drucksensor 4 ist in Form eines Einlegeteils in Form eines Gehäuseteils 5 in die Hülle eingebettet.
In Fig. 2 ist nun das Verfahren zur Herstellung eines Polsters 1 mit einer Hülle 2 aus einem luftdichten und bevorzugt
elastischen Hüllenmaterial und einem in der Hülle 2
angeordneten, nachgiebigen, polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper 3, der mit der Hülle 2 stofflich verbunden ist, dargestellt. Die Hülle 2 wird in Form einer ersten Hüllenschale 2' und einer zweiten Hüllenschale 2'' durch Beschichten eines ersten Formnests 6' und eines zweiten Formnests 6' ' eines zweiteiligen Formwerkzeugs 6 mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial, bevorzugt Polyurethan hergestellt. Zeitlich vor dem Aushärten des fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterials wird der vorgefertigte
Füllkörper 3 in die im ersten Formnest befindliche erste
Hüllenschale 2' eingelegt. Eingebettet in die erste
Hüllenschale 2' sind Einlegeteile 5, die vom Kunststoffmaterial durchsetzt und dadurch stofflich und/oder formschlüssig
festgelegt sind. Der Füllkörper 3 benötigt bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren noch keine luftdichte Hülle an seiner Außenseite, wodurch der Füllkörper 3 beispielsweise als offenporiger Schaum und Hartschaum geschäumt oder aus einem dreidimensionalen Gewirk zugeschnitten werden kann.
In Fig. 3 ist das Verfahrensstadium dargestellt, in welchem die im ersten Formnest 6' und die im zweiten Formnest 6' '
befindliche erste Hüllenschale 2' und zweite Hüllenschale 2'' vor dem Aushärten des Kunststoffmaterials zusammengefügt werden, um den Füllkörper 3 zu umgeben und sich mit diesem stofflich und/oder formschlüssig zu verbinden. Das
Kunststoffmaterial härtet nun aus und es wird eine stabile und dauerhafte Verbindung zwischen der Hülle 2 und dem Füllkörper 3 sowie zwischen der Hülle 2 und den Einlegeteilen 5 geschaffen, die schon beim Beschichten der Formnester 6' und 6' ' mittels Unterdruckleitungen 7 festgehalten wurden.
In Fig. 4 ist gezeigt, dass ein Einlegeteil 5 einen
Befestigungsbereich 8 und einen Dichtbereich 9 aufweist, der bezüglich des Befestigungsbereichs 8 erhaben ist, wobei das aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial den Befestigungsbereich 8 bis zum Niveau des Dichtbereichs 9 durchsetzt .
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Einlegeteil 5 vor dem
Beschichten durch die Wirkung von Unterdrück an seinem Platz gehalten, um eine Verrutschen des Einlegeteils 5 beim
Beschichten der Formnester mit dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial zu verhindern. Das Einlegeteile 5 ist hierfür mit seinem Dichtbereich 9 spezifisch ausgeformt, sodass der Unterdrück leicht aufgebaut und gehalten werden kann, bis das Kunststoffmaterial ausgehärtet ist und das Einlegeteil 5 fest in der Hülle 2 verankert sind.
Fig. 6 illustriert, wie der Füllkörper 3 beim Einlegen in die erste Hüllenschale 2' gedrückt wird, welche Hüllenschale 2 zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgehärtet ist. Das fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial dringt hierbei in die äußersten Bereiche des Füllkörpers 3 ein und gestattet dadurch vor allem eine formschlüssige Verbindung zwischen der Hülle 2 und dem Füllkörper 3. Der Füllkörper 3 wird beim Einlegen in die erste Hüllenschale 2 mit einem Formwerkzeug 3' für den Füllkörper 3 in die noch nicht ausgehärtete Hüllenschale 2 gedrückt, um eine definierte Eindringtiefe t in das
aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial zu gewährleisten .
Fig. 7 macht nachvollziehbar, dass nach dem Aushärten des
Kunststoffmaterials eine Naht 10 aus überschüssigem
Kunststoffmaterial an der Außenseite der Hülle 2 verbleiben kann, die jedoch leicht mittels Druckluft vom Polster 1
abgetrennt werden kann.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines Polsters (1) mit einer Hülle (2) aus einem luftdichten Hüllenmaterial und einem in der Hülle (2) angeordneten, nachgiebigen, polydirektional
luftdurchlässigen Füllkörper (3), der mit der Hülle (2)
stofflich verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
Beschichten eines ersten Formnests (6') eines Formwerkzeugs (6) mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer ersten Hüllenschale (2' ) ,
Beschichten eines zweiten Formnests (6f/) des Formwerkzeugs (6) mit dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial zur Ausbildung einer zweiten Hüllenschale (2" ) ,
Einlegen eines vorproduzierten Füllkörpers (3) in die im ersten Formnest (6') befindliche erste Hüllenschale (2'),
Zusammenfügen der im ersten Formnest (6') und im zweiten
Formnest (6'') befindlichen ersten und zweiten Hüllenschalen (2', 2'') vor dem Aushärten oder Ausreagieren des
Kunststoffmaterials .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beschichten des ersten Formnests (6') und des zweiten Formnests (6'') mit dem Kunststoffmaterial mittels Hochdrucksprühen bewerkstelligt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als
Kunststoffmaterial Polyurethan eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Füllkörper (3) beim Einlegen in die erste Hüllenschale (2' ) mit einem Formwerkzeug (3') für den Füllkörper (3) in eine der Hüllenschalen (2', 2' ' ) gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei vor dem Beschichten des ersten Formnests (6') mit dem
Kunststoffmaterial zumindest ein vorgefertigter Einlegeteil (5) in dem Formwerkzeug (6) platziert wird, um den genannten zumindest einen Einlegeteil (5) beim Beschichten in die
Hüllenschale (2') einzubetten.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als der zumindest eine Einlegeteil (5) ein Gehäuse- oder Trägerteil (5''') für
Elektronikbauteile, ein mechanisches Verbindungs- und/oder Befestigungselement (5'') und/oder eine Kabelklemme (5') eingebettet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der zumindest eine Einlegeteil (5) einen flächigen Befestigungsbereich (8)
aufweist, der von dem aushärtbaren, fließ- und/oder
sprühfähigen Kunststoffmaterial durchsetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei der zumindest eine Einlegeteil (5) einen Dichtbereich (9) aufweist, der bezüglich des Befestigungsbereichs (8) erhaben ist und das aushärtbare, fließ- und/oder sprühfähige Kunststoffmaterial den Befestigungsbereich (8) bis zum Niveau des Dichtbereichs (9) durchsetzt .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der zumindest eine Einlegeteil (5) vor dem Beschichten zumindest einem Verfahren ausgewählt aus Erhitzen, Flämmen und
Plasmabehandeln unterworfen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Einlegeteile (5) vor dem Beschichten durch die Wirkung von Unterdrück an ihrem Platz 'gehalten werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Unterdrück durch das Formwerkzeug (6) durchsetzende Unterdruckleitungen (7) gebildet wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials eine Naht (10) aus überschüssigem Kunststoffmaterial mittels Druckluft vom Polster (1) abgetrennt wird.
13. Polster (1) mit einer Hülle (2) aus einem luftdichten
Hüllenmaterial und einem in der Hülle (2) angeordneten,
nachgiebigen, polydirektional luftdurchlässigen Füllkörper (3), wobei der Füllkörper (3) stofflich mit der Hülle (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (2) durch
Beschichten eines Formnests (6f, 6'') eines Formwerkzeugs (6) mit einem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen
Kunststoffmaterial hergestellt ist.
14. Polster nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (2) aus Polyurethan besteht.
15. Polster nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Einlegeteil (5) stofflich und/oder
formschlüssig mit der Hülle (2) verbunden ist.
16. Polster nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einlegeteil (5) ein Gehäuse- oder Trägerteil (5''') für Elektronikbauteile, ein mechanisches Verbindungs und/oder Befestigungselement (5'') und/oder eine Kabelklemme ( 5 ) ist .
17. Polster nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einlegeteil (5) einen flächigen
Befestigungsbereich (8) aufweist, der von dem aushärtbaren, fließ- und/oder sprühfähigen Kunststoffmaterial durchsetzt ist.
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