WO2015052291A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines formteils mit faserverstärktem träger und beidseitig angespritzten funktionselementen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for producing a molded part with a fiber-reinforced carrier and at least one associated plastic
- Vehicle interiors is suitable.
- stiffening ribs, fasteners and the like is typically done by sticking or
- Manufacturing process is the direct injection molding of a decor.
- compressed support parts are the steps
- Pressing the carrier mat and spraying the functional elements and connecting the functional elements with the compressed Carrier usually performed in different steps and different tools.
- DE 10 2004 054 228 A1 describes a method and an apparatus for producing a molded part, wherein in a first step a natural fiber-containing blank is heated, then a molded part is produced from the blank by compressing two mold elements and then a functional part by injection molding a plastic melt is molded onto the molded part, wherein before the molding of the plastic melt, a cavity is formed on the molded part. These steps are performed in a device. A comparable method and a comparable device are described in DE 692 22 130 T2.
- Synthetic material parts molded onto the natural fiber mat.
- DE 10 2011 005 350 AI An improvement in the integration between natural fiber mat and functional elements is described in DE 10 2011 005 350 AI, which serves as a starting point for the technical development set forth here.
- the device of DE 10 2011 005 350 AI has two tool components which are movable relative to one another. In an open state of the tool components, a fiber-reinforced mat can be inserted, which is compressed by pressing and solidified when closing. In one of the two tool components, a nozzle is provided, is acted upon by the liquid plastic on the inserted mat, that the
- the problem is the attachment of functional elements on the nozzle side of the fiber-reinforced mat and on both sides of the mat.
- An object of the invention is to improve the integration of a pressed, fiber-reinforced carrier with plastic-mounted attachments for the production of a molded part, in particular to enable the two-sided forming one or more attachments under optimized manufacturing processes.
- the tool according to the invention combines the properties of a pressing and injection molding tool.
- Reinforcement elements, etc. takes place in a plant.
- the device for producing a molded part with a fiber-reinforced carrier and at least two associated, plastic-containing add-on parts at least two tool components. At least one tool component is movable relative to the other. Both tool components each have an embossing surface, between which a fiber-reinforced mat can be inserted. In an open state of the device, a fiber-reinforced mat can be inserted, which forms a closing when the mold components of the mat are closed Give three-dimensional contour and compress and solidify them by pressure. In one of the two
- Tool components which is referred to here as a second tool component, at least one nozzle is provided by the liquid plastic on the inserted mat so
- Tool component is called is formed.
- at least one nozzle-side cavity is formed in the second tool component, which overlaps in a cross-section perpendicular to the inserted mat at least partially with the nozzle-side cavity and thus an overlap region is formed.
- the nozzle is preferably arranged outside the nozzle-side cavity.
- Nozzle-side cavity in the first tool component is not required. Since the penetration of the plastic of the mat for filling the cavities residues of the plastic remain within the mat, can be created by the repeated penetration of the liquefied plastic of the mat after solidifying attachments, which have a particularly strong connection with the fiber-reinforced carrier without this Adhesives or others
- Adhesion promoters must be used.
- the first tool component preferably has no nozzle. It is important that at least one
- nozzle side and a nozzle off-side cavity are present, which are both filled with plastic from only one nozzle.
- the mat does not necessarily have to be weakened separately as this is automatically done by the pressurized
- the nozzle-side and nozzle-side cavity correspond to the shape of one or more attachments, such as functional elements, such as a reinforcing rib or a fastening part.
- controllable nozzle the amount of melt and the pressure can be regulated. Compared to the pressing of the carrier and subsequent attachment of functional elements reduce the number of tools, production equipment and thus the manufacturing cost. In comparison to one
- Injection-molded carrier with functional elements reduces the weight.
- the plastic structure which is formed by the respective cavity, it may be an attachment or more attachments; the distinction is also determined by the intended functionality of the plastic part or plastic parts.
- Plastic melt can be made through the pressed, partially pressed or unpressed mat.
- Carrier is significantly improved as the sprayed
- Plastic forms a compound with the polymer of the preferably heated mat. Furthermore, a mechanical connection, a kind of mechanical engagement, is formed along the entire thickness of the sprayed area of the mat, which also improves integration.
- the fiber mat remains vacuum-capable in the surrounding areas for a possible subsequent laminating process.
- both the nozzle-side and the nozzle-side cavity can be filled according to the invention become. This allows additional design freedom of attachments with very little additional
- the mat at the junctions between the two cavities does not need to be opened / cleared in advance in a separate operation, as this is due to the pressurized melt in the process
- the cavity which is arranged in the flow direction of the liquefied plastic, after the overlap region, a dimension perpendicular to the embossing surface, which is greater than at least one dimension parallel to the embossing surface in the same region. Since the plastic is introduced into the cavities under high pressure, it can not be avoided that the mat at least partially presses into the cavity. Especially in the overlap area there is a risk that the introduced under high pressure liquefied plastic does not mat
- Overlap is arranged perpendicular to the embossing surface are always larger than at least one dimension parallel to the embossing surface can be ensured that due to the inherent rigidity of the mat, the fiber material penetrates only a part of the cavity and the risk of
- Overlap area can be built by the liquefied plastic, so that the plastic can easily penetrate the mat.
- the cavity, which is arranged in the flow direction of the liquefied plastic after the overlap region in the penetration region has a dimension perpendicular to the embossing surface of at least 5 millimeters and a dimension parallel to the embossing surface of 2 to 3
- the embossing surface of the first and / or second tool component has elevations in the edge region of the cavities.
- the elevations have a height of 5 to 10 millimeters.
- the ejector can hereby
- the second tool component has a nozzle, the production cost of the tool components is significantly lower than conventional tool components, since the nozzle and the ejector to split the two tool components and thus the complexity of the individual
- the fiber-reinforced carrier has a thickness of 1 to 3, more preferably 1.5 to 2 millimeters.
- a carrier can be provided which has both sufficient inherent rigidity and a low level of rigidity
- the liquid plastic sufficiently penetrates the fiber-reinforced carrier and at the same time represents a stable base for the attachments to be produced.
- the mat is preheated, preferably to a temperature between 100 ° C and 300 ° C, in particular between 180 ° C and 220 ° C, either outside the tool or by means of an integrated heater in the tool.
- the heated mat is positioned between the open tool components and
- fixation can be done by means of a clamping frame, clamps or pins, etc.
- the device has at least one
- Cutting edge on which a contour cut or bleed of a breakthrough is performed may be formed so that a cut, for example, directly upon compression of the tool components takes place, or the cutting edge may be formed so that the fiber mat is impressed on the cutting edge a cutting contour for a subsequent trimming of the carrier.
- the at least one nozzle is a hot runner nozzle with a needle valve, through which the plastic is acted upon by pressure on the mat.
- the nozzle opening is closed by means of a needle.
- the needle may be pointed,
- the spray residue is pressed into the plastic part so that the surface of the fixture is given a clean "finish" and non-marking geometry by the needle system, and one or more controllable needle closures can control the melt flow and melt pressure.
- the needle of the nozzle penetrates into the mat, thereby facilitating the injection.
- the first tool component that is to say that tool component which has the nozzle-off-side cavity
- the second tool component that is to say the tool component which has the nozzle
- the provision and supply of the plastic can be accomplished more easily by the stationary tool component.
- the second and / or first tool component is formed with a plurality, preferably two or four, embossing surfaces on different sides.
- embossing surfaces on different sides. This can be realized on the one hand different embossed pattern modular, on the other hand, the additional embossing surfaces with
- one of the tool components which is referred to below as the middle tool component, be designed as a movable turning unit, so that a
- the middle tool component acts with two others
- Tool components preferably simultaneously together so that two mats can be pressed simultaneously and provided with attachments. It should be noted that at least one nozzle-side and one nozzle-side cavity are present, both of which are filled with plastic from only one nozzle.
- the middle tool component can be provided stationary and / or movable. The two others
- Tool components are designed so that both are movable or one of the two
- Tool components is movable.
- the middle one is the middle one
- Tool component designed as a movable turning unit.
- the turning unit is relative to the other two
- the middle tool component preferably becomes simultaneously on both sides
- the middle tool component can be both stationary
- the pressing of the mat and the integration of a first or a first group of attachments take place on one side of the device.
- the tool is closed and the method is carried out analogously to the above description. Subsequently, the
- the three tool components together form two units for pressing the mats and integrating attachments.
- At least the middle tool component and one of the two tool components are preferably provided movable, wherein the two outer tool components, thus also the outer, movable tool component, preferably each having a nozzle.
- the middle tool component is provided on both sides in each case at least with a nozzle-side cavity and no nozzle, the other tool components having at least one nozzle and one nozzle-side cavity.
- the injection of the plastic i. H. making the attachments, immediately after completing the closing of the tool and pressing the mat performed. In this way it can be ensured that the
- the fiber mat preferably has a thermoplastic matrix, in particular of plastic.
- the matrix can be made of PP, ABS, PC / ABS, PA,
- the fiber mat is preferably preheated to the extent that the melting temperature of the thermoplastic matrix is exceeded and this melts before the pressing process.
- the thermoplastic matrix ensures that the material produced from the fiber mat fiber-reinforced carrier part even after the pressing process maintains its shape and at the same time allows a penetration of the mat during the pressing process.
- the plastic is introduced into the cavities as long as the thermoplastic matrix is melted.
- thermoplastic matrix of the mat consist of the thermoplastic matrix of the mat and the liquefied plastic from the same plastic.
- Cohesive connection between the attachments and the fiber-reinforced carrier can be ensured.
- the plastic Since the plastic must penetrate the fiber mat several times to fill all the cavities, the plastic is preferably introduced a pressure of 30 000 kPa to 50 000 kPa in the cavities of the mold halves to a complete
- the plastic comprises a polymer, preferably PP, ABS, PC / ABS, PA, in particular, the polymer may be added to fillers and / or reinforcing materials, such as PP T20.
- a polymer preferably PP, ABS, PC / ABS, PA
- the polymer may be added to fillers and / or reinforcing materials, such as PP T20.
- the mat is a thermosetting or thermosetting fiber system comprising natural fibers, glass fibers, mineral fibers, synthetic fibers, cellulose fibers and / or carbon fibers and has a thickness of 8 to 15 before compression
- FIG. 1A schematically shows an apparatus for producing a molded part with two tool components in an opened state.
- FIG. 1B shows the device of FIG. 1A in one
- Figure 2A shows an apparatus for producing a
- FIG. 2B shows the device of FIG. 2A in one
- FIG. 3 shows an apparatus for producing a
- FIG. 4 shows a further apparatus for production
- FIG. 1A a movable, first tool component 10 and a stationary, second tool component 20 are shown.
- the two tool components 10, 20 are formed as mold elements with stamping surfaces 11 and 21 and have such a shape that when compressing the stamping surfaces 11 and 21 inserted between the stamping surfaces 11 and 21
- Fiber mat 30 the shape of the desired support element
- FIG. 1A the open state is shown, in which the fiber mat 30 is inserted.
- the stationary tool component 20 has a hot runner nozzle with a needle closure 22, which is suitable for pressurizing a hot plastic melt against the still non-pressed or already pressed mat 30 by means of pressure. If the application to the not yet pressed mat 30, so the tool has at least one further intermediate state in which the tool is indeed closed, but a compression of the mat is not yet, or takes place only in part.
- the nozzle 22 faces a nozzle-side cavity 12, so that after opening the needle of the closure of the nozzle 22, the hot,
- the nozzle-side cavity 12 in this case corresponds to the shape of the attachment.
- the nozzle-side cavity 12 may be in a replaceable or movable tool element 13
- Decorative element carrier or decorative elements can be produced.
- a nozzle-side cavity 24 is provided in the second tool component 20. If, after filling the nozzle-side cavity 12 further plastic is injected, the plastic penetrates the mat 30 again and gets into the
- the mat 30 is brought between the tool components 10 and 20 and optionally attached to one of the two tool components 10 and 20.
- the temperature of the mat 30 may be increased in advance or with a heater integrated into one or both of the tool components 10, 20.
- the tool components 10, 20 together and press the mat 30, as shown in Figure 1B.
- the fiber mat 30 may be previously perforated or otherwise perforated or permeable.
- the needle of the nozzle 22 may be retracted into the mat 30 to shorten the penetration path or to break through the mat 30
- pressurized melt takes place.
- the amount of melt and the pressure can be regulated.
- the surface receives a clean finish by the needle system, to obtain an optionally abgnacsbond geometry.
- the movable tool component 10 moves on.
- the cavities 12 and 24 overlap at least partially in cross section (seen perpendicular to the inserted mat 30). This is indicated in the figures by the fact that the nozzle-side cavity 12 has a portion 14 which is provided so that it partially overlaps with the nozzle-side cavity 24.
- Cavity 24 penetrate, but first flows into the
- Section 14 and then penetrates the mat 30 on the shortest path, i. perpendicular to their extent.
- thermoset or thermoset fiber mat system With the penetration of the injected plastic through the thermoset or thermoset fiber mat system, a firm connection, which is not only on a mechanical Schukrallung the solidified attachment with the
- the tool component 20 is designed as a turning unit 26 having two tool sides 25 for pressing and spraying.
- the two tool sides 25 each have an embossing surface 21 and 21 ', which may be identical or different.
- the embossing surfaces 21 and 21 ' interact with the
- the turning unit 26 is rotatable relative to the tool components 10 and 40.
- the single-stage process is similar to the manufacturing process already described, the device enabling simultaneous production of two moldings.
- Tool component 10 has the nozzle-side cavity 24.
- the tool component 40 may have a nozzle-side cavity.
- the turning ability of the turning unit 26 simplifies the insertion of the mats. After inserting two mats in the state of the device shown in Figure 2A, the turning unit rotates 90 degrees clockwise.
- Tool pages 25 are now facing the corresponding stamping surfaces 11 and 41 of the tool components 10 and 40.
- collapsing is performed on both sides of a compression, as shown in Figure 2B, whereby the fiber-reinforced carrier can be formed.
- plastic is injected through the nozzles 22 and 42 into the
- the turning unit rotates 90 degrees clockwise or counter-clockwise 90 degrees, after which the two molded parts can be removed.
- Turning unit 26 is rotated so that the newly inserted mat 30 'when closing the tool with the third
- Tool component 40 cooperates, while the second mat 30 when closing the tool with a first
- Tool component 50 interacts.
- the newly inserted mat 30 ' is pressed in analogy to the method shown in FIG. 1B and at least one attachment is injected, in which case the nozzle-side cavity 44 is provided in the tool component 40.
- the already pressed mat 30 is provided with a decorative layer 60, preferably a decorative film,
- the embossing surface 51 of the first tool component 50 interacts with the turning unit 26 in a suitable manner.
- the tool component 50 or 40 and one of the two halves 25 may be free of cavities and / or nozzles.
- the remaining procedures, pressing and integrating an attachment similar to the above description to Figures 1A and 1B from.
- FIG. 4 shows a further possible embodiment of the device according to the invention, in which a movable first tool component 10 and a stationary second tool component 20 are arranged opposite one another. Both tool components 10, 20 have an embossing surface 11, 21, wherein the first tool component 10 with their
- Tool component can be driven, that between the tool components 10, 20 inserted fiber mat 30 can be embossed and pressed between the embossing surfaces 11,21.
- the second tool component 20 includes a
- the first tool component 10 comprises two nozzle-side cavities 12, 43, which are spatially separated from one another. Both the nozzle-side cavity 24 and the nozzle-side cavities 12, 43 include
- a preheated fiber mat 30 is arranged between the two tool components 10, 20 in a method, not shown, and then the first tool component 10 is moved into the second tool component 20, so that the fiber mat 30 between the
- Embossed surfaces 11, 21 of the tool components 10, 20 is pressed. Immediately after the first tool component 10 moves into the second tool component 20 has completed, is liquefied via the nozzle 22
- Nozzle-side cavity 24 is introduced, so that the pressure of the plastic on the fiber mat 30, in particular in the
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Abstract
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem faserverstärkten Träger und mindestens einem damit verbundenen, Kunststoff aufweisenden Anbauteil, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste Werkzeugkomponenten (10) und eine zweite Werkzeugkomponente (20) aufweist, von denen zumindest eine relativ zur anderen verfahrbar ist, die Vorrichtung auf diese Weise zum Einlegen einer faserverstärkten Matte (30) zwischen jeweiligen Prägeflächen (11, 21) der beiden Werkzeugkomponenten (10, 20) geöffnet und zum unter Druck setzen und Verpressen der Matte (30) geschlossen werden kann, wodurch der faserverstärkte Träger hergestellt wird, und wobei die zweite Werkzeugkomponente (20) zumindest eine Düse (22) zum Zuführen verflüssigten Kunststoffes und die erste Werkzeugkomponente (10) zumindest eine düsenabseitige Kavität (12) zur Ausbildung des Anbauteils aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeugkomponente (20) wenigstens eine düsenseitige Kavität (24) aufweist, so dass das Anbauteil hergestellt und integriert werden kann, indem Kunststoff durch die Düse (22) und durch die Matte (30) in die düsenabseitige Kavität (12) und düsenseitige Kavität (24) eingebracht und darin verfestigt wird.
Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES FORMTEILS MIT FASERVERSTÄRKTEM TRÄGER UND BEIDSEITIG ANGESPRITZTEN
FUNKTIONSELEMENTEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem faserverstärkten Träger und mindestens einem damit verbundenen, Kunststoff
aufweisenden Anbauteil, wobei das Formteil insbesondere zur Verwendung oder Weiterverarbeitung als Dekorteil in
Fahrzeuginnenräumen geeignet ist.
Stand der Technik
Bisher werden Träger für Dekorteile, beispielsweise für die Türinnenverkleidungen, Türmittelfelder, Mittelkonsolen, Instrumententafeln usw. im Spritzgussverfahren oder mittels Pressen von thermo-/duroplastischen Naturfasermattensystemen hergestellt. Die Verbindung mit Funktionselementen,
beispielsweise Versteifungsrippen, Befestigungsmitteln und dergleichen, erfolgt typischerweise über Aufkleben oder
Anschweißen der Kunststoffteile . Abschließend werden diese Träger mit Dekoren kaschiert. Ein weiteres
Herstellungsverfahren stellt das direkte Hinterspritzen eines Dekors dar. Im Falle verpresster Trägerteile werden die Arbeitsschritte
Verpressen der Trägermatte und Spritzen der Funktionselemente und Verbinden der Funktionselemente mit dem verpressten
Träger üblicherweise in unterschiedlichen Arbeitsschritten und unterschiedlichen Werkzeugen ausgeführt.
Die DE 10 2004 054 228 AI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils, wobei in einem ersten Schritt ein Naturfaser aufweisender Rohling erwärmt wird, dann ein Formteil aus dem Rohling durch Zusammenpressen zweier Formelemente hergestellt wird und anschließend ein Funktionsteil durch Anspritzen einer Kunststoffschmelze an das Formteil angeformt wird, wobei vor dem Anspritzen der Kunststoffschmelze eine Kavität am Formteil gebildet wird. Diese Schritte werden in einer Vorrichtung ausgeführt. Ein vergleichbares Verfahren und eine vergleichbare Vorrichtung sind in der DE 692 22 130 T2 beschrieben.
In beiden Fällen werden die Funktionselemente oder
KunstStoffteile an die Naturfasermatte angespritzt. Eine verbesserte Integration der gepressten Matte und der
Funktionsteile erfordert weitere Arbeitsschritte und weitere Vorrichtungen.
Eine Verbesserung der Integration zwischen Naturfasermatte und Funktionselementen ist in der DE 10 2011 005 350 AI beschrieben, die als Ausgangspunkt der hier dargelegten technischen Weiterentwicklung dient. Die Vorrichtung der DE 10 2011 005 350 AI weist zwei Werkzeugkomponenten auf, die gegeneinander verfahrbar sind. In einem geöffneten Zustand der Werkzeugkomponenten lässt sich eine faserverstärkte Matte einlegen, die beim Schließen mittels Druck verpresst und verfestigt wird. In einer der beiden Werkzeugkomponenten ist eine Düse vorgesehen, durch die flüssiger Kunststoff so auf die eingelegte Matte beaufschlagt wird, dass die
Kunststoffschmelze die eingelegte Matte durchdringt und auf der gegenüberliegenden Seite in eine Kavität gelangt, die in der anderen Werkzeugkomponente ausgebildet ist.
Problematisch ist das Anbringen von Funktionselementen auf der düsenseitigen Seite der faserverstärkten Matte und auf beiden Seiten der Matte. Darüber hinaus besteht generell das Bestreben nach einer noch besseren und haltbareren Verbindung der Anbauelemente mit der Matte.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Integration eines gepressten, faserverstärkten Trägers mit Kunststoff aufweisenden Anbauteilen zur Herstellung eines Formteils zu verbessern, insbesondere das beidseitige Ausbilden eines oder mehrerer Anbauteile unter optimierten Herstellungsprozessen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 9 gelöst. Das erfindungsgemäße Werkzeug kombiniert die Eigenschaften eines Press- und Spritzgusswerkzeugs. Die Herstellung eines Dekorteilträgers, beispielsweise eines Trägers für die
Türinnenverkleidung mit einer thermo- oder duroplastischen, faserverstärkten Matte als Grundträger und beidseitig vorgesehenen Anbauteilen, wie Funktionselementen,
Verstärkungselementen usw., erfolgt in einer Anlage.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mit einem faserverstärkten Träger und mindestens zwei damit verbundenen, Kunststoff aufweisenden Anbauteilen wenigstens zwei Werkzeugkomponenten auf. Wenigstens eine Werkzeugkomponente ist relativ zur anderen verfahrbar. Beide Werkzeugkomponenten weisen jeweils eine Prägefläche auf, zwischen die eine faserverstärkte Matte einlegbar ist. In einem geöffneten Zustand der Vorrichtung lässt sich eine faserverstärkte Matte einlegen, die beim Schließen der als Formhälften ausgebildeten Werkzeugkomponenten der Matte eine
dreidimensionale Kontur verleihen und diese mittels Druck verpressen und verfestigen. In einer der beiden
Werkzeugkomponenten, die hier als zweite Werkzeugkomponente bezeichnet wird, ist zumindest eine Düse vorgesehen, durch die flüssiger Kunststoff auf die eingelegte Matte so
beaufschlagt werden kann, dass die bevorzugt heiße und druckbeaufschlagte Schmelze die verpresste oder noch
unverpresste Matte durchdringt und auf der gegenüberliegenden Seite in wenigstens eine düsenabseitige Kavität gelangt, die in der anderen Werkzeugkomponente, die hier als erste
Werkzeugkomponente bezeichnet wird, ausgebildet ist. Darüber hinaus ist wenigstens eine düsenseitige Kavität in der zweiten Werkzeugkomponente ausgebildet, die sich in einem Querschnitt senkrecht zur eingelegten Matte zumindest teilweise mit der düsenabseitigen Kavität überlappt und somit ein Überlappungsbereich gebildet wird. Die Düse ist bevorzugt außerhalb der düsenseitigen Kavität angeordnet.
Nachdem die düsenabseitige Kavität mit dem verflüssigten Kunststoff gefüllt ist und weiterhin Schmelze eingespritzt wird, durchdringt diese die Matte im Überlappungsbereich beider Kavitäten rückläufig, wodurch die düsenseitige Kavität gefüllt wird. Eine gesonderte Düse zum Befüllen der
düsenseitigen Kavität in der ersten Werkzeugkomponente ist nicht erforderlich. Da beim Durchdringen des Kunststoffes der Matte zur Befüllung der Kavitäten Reste des Kunststoffes innerhalb der Matte verbleiben, können durch das mehrmalige Durchdringen des verflüssigten Kunststoffes der Matte nach dem Verfestigen Anbauteile geschaffen werden, die eine besonders feste Verbindung mit dem faserverstärkten Träger aufweisen, ohne dass hierfür Klebstoffe oder andere
Haftvermittler verwendet werden müssen.
In der Regel weist die erste Werkzeugkomponente vorzugsweise keine Düse auf. Wichtig ist, dass wenigstens eine
düsenseitige und eine düsenabseitige Kavität vorhanden sind, die beide mit Kunststoff aus nur einer Düse befüllt werden.
Die Matte muss nicht notwendigerweise separat geschwächt werden, da dies automatisch von der druckbeaufschlagten
Schmelze erfolgt. Die düsenseitige und düsenabseitige Kavität entsprechen der Form eines oder mehrerer Anbauteile, etwa Funktionselemente, wie beispielsweise einer Verstärkungsrippe oder eines Befestigungsteils. Mittels der bevorzugt
steuerbaren Düse kann die Menge der Schmelze und der Druck reguliert werden. Im Vergleich zum Verpressen des Trägers und nachträglichen Anbringens von Funktionselementen reduzieren sich die Anzahl der Werkzeuge, Produktionsanlagen und damit die Herstellungskosten. Im Vergleich zu einem
Spritzgussträger mit Funktionselementen verringert sich das Gewicht . Bei dem Kunststoffgebilde, das durch die jeweilige Kavität ausgeformt wird, kann es sich um ein Anbauteil oder um mehrere Anbauteile handeln; die Unterscheidung wird auch von der beabsichtigen Funktionalität des Kunststoffteils oder der KunstStoffteile bestimmt. Das Durchspritzen der
Kunststoffschmelze kann durch die verpresste, teilverpresste oder unverpresste Matte erfolgen.
Die Befestigung bzw. Integration des Anbauteils mit dem
Träger ist deutlich verbessert, da der durchgespritzte
Kunststoff eine Verbindung mit dem Polymer der bevorzugt erwärmten Matte eingeht. Des Weiteren bildet sich eine mechanische Verbindung, eine Art mechanische Verkrallung, entlang der gesamten Dicke des durchspritzten Bereichs der Matte, was die Integration ebenfalls verbessert. Auf der Oberfläche der Dekorseite entstehen keine Absätze,
Unebenheiten und dergleichen. Durch das gezielte
Hindurchspritzen des Kunststoffs bleibt die Fasermatte in den umgebenden Bereichen für ein eventuelles, anschließendes Kaschierverfahren vakuumfähig.
Mit nur einer Anbindung können gemäß der Erfindung sowohl die düsenabseitige als auch die düsenseitige Kavität gefüllt
werden. Damit lassen sich zusätzliche konstruktive Freiheiten der Anbauteile mit sehr geringem zusätzlichen
Herstellungsaufwand und sehr geringen Modifikationen der Vorrichtung bewerkstelligen. Darüber hinaus muss die Matte an den Übergängen zwischen den beiden Kavitäten nicht vorher in einem separaten Arbeitsschritt geöffnet /freigemacht werden, da dies von der druckbeaufschlagten Schmelze beim
Spritzvorgang automatisch erfolgt. Ein zusätzlicher Vorteil besteht in der verbesserten Haftung der Anbauelemente, da diese direkt miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise weist die Kavität, die in Flussrichtung des verflüssigten Kunststoffs, nach dem Überlappungsbereich angeordnet ist, eine Abmessung senkrecht zur Prägefläche auf, die größer ist, als mindestens eine Abmessung parallel zur Prägefläche im gleichen Bereich. Da der Kunststoff unter hohen Druck in die Kavitäten eingebracht wird, lässt es sich nicht vermeiden, dass sich die Matte zumindest anteilig in die Kavität einpresst. Vor allem im Überlappungsbereich besteht hierbei die Gefahr, dass der unter hohen Druck eingebrachte verflüssigte Kunststoff die Matte nicht
durchdringt, sondern die Matte selbst in die Kavität presst. Somit wäre ein Befüllen der Kavitäten durch den Kunststoff stark eingeschränkt. Da die Abmessungen der Kavität, die in Flussrichtung des verflüssigten Kunststoffes nach dem
Überlappungsbereich angeordnet ist, senkrecht zur Prägefläche stets größer sind als zumindest eine Abmessung parallel zur Prägefläche kann sichergestellt werden, dass auf Grund der Eigensteifigkeit der Matte das Fasermaterial nur zu einem Teil in die Kavität eindringt und die Gefahr eines
Einpressens der Matte in die Kavität gesenkt wird.
Gleichzeitig wird durch die besondere Ausgestaltung
sichergestellt, dass ausreichend Druck auf die Matte im
Überlappungsbereich durch den verflüssigten Kunststoff aufgebaut werden kann, sodass der Kunststoff die Matte einfach durchdringen kann.
Besonders bevorzugt weist die Kavität, die in Flussrichtung des verflüssigten Kunststoffs nach dem Überlappungsbereich angeordnet ist im Durchdringungsbereich eine Abmessung senkrecht zur Prägefläche von mindestens 5 Millimeter und eine Abmessung parallel zur Prägefläche von 2 bis 3
Millimetern auf. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass nur geringe Mengen an Faseranteilen in die Kavität transportiert werden und die Matte durch den Kunststoff ideal durchdrungen wird .
Vorzugsweise weist die Prägefläche der ersten und/oder zweiten Werkzeugkomponente im Randbereich der Kavitäten Erhebungen auf. Diese Erhebungen dringen während des
Pressvorgangs in die Matte ein, so dass die Fasermatte in diesen Bereichen stärker verpresst und somit stärker
verdichtet wird als in den umliegenden Bereichen. Durch das stärkere Verdichten wird die Fasermatte undurchlässiger für den Kunststoff, der in die Kavitäten eingebracht wird. Somit kann sichergestellt werden, dass der Kunststoff nur an den dafür vorgesehenen Stellen in die Kavitäten eindringt und keine Übersprit zungen in die Fasermatte entstehen. Besonders bevorzugt sind die Erhebungen als Steg oder Wulst
ausgebildet, die sich senkrecht von der Prägefläche weg erstrecken. Vorzugsweise weisen die Erhebungen eine Höhe von 5 bis 10 Millimetern auf.
Um das hergestellte faserverstärkte Trägerteil aus der
Vorrichtung zu entformen weist die erste Werkzeugkomponente einen Auswerfer auf. Der Auswerfer kann hierbei
beispielsweise als ausfahrbarer Zylinder ausgestaltet sein. Da nur die zweite Werkzeugkomponente eine Düse aufweist, ist der Fertigungsaufwand der Werkzeugkomponenten deutlich niedriger als herkömmliche Werkzeugkomponenten, da sich die Düse und der Auswerfer auf die beiden Werkzeugkomponenten aufteilen und somit die Komplexität der einzelnen
Werkzeugkomponenten deutlich reduziert werden kann.
Vorzugsweise weist der faserverstärkte Träger eine Dicke von 1 bis 3, besonders bevorzugt 1,5 bis 2 Millimeter auf. Somit kann ein Träger bereitgestellt werden, der sowohl eine ausreichende Eigensteifigkeit als auch ein nur geringes
Eigengewicht aufweist. Weiterhin kann sichergestellt werden, dass der flüssige Kunststoff den faserverstärkten Träger ausreichend durchdringt und der Träger gleichzeitig eine stabile Basis für die zu erzeugenden Anbauteile darstellt.
Vorzugsweise wird die Matte vorgeheizt, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 100°C und 300°C, insbesondere zwischen 180°C und 220°C, entweder außerhalb des Werkzeugs oder mittels einer integrierten Heizvorrichtung im Werkzeug.
Dadurch werden die Formgebung einer dreidimensionalen Kontur und gegebenenfalls das Verbinden mit dem durchzuspritzenden Kunststoff vereinfacht. Die aufgeheizte Matte wird zwischen den offenen Werkzeugkomponenten positioniert und
gegebenenfalls fixiert. Die Fixierung kann mittels eines Spannrahmens, Klemmen oder Stiften usw. erfolgen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest eine
Schneidkante auf, an der ein Konturbeschnitt oder Beschnitt eines Durchbruchs durchgeführt wird. Die Schneidkante kann so ausgebildet sein, dass an ihr ein Schnitt, beispielsweise direkt beim Zusammendrücken der Werkzeugkomponenten, erfolgt, oder die Schneidkante kann so ausgebildet sein, dass der Fasermatte an der Schneidkante eine Schneidkontur für einen nachträglichen Beschnitt des Trägers eingeprägt wird.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Düse eine Heißkanaldüse mit Nadelverschluss , durch die der Kunststoff mittels Druck auf die Matte beaufschlagt wird. Bei Nadelverschlüssen wird nach dem Einspritzen die Düsenöffnung mittels einer Nadel verschlossen. Beispielsweise kann die Nadel spitz,
kegelförmig oder zylindrisch ausgeführt sein.
Der Spritzrest wird in das KunstStoffteil gedrückt, so dass die Oberfläche des Anbauteils durch das Nadelsystem einen sauberen „Abschluss" und eine abzeichnungsfreie Geometrie erhält. Ferner können durch einen oder mehrere steuerbare Nadelverschlüsse die Schmelzmenge und der Schmelzdruck geregelt werden.
Vorzugsweise dringt die Nadel der Düse in die Matte ein, wodurch das Durchspritzen erleichtert wird.
Vorzugsweise ist die erste Werkzeugkomponente, also diejenige Werkzeugkomponente, welche die düsenabseitige Kavität aufweist, verfahrbar, während die zweite Werkzeugkomponente, also diejenige Werkzeugkomponente, welche die Düse aufweist, stationär ist. Die Bereitstellung und Zufuhr des Kunststoffs lässt sich einfacher durch die stationäre Werkzeugkomponente bewerkstelligen .
Vorzugsweise ist die zweite und/oder erste Werkzeugkomponente mit mehreren, vorzugsweise zwei oder vier, Prägeflächen auf unterschiedlichen Seiten ausgebildet. Damit lassen sich zum einen unterschiedliche Prägemuster modulartig realisieren, zum anderen können die zusätzlichen Prägeflächen mit
entsprechenden Prägeflächen weiterer Werkzeugkomponenten zusammenwirken, sodass mehrere Matten gleichzeitig bearbeitet werden können. Dazu kann eine der Werkzeugkomponenten, die im Folgenden als mittlere Werkzeugkomponente bezeichnet wird, als bewegliche Wendeinheit ausgebildet sein, sodass ein
Einlegen der faserverstärkten Matten und ein Herausnehmen der verpressten Matten durch Drehen dieser Werkzeugkomponente realisiert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wirkt die mittlere Werkzeugkomponente mit zwei anderen
Werkzeugkomponenten vorzugsweise gleichzeitig so zusammen, dass zwei Matten simultan verpresst und mit Anbauteilen versehen werden können. Hierbei ist zu beachten, dass
wenigstens eine düsenseitige und eine düsenabseitige Kavität vorhanden sind, die beide mit Kunststoff aus nur einer Düse befüllt werden. Die mittlere Werkzeugkomponente kann stationär und/oder verfahrbar vorgesehen sein. Die beiden anderen
Werkzeugkomponenten sind beispielsweise so gestaltet, dass beide verfahrbar sind oder die eine der beiden
Werkzeugkomponenten stationär und die andere der beiden
Werkzeugkomponenten verfahrbar ist.
Vorzugsweise ist, wie bereits angedeutet, die mittlere
Werkzeugkomponente als bewegliche Wendeeinheit ausgebildet. Die Wendeeinheit ist relativ zu den beiden anderen
Werkzeugkomponenten drehbar.
Wenn eine mittlere Werkzeugkomponente vorgesehen ist, kann mit dieser Vorrichtung ein einstufiges und ein zweistufiges Verfahren realisiert werden:
Beim einstufigen Verfahren werden auf beiden Seiten der mittleren Werkzeugkomponente vorzugsweise gleichzeitig
Formteile gemäß dem obigen Verfahren ausgebildet. Der Auswurf der Vorrichtung wird somit verdoppelt. In diesem Fall kann die mittlere Werkzeugkomponente sowohl als stationäre
und/oder verfahrbare Werkzeugkomponente, als auch in Form einer Wendeeinheit ausgebildet sein, um beispielsweise das Einlegen einer oder der beiden in dem einen Werkzeug zu verpressenden Matten zu vereinfachen.
Beim zweistufigen Verfahren finden die Verpressung der Matte und die Integration eines ersten bzw. einer ersten Gruppe von Anbauteilen auf der einen Seite der Vorrichtung statt. Dazu wird das Werkzeug geschlossen und das Verfahren analog zur obigen Beschreibung ausgeführt. Anschließend wird das
Werkzeug geöffnet und die Wendeeinheit mit dem daran
befestigten Zwischenprodukt gedreht, so dass das
Zwischenprodukt der dritten Werkzeugkomponente zugeführt wird. Das Werkzeug wird abermals geschlossen, um eine
Dekorschicht aufzubringen bzw. zu hinterspritzen und/oder um eine weitere Gruppe von Anbauteilen mit der Matte in einem Spritzgussverfahren zu integrieren. Indem Matten der
Vorrichtung so zugeführt werden, dass bei jedem
Schließvorgang der Vorrichtung beide Formhohlräume mit Matten versehen sind, kann eine Verlängerung des Herstellungszyklus trotz Zweistufigkeit des Verfahrens vermieden werden.
Die drei Werkzeugkomponenten bilden zusammen zwei Einheiten zum Verpressen der Matten und Integrieren von Anbauteilen. Zumindest die mittlere Werkzeugkomponente und eine der beiden Werkzeugkomponenten sind vorzugsweise verfahrbar vorgesehen, wobei die beiden äußeren Werkzeugkomponenten, somit auch die äußere, verfahrbare Werkzeugkomponente, vorzugsweise jeweils eine Düse aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mittlere Werkzeugkomponente auf beiden Seiten jeweils zumindest mit einer düsenabseitigen Kavität und keiner Düse vorgesehen, wobei die anderen Werkzeugkomponenten zumindest eine Düse und eine düsenseitige Kavität aufweisen.
Vorzugsweise wird das Einspritzen des Kunststoffs, d. h. das Herstellen der Anbauteile, unmittelbar nach Beendigung des Schließens des Werkzeugs und Verpressen der Matte ausgeführt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der
Verfestigungsgrad der Fasermatte noch möglichst niedrig ist, sodass ein Durchdringen der Fasermatte durch den Kunststoff sichergestellt ist. Hierzu weist die Fasermatte bevorzugt eine thermoplastische Matrix, insbesondere aus Kunststoff, auf. Die Matrix kann hierbei aus PP, ABS, PC/ABS, PA,
bestehen und kann des Weiteren Füll- und/oder
Verstärkungsstoffe aufweisen. Weiterhin wird die Fasermatte vor dem Pressvorgang bevorzugt soweit vorgeheizt, dass die Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix überschritten wird und diese aufschmilzt. Durch die thermoplastische Matrix wird sichergestellt, dass das aus der Fasermatte erzeugte
faserverstärkte Trägerteil auch nach dem Pressvorgang seine Form beibehält und gleichzeitig ein Durchspritzen der Matte während des Pressvorgangs ermöglicht wird. Vorzugsweise wird der Kunststoff in die Kavitäten eingebracht solange die thermoplastische Matrix aufgeschmolzen ist.
Somit wird ein Durchdringen des Kunststoffs durch die
Fasermatte weiterhin begünstigt, so dass keine
Übersprit zungen entstehen können. Besonders bevorzugt
bestehen die thermoplastische Matrix der Matte und der verflüssigte Kunststoff aus dem gleichen Kunststoff. Durch die Verwendung des gleichen Kunststoffs kann somit eine
Stoffschlüssige Verbindung zwischen den Anbauteilen und den faserverstärkten Träger sichergestellt werden.
Da der Kunststoff die Fasermatte mehrfach durchdringen muss, um alle Kavitäten zu füllen, wird der Kunststoff vorzugsweise einem Druck von 30 000 kPa bis 50 000 kPa in die Kavitäten der Werkzeughälften eingebracht, um ein vollständiges
Befüllen aller Kavitäten sicher zu stellen
Vorzugsweise umfasst der Kunststoff ein Polymer, vorzugweise PP, ABS, PC/ABS, PA, insbesondere kann dem Polymer Füll- und/oder Verstärkungsstoffe beigefügt sein, wie PP T20.
Vorzugsweise ist die Matte ein thermo- oder duroplastisches Fasersystem mit Naturfasern, Glasfasern, Mineralfasern, synthetische Fasern, Zellulosefasern und/oder Karbonfasern und weist vor dem Verpressen eine Dicke von 8 bis 15
Millimetern auf.
Wenngleich die Erfindung anhand des Anwendungsfalls eines Automobils erläutert wurde, versteht es sich, dass die diese auch in anderen Bereichen umgesetzt werden kann, zum Beispiel im Transportbereich, insbesondere der Luftfahrt und
Schifffahrt, im Möbelbau, usw.. Allerdings ist die
vorliegende Erfindung für Fahrzeuginnenräume ganz besonders
geeignet, da es hier in ausgesprochen hohem Maße auf eine ansprechende Erscheinung über eine lange Lebensdauer bei hoher Herstellungsproduktivität ankommt. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können
alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1A zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mit zwei Werkzeugkomponenten in einem geöffneten Zustand.
Figur 1B zeigt die Vorrichtung der Figur 1A in einem
geschlossenen Zustand.
Figur 2A zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines
Formteils mit drei Werkzeugkomponenten in einem geöffneten Einlegezustand .
Figur 2B zeigt die Vorrichtung der Figur 2A in einem
geschlossenen Zustand.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines
Formteils mit drei Werkzeugkomponenten in einem geöffneten Zustand.
Figur 4 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Herstellung
eines Formteils in einem geöffneten Zustand.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1A ist eine bewegliche, erste Werkzeugkomponente 10 und eine stationäre, zweite Werkzeugkomponente 20 gezeigt. Die beiden Werkzeugkomponenten 10, 20 sind als Formelemente mit Prägeflächen 11 und 21 ausgebildet und weisen eine solche Form auf, dass beim Zusammenpressen der Prägeflächen 11 und 21 eine zwischen den Prägeflächen 11 und 21 eingelegte
Fasermatte 30 die Form des gewünschten Trägerelements
annimmt. In Figur 1A ist der geöffnete Zustand gezeigt, in dem die Fasermatte 30 eingelegt wird.
Die stationäre Werkzeugkomponente 20 weist eine Heißkanaldüse mit Nadelverschluss 22 auf, die geeignet ist, eine heiße Kunststoffschmelze gegen die noch unverpresste oder bereits verpresste Matte 30 mittels Druck zu beaufschlagen. Soll die Beaufschlagung gegen die noch nicht verpresste Matte 30 erfolgen, so weist das Werkzeug zumindest einen weiteren Zwischenzustand auf, in dem das Werkzeug zwar geschlossen ist, eine Verpressung der Matte aber noch nicht, oder nur zu einem Teil stattfindet.
Im geschlossenen Zustand der Vorrichtung liegt der Düse 22 eine düsenabseitige Kavität 12 gegenüber, so dass nach Öffnen der Nadel des Verschlusses der Düse 22 die heiße,
druckbeaufschlagte Schmelze die verpresste Matte 30, oder die zumindest zum Teil verpresste Matte 30, durchdringt und in die gegenüberliegende, düsenabseitige Kavität 12 gelangt. Auf diese Weise wird ein Anbauteil auf einer Seite der Matte 30, die als Rückseite bezeichnet wird, ausgebildet. Der Hohlraum der düsenabseitigen Kavität 12 entspricht hierbei der Form des Anbauteils. Die düsenabseitige Kavität 12 kann in einem auswechselbaren oder beweglichen Werkzeugelement 13
vorgesehen sein, so dass durch einfachen Umbau des Werkzeugs verschiedene Anbauteile, und somit verschiedene
Dekorelementträger oder Dekorelemente, hergestellt werden können.
In der zweiten Werkzeugkomponente 20 ist eine düsenseitige Kavität 24 vorgesehen. Wenn nach Füllung der düsenabseitigen Kavität 12 weiter Kunststoff eingespritzt wird, durchdringt der Kunststoff die Matte 30 abermals und gerät in die
düsenseitige Kavität 24.
In einem ersten Fertigungsschritt wird die Matte 30 zwischen die Werkzeugkomponenten 10 und 20 gebracht und gegebenenfalls an einer der beiden Werkzeugkomponenten 10 und 20 befestigt. Die Temperatur der Matte 30 kann im Voraus oder mit einer Heizvorrichtung erhöht werden, die in einer oder in beiden Werkzeugkomponenten 10, 20 integriert ist. Anschließend fahren die Werkzeugkomponenten 10, 20 zusammen und verpressen die Matte 30, wie es in der Figur 1B dargestellt ist.
Durch das Verpressen wird die Matte 30 verfestigt und die dreidimensionale Kontur des auszubildenden Trägers bestimmt. Nach Abkühlung der verpressten Matte 30 liegt ein
formstabiler Träger vor. Ferner wirkt mit dem Zusammenfahren der beiden Werkzeugkomponenten eine Schneidkante 23 auf die
Matte 30, so dass ein Konturbeschnitt oder auch ein Beschnitt eines Durchbruchs bereits in diesem Arbeitsschritt
durchgeführt werden kann. Während oder nach Beendigung des Formprozesses, wird bei geschlossenem Werkzeug über die Düse 22 eine
Kunststoffschmelze eingebracht, welche die Fasermatte 30 durchdringt und die noch offene düsenabseitige Kavität 12 füllt. Zur Vereinfachung der Durchdringung der
Kunststoffschmelze kann die Fasermatte 30 vorher perforiert werden oder auf andere Weise durchlöchert oder durchlässig gemacht werden. Beispielsweise kann die Nadel der Düse 22 in die Matte 30 eingefahren werden, um den Durchdringungsweg zu verkürzen oder einen Durchbruch durch die Matte 30 zu
schaffen.
Wird weiterhin Schmelze zugeführt, durchdringt diese die Matte 30 und füllt die düsenseitige Kavität 24. Die Matte 30 muss zwischen den beiden Kavitäten 12 und 24 nicht separat geschwächt werden, da dies automatisch von der
druckbeaufschlagten Schmelze erfolgt. Mittels der steuerbaren Nadelverschlussdüse 22 kann die Schmelzmenge und der Druck reguliert werden. Ferner erhält die Oberfläche durch das Nadelsystem einen sauberen Abschluss, um eine gegebenenfalls abzeichnungsfreie Geometrie zu erhalten. Nach der Kühlzeit fährt die bewegliche Werkzeugkomponente 10 auf. Die
Bauteilendformung erfolgt etwa mittels Auswerfen oder
Schrägauswerfen .
Gegebenenfalls, je nach Beschaffenheit der Matte 30, kann es notwendig sein, die Durchdringung der Matte 30 beim Rückfluss dadurch zu erleichtern, dass sich die Kavitäten 12 und 24 zumindest teilweise im Querschnitt (senkrecht zur eingelegten Matte 30 gesehen) überlappen. Dies ist in den Figuren dadurch kenntlich gemacht, dass die düsenabseitige Kavität 12 einen Abschnitt 14 aufweist, der so vorgesehen ist, dass dieser mit der düsenseitigen Kavität 24 teilweise überlappt. Die
Schmelze muss in diesem Fall nicht in der Matte 30 und entlang der Erstreckung derselben bis zur düsenseit igen
Kavität 24 durchdringen, sondern fließt zunächst in den
Abschnitt 14 und durchdringt anschließend die Matte 30 auf dem kürzesten Weg, d.h. senkrecht zu ihrer Erstreckung.
Dadurch kann der Druck verringert werden, mit dem die
Schmelze eingespritzt wird. Die Durchdringung der Matte erfolgt schonend, d.h. die Faserstruktur wird wenig
geschädigt.
Mit der Durchdringung des eingespritzten Kunststoffs durch das thermo- oder duroplastische Fasermattensystem erfolgt eine feste Verbindung, die nicht nur auf einer mechanischen Hinterkrallung des verfestigten Anbauteils mit dem
formstabilen Träger, sondern auch auf einer stofflichen
Verbindung der jeweiligen KunstStoffmaterialien beruht, da
sich beide in dem Herstellungsprozess in einem noch viskosen, verbindbaren Zustand befinden. Nach Abkühlung des Produktes wird somit eine ausgezeichnete Integrität der Anbauteile mit dem faserverstärkten Träger geschaffen.
Selbstverständlich können weitere Arbeitsschritte, wie beispielsweise Zuschneiden, Endformen, Kaschieren und
dergleichen, ausgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform gemäß den Figuren 2A und 2B ist die Werkzeugkomponente 20 als Wendeeinheit 26 ausgelegt, die zwei Werkzeugseiten 25 zum Pressen und Spritzen aufweist. Die beiden Werkzeugseiten 25 weisen jeweils eine Prägefläche 21 und 21' auf, die identisch oder unterschiedlich vorgesehen sein können. Die Prägeflächen 21 und 21' wirken mit der
Prägefläche 11 der Werkzeugkomponente 10 und mit der
Prägefläche 41 einer dritten Werkzeugkomponente 40 zusammen. Die Wendeeinheit 26 ist relativ zu den Werkzeugkomponenten 10 und 40 drehbar.
Mit einer Anordnung dieser Form kann ein einstufiges
Verfahren und ein zweistufiges Verfahren ausgeführt werden.
Das einstufige Verfahren gleicht dem bereits beschriebenen Herstellungsprozess, wobei die Vorrichtung eine simultane Herstellung von zwei Formteilen ermöglicht. Die
Werkzeugkomponente 10 weist die düsenseitige Kavität 24 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkzeugkomponente 40 eine düsenseitige Kavität aufweisen. Die Wendefähigkeit der Wendeeinheit 26 vereinfacht das Einlegen der Matten. Nach dem Einlegen zweier Matten in dem Zustand der Vorrichtung, der in Figur 2A gezeigt ist, dreht sich die Wendeeinheit um 90 Grad im Uhrzeigersinn. Die Prägeflächen 21 und 21' der
Werkzeugseiten 25 stehen nun den entsprechenden Prägeflächen 11 und 41 der Werkzeugkomponenten 10 und 40 gegenüber. Durch Zusammenfahren wird auf beiden Seiten eine Verpressung ausgeführt, wie es in Figur 2B gezeigt ist, wodurch die
faserverstärkten Träger ausgebildet werden. Gleichzeitig oder nach dem Pressen, gegebenenfalls nach einer kurzen Wartezeit, wird Kunststoff durch die Düsen 22 und 42 in die
entsprechenden Kavitäten 12, 24 und 12' eingespritzt. Nach Ablauf der Kühlzeit öffnet sich das Werkzeug und die
Wendeeinheit dreht sich wieder um 90 Grad im Uhrzeigersinn oder dreht sich gegen den Uhrzeigersinn um 90 Grad zurück, woraufhin die beiden hergestellten Formteile entnommen werden können .
In dem zweistufigen Verfahren wird zunächst in einem
Einlegezustand, ähnlich dem der in der Figur 2A gezeigt ist, eine Matte 30' auf der einen Seite der Wendeeinheit 26 eingelegt bzw. eingespannt, während auf der anderen Seite eine bereits verpresste und mit Anbauteilen versehene Matte 30 an der Prägefläche 21 der Wendeeinheit 26 anliegt. Im nächsten Arbeitsschritt wird gemäß der Figur 3 die
Wendeeinheit 26 gedreht, so dass die neu eingelegte Matte 30' beim Schließen des Werkzeugs mit der dritten
Werkzeugkomponente 40 zusammenwirkt, während die zweite Matte 30 beim Schließen des Werkzeugs mit einer ersten
Werkzeugkomponente 50 zusammenwirkt. Die neu eingelegte Matte 30' wird analog zu dem in Figur 1B gezeigten Verfahren verpresst und zumindest ein Anbauteil eingespritzt, wobei hier die düsenseitige Kavität 44 in der Werkzeugkomponente 40 vorgesehen ist. Die bereits verpresste Matte 30 wird mit einer Dekorschicht 60, vorzugsweise einer Dekorfolie,
kaschiert. Die Prägefläche 51 der ersten Werkzeugkomponente 50 wirkt dazu mit der Wendeeinheit 26 in geeigneter Weise zusammen.
Auf diese Weise durchläuft die Matte zwei Formgebungsstadien und/oder zwei Integrationsstadien. Eine Aufteilung der
Arbeitsschritte Verpressung und Integration auf die beiden Seiten der Vorrichtung ist möglich. In diesem Fall kann die Werkzeugkomponente 50 oder 40 und eine der beiden Hälften 25 frei von Kavitäten und/oder Düsen sein.
Die übrigen Verfahrensabläufe, Verpressen und Integrieren eines Anbauteils, laufen analog zur obigen Beschreibung zu den Figuren 1A und 1B ab.
In der Figur 4 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der eine bewegliche erste Werkzeugkomponente 10 und eine stationäre zweite Werkzeugkomponente 20 gegenüber angeordnet sind. Beide Werkzeugkomponenten 10, 20 weisen eine Prägefläche 11, 21 auf, wobei die erste Werkzeugkomponente 10 mit ihrer
Prägefläche 11 derart in die Prägefläche 21 der zweiten
Werkzeugkomponente gefahren werden kann, dass eine zwischen den Werkzeugkomponenten 10, 20 eingelegte Fasermatte 30 zwischen den Prägeflächen 11,21 geprägt und verpresst werden kann. Die zweite Werkzeugkomponente 20 umfasst eine
düsenseitige Kavität 24. Weiterhin ist in der zweiten
Werkzeugkomponente 20 zum Einleiten von verflüssigtem
Kunststoff eine Düse 22 angeordnet, die direkt in die
düsenseitige Kavität 24 mündet. Die erste Werkzeugkomponente 10 umfasst zwei düsenabseitige Kavitäten 12, 43, die räumlich voneinander getrennt sind. Sowohl die düsenseitige Kavität 24 als die düsenabseitigen Kavitäten 12, 43 beinhalten
Abschnitte 14, 44, 45, 46 die für eine Überlappung der düsenabseitigen Kavitäten 12, 43 mit der düsenseitigen
Kavität sorgen, so dass die düsenseitige Kavität 24 mit beiden düsenabseitigen Kavitäten 12, 43 jeweils einen
Überlappungsbereich 47, 48 ausbilden. Zur Ausbildung der Anbauteile wird in einem nicht gezeigten Verfahren eine vorgeheizte Fasermatte 30 zwischen den beiden Werkzeugkomponenten 10, 20 angeordnet und anschließend die erste Werkzeugkomponente 10 in die zweite Werkzeugkomponente 20 verfahren, so dass die Fasermatte 30 zwischen den
Prägeflächen 11, 21 der Werkzeugkomponenten 10, 20 verpresst wird. Unmittelbar nachdem die erste Werkzeugkomponente 10 ihre Bewegung in die zweite Werkzeugkomponente 20
abgeschlossen hat, wird über die Düse 22 verflüssigter
Kunststoff in die düsenseitige Kavität 24 gefüllt. Auch nachdem die düsenseitige Kavität 24 mit Kunststoff ausgefüllt ist, wird weiter Kunststoff durch die Düse 22 in die
düsenseitige Kavität 24 eingebracht, so dass der Druck des Kunststoffs auf die Fasermatte 30, insbesondere in den
Überlappungsbereichen 47, 48. Sobald ein ausreichender Druck aufgebaut ist, durchdringt der Kunststoff die Fasermatte 30 in den Überlappungsbereichen 47, 48, strömt in die
düsenabseitigen Kavitäten 12, 43 ein und füllt diese aus. Durch ein anschließendes Verfestigen des flüssigen
Kunststoffs werden die Anbauteile ausgebildet.
Claims
1. Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mit einem faserverstärkten Träger und mindestens zwei damit
verbundenen, Kunststoff aufweisenden Anbauteilen, wobei die Vorrichtung
zumindest eine erste Werkzeugkomponente (10) und
eine zweite Werkzeugkomponente (20) mit jeweils einer
Prägefläche (11, 21) aufweist, von denen zumindest eine relativ zur anderen verfahrbar ist, so dass die Vorrichtung auf diese Weise zum Einlegen einer faserverstärkten Matte (30) zwischen den beiden Werkzeugkomponenten (10, 20) geöffnet und zum Verpressen der Matte (30) geschlossen werden kann, wodurch der faserverstärkte Träger hergestellt wird, und
die zweite Werkzeugkomponente (20) zumindest eine Düse (22) zum Zuführen eines verflüssigten Kunststoffes und zumindest eine düsenseitige Kavität (24) zur Ausbildung eines ersten Anbauteiles aufweist und die erste Werkzeugkomponente (10) zumindest eine düsenabseitige Kavität (12) zur
Ausbildung eines zweiten Anbauteils aufweist,
wobei sich die düsenabseitige Kavität (12) und die düsenseitige Kavität (24) in einem Querschnitt senkrecht zur eingelegten Matte (30) in einem Überlappungsbereich (47, 48) wenigstens teilweise überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbauteile hergestellt werden können, indem Kunststoff mithilfe der Düse (22) und durch die Matte (30) hindurch in die düsenabseitige Kavität (12) und düsenseitige Kavität (24) eingebracht wird, wobei die Düse (22) außerhalb der
düsenseitigen Kavität (24) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (12, 24), die in Flussrichtung des
verflüssigten Kunststoffs nach dem Überlappungsbereich (47, 48) angeordnet ist, in einer Abmessung senkrecht zur
Prägefläche (11, 21) größer ist als in zumindest einer
Abmessung parallel zur Prägefläche (11, 21).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Abmessung senkrecht zur Prägefläche (11, 21) einen Wert von mindestens 5 mm aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung parallel zur Prägefläche (11, 21) einen Wert von 2 bis 3 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeflächen (11, 21) im Randbereich der düsenseitigen Kavität (24) und/oder der düsenabseitigen Kavität (12) Erhebungen aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Schneidkante (23) aufweist, an der ein Konturbeschnitt oder Beschnitt eines Durchbruchs durchgeführt werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (22) eine Heißkanaldüse mit Nadelverschluss ist, durch die der Kunststoff mittels Druck auf die Matte (30) beaufschlagt wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel der Düse (22) in die Matte (30) eindringen kann.
9. Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem faserverstärkten Träger und mindestens einem damit
verbundenen, Kunststoff aufweisenden Anbauteil, umfassend die Schritte :
a) Einlegen einer faserverstärkten Matte (30) zwischen jeweilige Prägeflächen (11, 21) einer ersten
Werkzeugkomponenten (10) und einer zweiten Werkzeugkomponente (20), die sich in einem geöffneten Zustand befinden, wobei zur Ausbildung des Anbauteils die zweite Werkzeugkomponente
(20) zumindest eine Düse (22) zum Zuführen verflüssigten Kunststoffes und wenigstens eine düsenseitige Kavität (24) und die erste Werkzeugkomponente (10) zumindest eine
düsenabseitige Kavität (12) aufweisen, wobei sich beide
Kavitäten in einem Querschnitt senkrecht zur eingelegten
Matte (30) wenigstens teilweise in einem Überlappungsbereich (47, 48) überlappen;
b) Schließen der Werkzeugkomponenten (10, 20), so dass die Matte (30) unter Druck gesetzt und verpresst wird, um den faserverstärkten Träger herzustellen;
c) Einführen des flüssigen Kunststoffs mithilfe der Düse (22), durch die Matte (30) hindurch in die düsenabseitige Kavität (24), wobei der Kunststoff nach der Befüllung der düsenabseitigen Kavität (24) die Matte (30) im
Überlappungsbereich (47, 48) erneut durchdringt und die düsenseitige Kavität (12) befüllt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) unmittelbar nach Beendigung des Schritts b) ausgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte (30) vorgeheizt wird,
bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 100°C und 300°C, insbesondere zwischen 180°C und 220°C.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Matte (30) eine thermoplastische Matrix enthält und Schritt c) durchgeführt wird während die thermoplastische Matrix der Matte (30) aufgeschmolzen ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, der verflüssigte Kunststoff im Schritt c) unter einem Druck von 30 000 kPa bis 50 000 kPa in die düsenseitige Kavität (24) und die düsenabseitigen Kavität (12) eingebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeflächen (11, 21) im Randbereich der düsenseitigen Kavität (24) und/oder der düsenabseitigen Kavität (12) Erhebungen aufweisen, so dass die Matte (30) im Randbereich der düsenseitigen Kavität (24) und/oder der düsenabseitigen Kavität (12) stärker verpresst wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polymer umfasst, vorzugweise PP, ABS, PC/ABS, PA, besonders bevorzugt sind dem Polymer Füll- und/oder Verstärkungsstoffe beigefügt, wie PP T20.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte (30) ein thermo- oder
duroplastisches Fasersystem mit Naturfasern, Glasfasern, Mineralfasern, synthetische Fasern, Zellulosefasern und/oder Karbonfasern ist.
17. Verfahren nach Anspruch 9 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Matte (30) vor dem Schritt b) eine Dicke von 8 bis 15 mm aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 9 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Träger eine Dicke von 1 bis 3 mm, insbesondere 1,5 bis 2 mm, aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt wird.
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