Beschreibung

Form, Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunststoff

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form zur Herstellung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunst- stoff.

Verfahren zum Herstellen von Formhäuten oder Formteilen sind unter dem Begriff Rotationsgießen, Rotationssintern oder Slushverfahren bekannt. Bei diesen Verfahren werden Formen mit rieselfähigem oder auch flüssigem Kunststoff gefüllt, der dann unter Zufuhr von Wärme aufgeschmolzen wird, so dass sich an der Oberfläche der Form eine dünne KunststoffSchicht ausbildet. Das überschüssige Kunststoffmaterial kann anschließend ausgeschüttet werden, bevor beispielsweise durch weiteres Er- hitzen ein weiterer Materialaufbau oder eine chemische Veränderung stattfindet. Nach dem Abkühlen der Form kann der fertige Formkörper oder die Formhaut der Form entnommen werden. üblicherweise erfolgt das Einfüllen des rieselfähigen Kunst- stoffmaterials in Form von Pulver oder Granulat durch Aufset- zen oder Andocken eines sogenannten Pulverkastens an die mit ihrer öffnung nach unten gekehrten Form, die dann zusammen mit dem Pulverkasten gedreht wird, so dass das Kunststoffpulver oder -granulat in die Form fällt und auf die oben geschilderte Weise verarbeitet wird.

Die Wärmezufuhr kann durch vorheriges Einschieben der Form in eine Heißluftkammer erfolgen. Dies hat allerdings den Nachteil, dass das Aufheizen und Abkühlen der Form sehr lange dau-

ert, so dass der Durchsatz bei dieser konventionellen Verfahrensweise nicht sehr hoch ist. Hinzu kommt, dass beim Einsatz von Heißluftkammern oder -öfen die Prozesskontrolle, insbesondere die Temperaturüberwachung, unbefriedigend ist.

Es sind Verfahren bekannt, die Herstellung von Kunststoffhäuten oder Formteilen durch den Einsatz von doppelwandigen Formen, die mit einem Kühl- oder Heizmedium befüllt werden können, zu beschleunigen.

So wird in der DE 41 06 964 C2 eine Vorrichtung zur Herstellung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunststoff beschrieben, bei der eine doppelwandige Galvanoform zum Einsatz kommt, an deren Rückwand eine Vielzahl von Einlauföffnungen und Aus- lauföffnungen für das Heiz- und Kühlmedium ausgebildet sind, mit deren Hilfe ein schnelles und über die gesamte Fläche der Form gleichmäßiges Aufheizen und Abkühlen erreicht werden kann. Dabei sind die Einlauföffnungen nicht unbedingt gleichmäßig verteilt, sondern es sind bei besonderen Ausführungsfor- men auch Konzentrationen der Zufuhr des Heiz- oder Kühlmediums an bestimmten Stellen vorgesehen, die primär dazu dienen, Wanddickenunterschiede in der Formwand auszugleichen, die bei der Herstellung der Form auf galvanischem Wege unvermeidbar sind.

Zwar können auf diese Weise auch unterschiedliche Wanddicken erhalten werden, zur gezielten Herstellung unterschiedlicher Wandstärken in der Formhaut ist dieses Verfahren jedoch nur bedingt geeignet, da zum einen der apparative Aufwand sehr groß ist und zum anderen die Temperaturunterschiede auf der

Formwand relativ gering sind und gleichzeitig die Temperaturübergänge Undefiniert und verschwommen sind, so dass dieses

Verfahren nicht sonderlich gut geeignet ist, gezielt Bereiche mit geringerer oder höherer Wandstärke zu realisieren.

Bei im Slushverfahren hergestellten Formhäuten zur Herstellung von Armaturentafeln von Kraftfahrzeugen sind jedoch die Anforderungen an die Wandstärke der Formhaut unterschiedlich, je nachdem welche Bereiche mit der Formhaut abgedeckt werden sollen. So wird im Airbagbereich eine Formhautdicke von ca. 1,2 mm angestrebt, während im Restbereich eine Dicke von 0,9 mm ausreichend ist, woraus sich ein nicht unerhebliches Potential zur Materialeinsparung ergibt, wenn es gelingen sollte, gezielt unterschiedliche Wandstärken zu realisieren.

Im Bereich der Armaturen selber sind öffnungen vorzusehen, die in einem zusätzlichen Arbeitsgang in die fertige Formhaut eingebracht werden müssen, was neben dem Mehraufwand an Arbeit zusätzlich Materialverlust durch entsprechenden Abfall mit sich bringt.

Es sind Verfahren bekannt, durch entsprechende Steuerung des Kühl- bzw. Heizmediums bzw. unterschiedliche Heiz- oder öl- kreisläufe die Wanddicken der Formhäute oder Formkörper zu beeinflussen und unterschiedlich zu gestalten.

So ist aus der DE 28 17 030 Al ein Verfahren zum Herstellen von Formhäuten bekannt, bei dem die Form unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Flüssigkeitspassagen aufweist, wodurch die Erzeugung unterschiedlicher Wanddicken ermöglicht wird. Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass es einen enorm hohen apparativen Aufwand erfordert.

Es besteht somit weiterhin der Bedarf an einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung, auf einfache Weise Formhäute mit unter-

schiedlicher Wandstärke oder sogar fertigen Aussparungen herzustellen .

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merk- malen des Anspruchs 7 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Form zur Verfügung zu stellen, bei deren Verwendung auf einfache Weise eine Formhaut mit unterschiedlichen Wandstärken bzw. Aussparungen hergestellt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Form mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung eine Form zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe die Herstellung von Formhäuten oder Formkörpern beschleunigt werden kann und gleichzeitig Energie eingespart wird. Auch diese Aufgabe wird durch eine Form mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Form sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Ausgehend von einer zur Zufuhr eines Heiz- und Kühlmediums ausgebildeten doppelwandigen Form mit einer formgebenden Vor- derwand, einer Rückwand sowie einer seitlichen Abdichtung zwischen Vorderwand und Rückwand wurde gefunden, dass durch gezieltes Einbringen von Hohlkammern in der Vorderwand der Wärmetransport vom Heiz- oder Kühlmedium zur formgebenden Innenkontur der Vorderwand soweit beeinflusst werden kann, dass die Abscheidung einer Kunststoffhaut an der betreffenden Stelle auf der Vorderwand eingeschränkt bzw. ganz unterbunden wird. Die Hohlkammer wirkt dabei als Isolation und verhindert einen

Wärmeübergang vom Heiz- bzw. Kühlmedium auf die Innenkontur der Vorderwand.

Hohlkammern in der Rückwand der Form besitzen ebenfalls eine isolierende Wirkung und schützen vor Wärmeverlusten während des Herstellprozesses, der durch den Einsatz von Hohlkammern in der Rückwand bei geringerem Energieeinsatz gleichzeitig beschleunigt wird.

Die Ausbildung der Hohlkörper ist abhängig von der Art der Form. So kann beispielsweise die Hohlkammer bei einer geschweißten Form auf die Wand aufgelötet oder geschweißt sein, während bei einer galvanisch hergestellten Wand die Hohlkammer direkt beim Galvanisieren selber ausgebildet wird, indem eine erste abgeschiedene galvanische Schicht an den Bereichen, an denen Hohlkammern ausgebildet werden sollen, mit Wachs beschichtet werden, so dass sich an diesen Stellen beim weiteren Galvanisieren eine doppelseitige Wand mit einem Wachsein- schluss ausbildet. Nach dem Fertigstellen der Wand wird die Kammer geöffnet und das Wachs kann durch Ausschmelzen entfernt werden.

Da die Vorderwand der Form auf ihrer Rückseite vom Heiz- bzw. Kühlmedium umspült wird, während sich auf ihrer Vorderseite die Kunststoffhaut abscheidet, ist es erforderlich, dass die

Hohlkammer im Bereich der Vorderwand geschlossen und evakuierbar ausgeführt ist, um auf diese Weise ein Eindringen des Heiz- bzw. Kühlmediums in die Kammer und gleichzeitig eine Gasexpansion in der geschlossenen Kammer zu verhindern.

Die Ausbildung von einer oder mehreren Hohlkammern auf der Rückwand der Hohlform bewirkt eine Isolierung des Kühl- bzw. Heizmediums gegenüber der Außenwand und dient ausschließlich

der Energieeinsparung sowie der Beschleunigung des Herstellprozesses. Da bei der Rückwand lediglich die in das Innere der Hohlform zeigende Vorderseite mit einem Fremdmedium in Berührung kommt, sind die Hohlkammern in der Rückwand nicht ge- schlössen, sondern weisen auf der dem Heiz- und Kühlmedium abgewandten Seite eine öffnung auf.

Die seitliche Abdichtung zwischen der Vorder- und der Rückwand wird vorteilhaft durch eine Art Tragrahmen gebildet, der Vor- derwand und Rückwand zusammenhält.

Die als doppelwandiger Hohlkörper ausgebildete Form besitzt mindestens jeweils eine Einlauf- und Auslauföffnung für das Heiz- und Kühlmedium, die wiederum an jeweils ein Zulauf- und Ablaufsystem für das Heiz- und Kühlmedium angeschlossen sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunststoff, in der eine Form zum Einsatz kommt, die als doppelwan- diger Hohlkörper ausgebildet ist, wobei die Vorder- und/oder Rückwand der Form mindestens eine Hohlkammer aufweist. Neben dieser Form umfasst die Vorrichtung einen auf die Form aufsetzbaren Kasten, der Kunststoffmaterial als Pulver, Granulat oder Flüssigkeit enthält, einen Drehrahmen, der mit dem Trag- rahmen der Form verbunden ist und mit dessen Hilfe die Form in der Vorrichtung gedreht wird, sowie eine Programmsteuerung zur Einstellung eines Temperaturprofils.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstel- lung von Formhäuten und Formkörpern aus Kunststoff, wobei zunächst ein auf einer Form aufsetzbarer Kasten, der Kunststoffmaterial aus Pulver, Granulat oder Flüssigkeit enthält, an der Form, die als doppelwandiger Hohlkörper ausgebildet ist, des-

sen Vorderwand und/oder Rückwand mindestens eine Hohlkammer aufweisen, befestigt wird. Anschließend wird der Kasten mit Form zum Umschütten des Kunststoffmaterials aus dem Kasten in die Form gedreht und sobald das Kunststoffmaterial in der Form vorliegt, wird mit einem entsprechenden Temperaturprogramm eine Kunststoffhaut auf der Innenkontur der Form abgeschieden, wobei die Temperatur der Form mit Hilfe eines Heizmediums, vorzugsweise öl, eingestellt wird. Das anschließende Erstarren der Formhaut oder des Formkörpers kann durch eine entsprechen- de Kühlung beschleunigt werden. Das Heiz- oder Kühlmedium wird vorteilhaft im Kreislauf gefahren und steht über entsprechende Ein- und Auslauföffnungen sowie Zu- und AblaufSysteme mit dem doppelwandigen Hohlkörper in einer Fluidverbindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die die Formgebung bewirkende Vorderwand auswechselbar an der Rückwand befestigt ist, so dass durch einfaches Auswechseln der Vorderwand mit der gleichen Vorrichtung unterschiedlicher Formhäute produziert werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch Vorderwand und Rückwand des doppelwandigen Hohlkörpers und

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Vorderwand oder Rückwand in der Draufsicht.

Der Querschnitt des doppelwandigen Hohlkörpers in Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer mit zwei Hohlkammern 3 ausgerüsteten Vorderwand 1, wobei die Hohlkammern 3 eine unterschiedliche Dicke aufweisen und ihr Abstand zur formgebenden Seite

10 der Vorderwand 1 unterschiedlich ausfällt. Aus dieser Anordnung der Hohlkammern 3 resultieren im Fertigungsprozess unterschiedliche Schichtdicken in der KunststoffSchicht 7, da die jeweiligen Bereiche der formgebenden Vorderseite 10 unter- schiedliche Temperaturen aufweisen. So wird in dem Bereich der Vorderseite 10, in der keine Hohlkammer 3 vorhanden ist, die Temperatur uneingeschränkt übertragen, so dass an dieser Stelle viel Kunststoffmaterial aufgeschmolzen und eine entsprechend dicke Formhaut 7 ausgebildet wird.

Die Hohlkammer 3 in Figur 1 mit dem größeren Durchmesser erstreckt sich fast bis zur formgebenden Vorderseite 10 der Vorderwand 1, was eine entsprechend gute Isolierung mit sich bringt, so dass an dieser Stelle die Kunststoffhaut 7 ledig- lieh eine dünne Schicht bildet. Bei einer Weiterbildung einer derartigen Ausgestaltung kann in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des eingesetztem Kunststoffmaterial eine Abscheidung vollkommen unterbunden werden. So ist es insbesondere bei der galvanischen Herstellung von Formwänden 1, 2 möglich, die Hohlkam- mer 3 bis nahe an die Außenseiten 10, 13 der Wände 1, 2 auszubilden, so dass im Falle der Vorderwand 1 eine optimale Isolierung ein Abscheiden einer Kunststoffhaut 7 an dieser Stelle verhindert.

Im Bereich der Hohlkammer 3 mit dem geringeren Durchmesser ist die Isolierung nicht so ausgeprägt und die Formhaut 7 bildet in diesem Bereich eine mittlere Schichtdicke aus. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Hohlkammern 3 mit Verbindungskanälen 6 zu einem Hohlkammersystem verbunden, was den Vorteil hat, dass nicht jede einzelne Hohlkammer 3 mit einem Evakuierungsstopfen 4 oder einer Gasöffnung 5 versehen sein muss. Wie auf in der Figur 1 zu erkennen ist, sind auf der rückwärtigen Seite 11 der Vorderwand 1, die mit

dem Kühl- oder Heizmedium 8 in Berührung kommt, die öffnungen der Hohlkammern 3 mit Evakuierungsstopfen 4 verschlossen, um ein Eindringen des Kühl- bzw. Heizmediums 8 zu verhindern. Eine Evakuierung im Bereich der Vorderwand 1 ist erforderlich, um eine Zerstörung der Vorderwand 1 beim Aufheizen durch Gasausdehnung zu vermeiden.

In der Rückwand 2 dienen die Hohlkammern 3 ausschließlich zur Isolierung und damit zur Energieeinsparung und der Beschleuni- gung des Fertigungsprozesses. Aus diesem Grund können die

Hohlkammern 3 gleichmäßig ausgebildet sein. Auch können die öffnungen 5 der Hohlkammern 3 offen ausgeführt sein, da sie im Außenbereich der doppelwandigen Formen angeordnet sind und nicht mit den Kühl- oder Heizmedium 8 in Berührung kommen.

Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorder- 1 oder Rückwand 2 einer Form zur Herstellung von Formhäuten oder Formkörpern in der Draufsicht, wobei zwei Hohlkammern 3 zu erkennen sind, die mit einem Verbindungskanal 6 miteinander ver- bunden sind.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform mit einzelnen Hohlkammern 3, die über Verbindungskanäle 6 miteinander verbunden sind, hat den Vorteil, dass die Wände der For- men durch die dabei ausgebildeten Stege 9 zwischen den Hohlkammern 3 stabilisiert werden und ein Zusammendrücken des Hohlraums beispielsweise beim Aufheizen verhindert wird. Ausführungsformen mit einzelnen, kleineren oder größeren Hohlkörpern erfüllen den gleichen Zweck, wobei es in diesen Fällen natürlich erforderlich ist, dass jede einzelne Kammer über eine entsprechende Auslassöffnung verfügt, die im Falle der Rückwand 2 offen ist oder bei der Vorderwand 1 mit einem Evakuierungsstopfen 4 versehen ist.

Bei geschmiedeten Formen ist es denkbar, dass die einzelnen Wände selber ganz oder teilweise doppelwandig ausgebildet sind und lediglich durch Stege stabilisiert sind.

Bezugszeichenliste

I Vorderwand 2 Rückwand

3 Hohlkammer

4 Evakuierungsstopfen

5 öffnung

6 Verbindungskanal 7 Formhaut (Formkörper, KunststoffSchicht )

8 Kühl- oder Heizmedium

9 Steg

10 Vorderseite der Vorderwand

II Rückseite der Vorderwand 12 dem Heiz- und Kühlmedium zugewandte Seite der Rückwand

13 dem Heiz- und Kühlmedium abgewandte Seite der Rückwand