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Title:
METHOD FOR PRODUCING PARTS HAVING A COMPACT POLYURETHANE (PUR) SEALING LAYER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/078464
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing parts having a compact polyurethane (PUR) sealing layer, particularly for clear coat molding PUR in order to produce a transparent PUR sealing layer on a veneer composite part. The part is placed inside a forming tool inside of which, when closed, a gap exists between the surface of the part to be coated and the mold inner wall opposite said surface. The components polyol and isocyanate of the compact PUR, optionally provided with aggregates, are injected via a mixing head and a runner into the forming tool holding the part. The invention is characterized in that the supply of components is terminated when a preset pressure Pab (shut-off pressure) in the supply of components and/or in the flow path of the PUR mixture has been reached. This ensures that regardless of fluctuations inside the cavity due to different volumes of the parts, this cavity is always completely filled, and the same pressure is always exerted upon the part, particularly upon the veneer layer.

Inventors:
RENKL JOSEF (DE)
SONNTAG THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/002156
Publication Date:
September 16, 2004
Filing Date:
March 04, 2004
Export Citation:
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Assignee:
KRAUSS MAFFEI KUNSTSTOFFTECH (DE)
RENKL JOSEF (DE)
SONNTAG THOMAS (DE)
International Classes:
B29C31/06; B29C67/24; (IPC1-7): B29C67/24; B29C31/06; B29C70/68
Domestic Patent References:
WO1999007578A11999-02-18
Foreign References:
US5008062A1991-04-16
US6143214A2000-11-07
DE3803595A11989-08-17
DE3521948A11986-01-09
EP0084672A21983-08-03
DE10020157A12001-11-08
EP1207031A12002-05-22
US5174933A1992-12-29
US5874037A1999-02-23
EP0141531A21985-05-15
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0124, no. 84 (M - 776) 16 December 1988 (1988-12-16)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0111, no. 88 (M - 599) 17 June 1987 (1987-06-17)
Attorney, Agent or Firm:
Zollner, Richard (Krauss-Maffei Strasse 2, München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit einer kompakten Polyurethan (PUR) Versiegelungsschicht, insbesondere zum Klargießen von PUR zur Herstellung ei ner transparanten PURVersiegelungsschicht, wobei das Bauteil in ein Formwerk zeug (20) eingelegt wird, bei dem im geschlossenen Zustand zwischen der zu be schichtenden Oberfläche des Bauteils (1) und der dieser gegenüberliegenden Forminnenwand ein Spalt (23) vorhanden ist, wobei die Komponenten Polyol und Isocyanat des kompakten PUR, gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen, über einen Mischkopf (13) und einen Angusskanal (24,25) in das mit dem Bauteil (1) be stückte Formwerkzeug (20) injiziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponentenzufuhr beendet wird, wenn ein vorgebbarer Druck Pab (Abschalt druck) in der Komponentenzufuhr und/oder dem Fließweg des PUR Gemisches erreicht worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck von nur einer der Komponenten gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Mischungsverhältnis von ungleich 1 : 1 der Druck derjenigen Kompo nente gemessen wird, die den höheren Anteil an dem PURGemisch besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Angusskanal (24,25) gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (20) mit einer Überlaufkavität (26) verwendet wird und der Druck in der Überlaufkavität (26) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck sowohl im Angusskanal (24,25) als auch in der Überlaufkavität (27) gemessen wird, dass ein Mittelwert dieser beiden Druckwerte gebildet wird und dass das Abschalten der Komponentenzufuhr bei Erreichen eines vorgegebenen Mittelwertes erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Zeit t nach dem Starten der Gemischzufuhr gemessen wird und dass die Komponentenzufur abgeschaltet wird, wenn eine bestimmte, vorgebbare Zeit Tab vergangen ist.
Description:
Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit einer kompakten Poly- urethan (PUR)-Versiegelungsschicht Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit einer kompakten Polyurethan (PUR)-Versiegelungsschicht gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von PUR-versiegelten Furnier- verbundteilen im Klargießverfahren.

Dekorformteile im Fahrzeuginnen-sowie im Aussenbereich, Tabletts und Schalen für medizinische Anwendungen sowie Möbelkomponenten und Designelemente erfordern eine lichtechte und kratzfeste Versiegelung der Oberfläche. Es ist bekannt, Dekorteile aus Holz ; Aluminium oder Carbonfaser aufwändig vorzubehandeln und bis zu zehnmal mit ungesättigtem Polyesterlack zu überziehen, bis sie die geforderte Lackdicke aufwei- sen. Nach jedem Lackiervorgang erfolgt ein Zwischengelieren von etwa zwanzig Minu- ten bei Raumtemperatur. Die Aushärtezeit der Polyesterlackschicht liegt in der Regel zwischen 48 und 72 Stunden. Zum Abschluß muss die oberste Lackschicht noch plan geschliffen werden. Eine solche Beschichtung mit einem Lack kann beispielsweise mit Sprühvorrichtungen vorgenommen werden, wie sie in der DE 197 53 602 A1 als Stand der Technik genannt werden oder mit einer verbesserten Sprühvorrichtung gemäß dem Anmeldungsgegenstand der DE 197 53 602 A1 selbst.

Nachteilig an diesen Sprühtechniken ist, dass Lackschlammabfälle anfallen und Emis- sionen im Fahrzeuginnenraum auftreten. Weiterhin nachteilig ist der große Zeitaufwand bis zur Fertigstellung eines lackierten Erzeugnisses.

Zur Behebung dieser Nachteile ist das sogenannte CCM-Verfahren (Clear Coat Moul- ding) bekannt. Hierbei handelt sich um ein Verfahren zur Versiegelung von Oberflächen mit einem kompakten Polyurethan, wobei die Erkenntnis zugrundeliegt, dass aliphati- sches Polyurethan lichtecht ist und sehr gut auf Holz, Metall sowie verschiedenen Ge- weben haftet. Ausserdem ist aliphatisches Polyurethan sowohl in harter als auch in fle- xibler Ausführung verfügbar. Die Herstellung von PUR-versiegelten Erzeugnissen er- folgt dabei in einem einzigen Arbeitsgang, indem die zu versiegelnden bzw. zu be- schichtenden Erzeugnisse in ein Formwerkzeug eingelegt werden, dessen Kavität die Dicke der Schicht berücksichtigt, indem nach dem Schließen der Form ein der Schicht- dicke entsprechender Spalt frei bleibt. Dieser Spalt wird im Hochdruckverfahren mit ei- nem Zweikomponenten-Polyurethan in einem Arbeitsgang ausgegossen. Der Be- schichtungsprozess ist nach einer Reaktionszeit der Polyurethanschicht nach wenigen Minuten abgeschlossen und das beschichtete Erzeugnis kann dem Formwerkzeug ent- nommen werden. Eine Nachbearbeitung der Erzeugnisse im Bereich der PUR- Versiegelung bzw. der PUR-Beschichtung ist in der Regel nicht erforderlich.

Üblicherweise wird hierbei stets ein festes Volumen an PUR entsprechend der zu fül- lenden Kavität als Schussgewicht vorgegeben. Unberücksichtigt bleibt dabei, dass die zu beschichteten Erzeugnisse bzw. Bauteile, nachfolgend teilweise auch Einlegeteile genannt, einer Charge in sich unterschiedliche Volumina aufweisen können. Gerade bei Furnierverbundteilen treten Unterschiede schon in einer Charge aufgrund von Massun- genauigkeiten beim Schneiden der Furnierblätter sowie beim Verkleben mit dem Me- tallträger auf. Desweiteren ergeben sich Abweichungen im Volumen auch dadurch, dass gleichartige Einlegeteile unterschiedliche Furniere aufweisen, beispielsweise wenn für Holzdekore im Innenbereich eines Personenkraftwagens je nach Kundenwunsch unterschiedliche Hölzer zum Einsatz kommen (Wurzelholz, Birke, Fichte, usw.). Auf- grund dieser Massungenauigkeiten bei den Einlegeteilen kommt es zu entsprechenden Schwankungen beim Volumen der zu befüllenden Kavität.

Wenn nun, wie üblich, pro Schuss ein festes Volumen an PUR vorgegeben wird, hat dies unterschiedliche negative Auswirkungen, je nachdem, ob zu viel oder zu wenig PUR in die Kavität injiziert wird.

Bei einer zu kleinen Kavität wird zuviel PUR injiziert und es kommt zu einem uner- wünschten Druckanstieg in der Kavität mit der Folge, dass es zu einem Aufdrücken der Kavität und einem Überspritzen kommt. Dadurch wird mehr PUR verbraucht als eigent- lich nötig ; ausserdem kommt es zu einer unerwünschten Gratbildung an dem Einlege- teil.

Bei einer zu großen Kavität wird diese nicht vollständig gefüllt, d. h. es wird keine voll- ständige Beschichtung erzielt. Desweiteren kann der Innendruck nicht groß genug wer- den, um etwaige Bläschen sicher zum Zerplatzen zu bringen, so daß die Versiege- lungsschicht Lufteinschlüsse aufweist.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Her- stellen von PUR-versiegelten Erzeugnissen anzugeben, das unabhängig von Massun- genauigkeiten der Einlegteile stets zu einer Versiegelung mit gleichbleibender Qualität führt und das insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patent- anspruch 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Dadurch, dass die Komponentenzufuhr bei Erreichen eines vorgebbaren Abschaltdru- ckes abgeschaltet wird, wird in der Kavität von Schuss zu Schuss stets der gleiche In- nendruck erreicht und das Schussvolumen passt sich den Schwankungen der Kavität an. Damit können nicht nur Furnierverbundbauteile mit Schwankungen in einer Charge problemlos mit einer qualitativ hochwertigen Versiegelungschicht überzogen werden, sondern es können auch von Schuss zu Schuss problemlos Furnierverbundteile be- schichtet werden, die unterschiedliche Furniere aufweisen. Dadurch dass stets der glei- che Forminnendruck erreicht wird, wird ausserdem sichergestellt, dass sämtliche e- ventuell auftretende Bläschen zerplatzen und somit Lufteinschlüsse vermieden werden.

Vorzugsweise wird der Druck einer der Komponenten am Mischkopf gemessen. Wenn das Mischungsverhältnis von Polyol zu Isocynat ungleich 1 : 1 ist, wird vorzugsweise der Druck derjenigen Komponente gemessen, die den höheren Anteil an dem PUR- Gemisch aufweist, da der Druckanstieg zum Schussende bei dieser Komponente steiler verläuft und somit besser zu überwachen ist. Es ist aber auch möglich, bei der Kompo- nente mit dem niedrigeren Anteil an dem PUR-Gemisch oder bei beiden Komponenten den Druck zu messen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, zusätzlich die Zeit nach dem Starten der PUR-Injektion zu messen, da bei Leckagen des Formwerkzeugs der Abschaltdruck in der Regel nicht oder nur sehr spät erreicht wird und somit unnötig lange PUR ver- schwendet werden würde. Wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist, wird die Kompo- nentenzufuhr auch dann abgeschaltet, wenn der Abschaltdruck noch nicht erreicht sein sollte. In diesem Fall muss geprüft werden, wo gegebenenfalls eine Leckage vorhanden ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezug- nahme auf die Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen : Fig. 1 Querschnitt durch ein Furnierverbundteil mit einer transparenten PUR-Schicht ; Fig. 2 Schematische Darstellung einer PUR-Hochdruckmaschine ; Fig. 3 Querschinitt durch ein Formwerkzeug mit angesetztem Mischkopf ; Fig. 4 Verlauf des Drucks Pist einer Komponente am Mischkopf über die Zeit (Normal- betrieb) ; Fig. 5 Verlauf des Drucks Pist einer Komponente am Mischkopf bei einer Leckage im Formwerkzeug.

Die Erfindung soll anhand eines länglichen Einlegteils 1 beschrieben werden, das aus einem Metallträger 2 und einem Holzfurnier 3 besteht, auf dem mit dem erfindungsge- mäßen Verfahren eine kompakte, nicht schäumende, PUR-Schicht 4 aufgebracht wird. Die Bestandteile Polyol und Isocyanat sind für sich genommen jeweils klar und transpa- rant. Falls eine farbige (opake oder transparente) Versiegelungsschicht erwünscht ist, müssen geeignete Substanzen in einer oder beiden Komponenten zugegeben werden. Mittels Zugabe von Aktivatoren und Katalysatoren wird die Reaktionszeit für das Aus- härten des kompakten PUR in geeigneter Weise eingestellt.

Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, werden die Polyol-und die Isocyanat-Komponenten in an sich bekannter Weise in Arbeitsbehältern 5 und 6 bevorratet gehalten, die jeweils eine Isolationsschicht 7 und ein motorgetriebenes Rührwerk 8 aufweisen. Über Zuführ- leitungen 9 und 10 sowie motorgetriebene Dosieraggregate 11 und 12 werden die Komponenten einem Mischkopf 13 zugeleitet und-im Rezirkulationszustand des Mischkopfes-über Rückführleitungen 14 und 15 in den jeweiligen Arbeitsbehälter zu- rückgeleitet. Der Mischkopf 13 ist an ein Formwerkzeug 20 angeschlossen und verfügt über Druckaufnehmer 16 und 17 für die Polyol-und die Isocyanatkomponente. Des- weiteren sind Sicherheitsventile 18 und 19 in den Komponentenkreisläufen vorgesehen.

In der Figur 3 ist das Formwerkzeug 20, bestehend aus einer unteren Formhälfte 21 und einer oberen Formhälfte 22, im geschlossenen Zustand gezeigt. In der unteren Formhälfte 21 befindet sich das Einlegeteil aus dem Metallträger 2 und dem Holzfurnier 3. In der oberen Formhälfte 22 wird zwischen der Oberseite des Einlegeteils und der Forminnenwand eine Kavität 23 gebildet. Desweiteren sind in der oberen Formhälfte 22 auf der Seite des Mischkopfes Angußkanäle 24 und 25 und auf der dem Mischkopf ab- gewandten Seite der Kavität ein Überlaufraum 26 vorgesehen, der über eine Filmanbin- dung 27 mit der Kaviät 23 fließtechnisch verbunden ist. Am Mischkopf 13 ist ein Druck- aufnehmer 16 (für die Polyol-Komponente) oder 17 (für die Isocyanatkomponente) vor- gesehen. Im Bedarfsfalle können zusätzliche Druckaufnehmer 28 im Angußkanal und 29 im Überlaufraum vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße PUR-Klargieß-Verfahren läuft wie folgt ab (siehe auch Figur 4) : Das Einlegeteil 1 wird in die untere Formhälfte 21 eingelegt und die obere Formhälfte 22 wird auf die untere Formhälfte 21 aufgesetzt, so dass das Formwerkzeug 20 ge- schlossen ist. Mit dem Start der PUR-Anlage wird mit den Dosieraggregaten 11 und 12 der Komponentendruck Pjso und Ppoly hochgefahren, bis der gewünschte Mischdruck Pstart erreicht ist, der z. B. bei 150 bar liegen kann. Dieser gewünschte Mischdruck Pstart einer Komponente wird als Referenzwert in der Maschinensteuerung abgespeichert.

Desweiteren ist in der Maschinensteuerung ein einstellbarer Abschaltdruckwert Pab hinterlegt, dessen Wert von dem herzustellenden Bauteil abhängt. Dieser Wert kann zum Beispiel 15 bar über dem Referenzwert liegen. Jetzt öffnet der Mischkopf 13 und injiziert das PUR-Gemisch über die Angußkanäle 24 und 25 in die Kavität 23. Das Ge- misch bewegt sich in der Kavität von dem Angussbereich 24,25 zu dem gegenüberlie- genden Ende und füllt dabei die Kavität 23. Zu Beginn des Füllvorgangs ist noch kein merklicher Druckanstieg in der Kavität 23 zu verzeichnen (Pist im wesentlichen kon- stant). Mit zunehmendem Füllgrad steigt der Innendruck in der Kavität 23 und damit der Druck Pist der beiden Komponenten am Mischkopf. Wenn der voreingestellte Abschalt- druck Pab erreicht ist, wird die Komponentenzufuhr ab-und der Mischkopf 13 in den Re- zirkulationszustand umgeschaltet. Nunmehr bleibt das Werkzeug 20 über eine Reakti- onszeit geschlossen, bis das PUR ausgehärtet ist. Typsiche Werte liegen im Bereich von einigen Minuten und hängen letztendlich von der Größe des Einlegeteils und der Dicke der Versiegelungsschicht ab. Nach dem Aushärten wird das Formwerkzeug 20 geöffnet und das fertig versiegelte Furnierverbundteil kann entnommen werden. An- schließend kann mit dem nächsten Zyklus begonnen werden.

Anstelle der oder zusätzlich zur Messung des Komponentendrucks kann auch an ande- ren Positionen ein Druck gemessen werden, um einen Abschaltdruck Pab zu ermitteln, beispielsweise mit dem Angussdruckaufnehmer 28 oder dem Überlaufdruckaufnehmer 29. Es ist auch möglich, zwischen dem Druck im Anguss und dem Druck im Überlauf einen Mittelwert zu bilden, der als Abschaltdruck ausgewertet wird.

Dadurch, dass immer der gleiche Forminnendruck in dem Formwerkzeug 20 erreicht wird, ist sichergestellt, dass unabhängig von Schwankungen in der Kavität 23 diese immer vollständig gefüllt wird und auf das Einlegeteil 1, insbesondere auf die Furnier- schicht 3 stets der gleiche Druck ausgeübt wird. Damit wird ferner sichergestellt, dass eine qualitativ hochwertige Lackschicht erzeugt wird, die insbesondere frei von Luftein- schlüssen oder sonstigen Fehlstellen ist.

Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, wird zusätzlich eine Zeit Tab vorgegeben, nach deren Ablauf die Komponentenzufuhr auch dann abgeschaltet wird, wenn der vorgegebene Abschaltdruck Pab noch nicht erreicht ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass bei Le- ckagen, wenn der Druck Pit nicht den Abschaltdruck Pab erreicht, zuviel unnötiges PUR- Gemisch aus dem Formwerkzeug 20 austritt.

Bezugszeichenliste 1 Einiegeteil 2 Metallträger 3 Holzfurnier 4 PUR-Schicht 5 Polyol-Arbeitsbehälter 6 Isocyanat-Arbeitsbehälter 7 Isolationsschicht 8 Rührwerk 9 Zuführleitung für Polyol-Komponente 10 Zuführleitung für Isocyanat-Komponente 11 Dosieraggregat für Polyol-Komponente 12 Dosieraggregat für Isocyanat-Komponente 13 Mischkopf 14 Rückleitung für Polyol-Komponente 15 Rückleitung für Isocyanat-Komponente 16 Druckaufnehmer für Polyol-Komponente 17 Druckaufnehmer für Isocyanat-Komponente 18 Sicherheitsventil im Polyol-Kreislauf 19 Sicherheitsventil im Isocyanat-Kreislauf 20 Formwerkzeug 21 Untere Formhälfte 22 Obere Formhälfte 23 Kavität 24 Vertikaler Angußkanal 25 Horizontaler Angußkanal 26 Überlaufraum 27 Filmanbindung 28 Druckaufnehmer im Angussbereich 29 Druckaufnehmer im Überlaufraum