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Patent Searching and Data


Title:
PLASTIC HOLLOW BODIES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/094130
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to foamed plastic hollow bodies and to a method for the production thereof. To this end, thermoplastic semifinished products, preferably extruded semifinished products made of uncrosslinked polypropylene foam film, are partially reshaped and joined by pressure and/or temperature to form a hollow body while using porous or perforated mold halves, on each of which underpressure exists.

Inventors:
BRUNING JUERGEN (DE)
ZIEGLER MAIK (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/003173
Publication Date:
November 04, 2004
Filing Date:
March 25, 2004
Export Citation:
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Assignee:
FAGERDALA DEUTSCHLAND GMBH (DE)
BRUNING JUERGEN (DE)
ZIEGLER MAIK (DE)
International Classes:
B29C37/00; B29C49/00; B29C69/00; B60H1/00; B29C33/42; B29C35/08; B29C49/22; B29C49/48; B29C51/36; B29C65/02; (IPC1-7): B29C69/00; B29C51/00; B29C49/00
Domestic Patent References:
WO2002062571A22002-08-15
Foreign References:
DE19807411A11999-08-26
Attorney, Agent or Firm:
Kaewert, Klaus (Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffhohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halbzeuge aus geschäumtem, thermo plastischem Kunststoff über poröse oder perforierte Werkzeughälften, an denen jeweils Unterdruck anliegt, umgeformt werden und über Druck und/oder Temperatur zu einem Hohlkörper stoffschlüssig verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbzeuge einoder mehrlagige, unvernetzte Polypropylenschaumfolien (XPPFolien) verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbzeuge geschäumte, thermoplastische Kunststoffolien in Kombination mit ungeschäumten Kunststoffolien, Geweben, Gewirken, Nonwovens, Glasfasern oder Dekorund Deckschichten verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbzeuge unvernetzte Polypropylenschaumfolien mit aufkaschierten oder koextrudierten ungeschäumten Folien eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unvernetzte Polypropylenschaumfolie zumindest teilweise mit aufkaschierten Dekorschichten, insbesondere Dekorfolien oder textilen Schichten, verbunden ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einlegeteile oder Dekorelemente wie beschriftete Folien während des Prozesses angeformt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughälften aus einem porösen oder perforierten Harz, porösen oder perforierten Metall, einem Metallgitter, Sintermetall oder Kombinationen daraus bestehen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Werkzeughälften verwendet werden, deren Oberfläche mindestens teilweise strukturiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Oberfläche eine Narbung oder eine Textilstruktur aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die umzuformenden Halbzeuge vor dem Umformprozeß und/oder während des Umformprozesses erwärmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die umzu formenden Halbzeuge über Infrarotstrahlung erwärmt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die umzuformenden Halbzeuge auf eine Temperatur von 150250°C erwärmt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughälften temperiert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Werkzeughälften angelegte Unterdruck während des Umform vorganges regulierbar ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Lanze ein Überdruck im entstehenden Hohlraum des Hohlkörpers erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Lanze ein Unterdruck im entstehenden Hohlraum des Hohlkörpers erzeugt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die umgeformten Kunststoffhalbzeuge an der Trennebene der Werkzeug hälften miteinander verbunden werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die umgeformten Kunststoffhalbzeuge an der Trennebene der Werkzeughälften unter Einsatz von Druck und/oder Temperatur miteinander verschweißt werden.
19. Kunststoffhohlkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Isolierbehälter handelt.
20. Kunststoffhohlkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Teil einer Kraftfahrzeuginnenausstattung, beispielsweise ein Luftführungselement, handelt.
Description:
Kunststoffhohlkörper und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft geschäumte Kunststoffhohlkörper und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Es ist bekannt, thermoplastische ungeschäumte Polyolefinfolien zu erhitzen und unter Anlegen von Vakuum an einer Formhälfte tiefzuziehen, um die gewünschte Formgebung zu erreichen. Beispielsweise werden Verpackungen für Lebensmittel auf diese Weise hergestellt.

Des weiteren ist das Umformen von Schaumstoff-Halbzeugen, beispielsweise aus Polystyrol-Schaumstoff, für Verpackungsschalen für Lebensmittel durch Erhitzen und anschließendes Umformen in gekühlten massiven Aluminiumwerk- zeugen bekannt. Ebenso werden aus Halbzeugen aus vernetztem Polyethylen- schaumstoff Produkte wie isoliermatten durch Erhitzen und nactnträgricees Verpressen in einer konturgebenden Form hergestellt.

Zur Herstellung von Hohlkörpern sind Verfahren wie Blasformen oder Rotationsformen bekannt. Beim Blasformen wird ein Vorformling oder ein Schlauchextrudat mittels einer Blaslanze innerhalb einer Kavität aufgeblasen (vgl. z. B. DE-A-35 12 973 und EP-B1-0 545 055). Beim Rotationsformen werden thermoplastische Kunststoffpulver oder-granulate in ein beheizbares Werkzeug eingebracht und durch Rotationsbewegung des Werkzeugs werden Pulver oder Granulate gleichmäßig an der Außenhaut verteilt und angeschmolzen. Auf diese Weise werden sowohl massive Hohlkörper wie Tonnen oder Kanister als auch dreidimensional geformte Dekorschichten, vorzugsweise auf Basis von Polyvinyl- chlorid (PVC), beispielsweise für Instrumententafeln hergestellt.

In DE-A-100 10 900 wird ein kombiniertes Extrusions-Preß-Verfahren beschrieben, bei dem aus Vorformlingen Halbschalen hergestellt werden, die anschließend zu Hohlkörpern verschweißt werden. Das Verfahren eignet sich jedoch nur für Bauteile mit massiven Wandungen.

In DE-A-40 06 729 wird ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Hohlkörper beschrieben, bei dem zwei Schaumstoffhalbzeuge miteinander ver- bunden werden, ein Fluid zwischen die Halbzeuge eingebracht wird und in einem Werkzeug Hohlkörper ausgeformt werden. Nachteilig sind bei diesem Verfahren die Ausdünnung an den höher verstreckten Bereichen, die schlechte Ober- flächenqualität innen und an der zum Werkzeug gerichteten Oberfläche, Restmengen des Fluids, der Temperierbedarf des Fluids sowie eine begrenzte Verformbarkeit der Schaumstoffolien.

Verfahren wie Thermoformen/Tiefziehen eignen sich in erster Linie zur Formgebung massiver oder geschäumter Kunststoffolien ; Hohlkörper sind bisher nicht damit gefertigt worden. Zur Herstellung von Hohlkörpern wird das Rotationsformen, welches relativ lange Zykluszeiten mit sich bringt, und das Blasformen, welches eine teure Anlagentechnik erfordert, eingesetzt.

Sonderverfahren oder Verfahrenskombinationen, wie das Twin-Sheet- Verfahren oder das in DE-A-100 10 900 beschriebene Verfahren, sind nur zur Weiterverarbeitung von ungeschäumten Kunststoffplatten zu Hohlkörpern geeignet.

Verfahren gemäß DE-A-35 12 973 und DE-A-40 06 729 beschreiben die Herstellung von Schaumstoffhohlkörpern, arbeiten jedoch nach einem ähnlichen Prinzip wie das Blasformen und bringen aufgrund der Prozeßführung und Anlagentechnik geometrische Einschränkungen der Hohlkörper mit sich.

Allgemein wird beim Thermofolmen beispielsweise durch Abdrücke der Belüftungslöcher eine mangelhafte Oberflächenqualität erzielt. Die nicht an der Formhälfte anliegende Seite zeigt durch Aufschmelzung des Polymers ebenfalls eine rauhe Oberflächenstruktur.

Die derzeit eingesetzten vernetzten oder teilvernetzten Polyolefinschaumfolien sind des weiteren nur eingeschränkt tiefziehfähig, da ein solches vemetztes Polymer bei erhöhter Temperatur nicht mehr ausreichend in einen viskosen oder viskoelastischen Zustand überführbar ist und somit keine größeren Tiefziehraten wie bei einem unvernetzten Polymer möglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffhohlkörper bereitzustellen, welches über eine einfachere Prozeßführung und mittels einfacher und kostengünstiger Anlagen- technik eine wirtschaftliche Herstellung geschäumter Kunststoffhohlkörper nied- riger Dichte ermöglicht, und zwar ohne Beschränkung auf bestimmte Geometrien der Hohlkörper durch eingeschränkte Tiefziehraten, mit dem die Herstellung geschäumter Kunststoffhohlkörper mit glatter, optisch ansprechender Oberfläche gelingt, die sich vollständig wiederverwerten (recyceln) lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halbzeuge aus geschäumtem, thermoplastischem Kunststoff über poröse oder perforierte Werkzeughälften, an denen jeweils Unterdruck anliegt, umgeformt werden und über Druck und/oder Temperatur zu einem Hohlkörper stoffschlüssig verbunden werden.

Auf diese Weise lassen sich überraschend einfach und wirtschaftlich geschäumte Kunststoffhohlkörper beliebiger geometrischer Form und Größe mit niedriger Dichte herstellen, die eine glatte, optisch ansprechende Oberfläche von hoher Güte aufweisen, vollständig wiederverwertbar sind und sich deshalb beson- ders zur Herstellung von Isolierbehältern für den Lebensmittelbereich und von hochwertigen Kraftfahrzeuginnenausstattungselementen, beispielsweise Luftfüh- rungselementen, eignen.

Als Kunststoffhalbzeuge aus geschäumtem, thermoplastischem Kunststoff werden erfindungsgemäß vorzugsweise ein-oder mehrlagige unvemetzte Polypropylenschaumfolien, sogenannte XPP-Folien, verwendet, die besonders bevorzugt auch in Kombination mit ungeschäumten Kunststoffolien, Geweben,

Gewirken, Nonwovens, Glasfasern, Dekor-und Deckschichten eingesetzt werden können.

Vorzugsweise werden die unvernetzten Polypropylenschaumfolien mit auf- kaschierten oder koextrudierten ungeschäumten Folien eingesetzt.

Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist die unvernetzte Polypropylenschaumfolie zumindest teilweise mit aufkaschierten Dekorschichten, insbesondere Dekorfolien oder textilen Schichten, verbunden. Besonders bevorzugt werden Einlegeteile oder Dekorelemente wie beschriftete Folien während des Prozesses, insbesondere wenn er als Thermoformierprozeß ausge- staltet ist, angeformt.

Zur Formgebung und Verarbeitung der Halbzeuge werden die Werkzeuge derart gestaltet, daß die Werkzeughälften, deren Form der äußeren Kontur des herzustellenden Hohlkörpers entspricht, aus einem porösen Werkstoff bestehen oder perforiert sind. Zum Einsatz können hierbei poröse oder perforierte Harze, poröse oder perforierte Metalle, Metallgitter, Sintermetalle oder Kombinationen daraus kommen. Über die Poren bzw. Perforationen in den Werkzeughälften werden die umzuformenden Halbzeuge, z. B. Schaumfolien, mittels Unterdrucks zunächst in einer Werkzeughälfte gehalten, wodurch eine Fixierung der Folie und eine faltenfreie Anpassung derselben an die Werkzeugkonturen gewährleistet wird. Das Anpassen an die Werkzeugkontur kann durch Regelung des Unter- drucks erfolgen, der eine Verformung der Schaumstoffolie bewirkt. Dabei können die Halbzeuge über Spannvorrichtungen gehalten werden, die vorzugsweise eine Nachführung des Materials während des Tiefziehprozesses erlauben und/oder die Abdichtung zwischen Halbzeug und Werkzeughälfte gewährleisten.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätzlich ein Gegenhalter oder ein Werkzeugkern verwendet werden, der zur Umformung über der Folie in die perforierte oder poröse Werkzeughälfte gedrückt wird. Zur Unterstützung des Umformprozesses können die umzu- formenden Halbzeuge vor dem Umformprozeß und/oder während des

Umformprozesses erwärmt werden, beispielsweise durch Infrarotstrahlung. Die umzuformenden Halbzeuge werden vorzugsweise auf eine Temperatur von 150 bis 250°C erwärmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Werk- zeughälften temperiert werden.

Während des Umformprozesses oder in einem nachfolgenden Schritt werden die Kunststoffhalbzeuge, die gegebenenfalls auch vorgeformt sein können, an der Trennebene der Werkzeughälften miteinander mindestens teilweise stoffschlüssig verschweißt. Dies erfolgt durch Zusammenführen der Werkzeughälften und Temperierung der Halbzeuge an den zu verschweißenden Stellen. Ein wesent- liches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Nutzung der Wärmeenergie zur gleichzeitigen Thermoformierung und Verschweißung der Halbzeuge an ihren Kontaktstellen. Das Schließen der Werkzeughälften bzw. das Zusanunenffihren der späteren Verbindungsstellen wird zeitlich mit dem Beginn der Thermoformierung so gesteuert, daß eine ideale Thermoformierung bzw.

Verstreckung der Halbzeuge, ggf. unter Nachführung der als Halbzeuge verwendeten Schaumfolien, ermöglicht wird und die Verbindungsstellen dennoch eine ausreichende Temperatur zur Verschweißung aufweisen.

Die für das Umformen notwendige Erwärmung der tiefzuziehenden/umzu- formenden Halbzeuge kann über Heizeinrichtungen wie beispielsweise Infrarot- Strahler außerhalb und/oder innerhalb des Werkzeugs und/oder durch Temperieren der Werkzeugkavität erreicht werden. Ferner kann über die Werk- zeugtemperierung die Abbildungsgenauigkeit der Werkzeugoberfläche in der Schaumfolie gesteuert werden und eine Hautbildung bzw. Verdichtung auf der Folienoberfläche erzeugt werden.

Vorzugsweise werden die Werkzeughälften gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Anlegen eines Unterdrucks geschlossen. Während der Verschweißung wird der Unterdruck zumindest teilweise in den Werkzeughälften aufrecht- erhalten. Ferner kann auch über eine Regelung des Drucks im Werkzeug das

Material nachfließen, um Rissen und Wandstärkeänderungen in stark umzu- formenden Bereichen vorzubeugen.

Bei einer weiteren Ausführungsfbrm der Erfindung wird eine Lanze in den entstehenden Hohlraum des Hohlkörpers eingeführt, um entweder einen Über- druck im Inneren aufzubauen, um die Ausformung und Oberflächenqualität zu erhöhen, oder aber einen Unterdruck herzustellen, der die Dichte der Schaumfolie durch Zunahme der Wandstärke erniedrigt und die Biegesteifigkeit erhöht.

Insbesondere an den hochverstreckten Bereichen wird bei einem normalen Thermoformier-oder Tiefziehprozeß die Wandstärke und somit die Biege- steifigkeit geringer. Die geschäumte Struktur ermöglicht durch Anlegen von Unterdruck an beiden Seiten der erhitzten Schaumfolie, d. h. im Hohlraum und am Werkzeug, eine Vergrößerung oder zumindest Rückführung der Wandstärke auf ihre ursprüngliche Dicke.

Die Oberflächen von zumindest einer der beiden Werkzeughälften werden vorzugsweise mindestens teilweise strukturiert, wobei die Struktur vorzugsweise in Form einer Narbung, beispielsweise einer Ledernarbung, oder einer Textil- struktur oder Gitterstruktur vorliegt und durch Abformung der Werkzeuge von einem Negativmodell mit entsprechender Oberflächenstruktur oder durch direktes Einbringen der Struktur in die Werkzeugoberflache mittels gängiger Verfahren, z. B. spanender Verfahren, Ätzverfahren, Funkenerosionsverfahren, Laserver- fahren, erzeugt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die kosten- günstige Herstellung von Hohlkörpern und Formkörpern, die zumindest teilweise Hohlräume enthalten. Es wird ein Verfahren bereitgestellt, welches auch die Herstellung von Hohlkörpern mit geschäumten Wandungen niedriger Dichte ermöglicht. Über die Regelung des Unterdrucks an der Werkzeugwand in Kombination mit der Temperierung der Schaumfolien und/oder der Werkzeuge wird eine reproduzierbare Wanddicke der Schaumstoffhohlkörper mit qualitativ hochwertiger Oberfläche erhalten.

Auf die beschriebene Weise können vorteilhaft extrem leichte und wärme- isolierende Luftführungselemente und andere Teile für die Kraftfahrzeuginnen- ausstattung hergestellt werden. Ebenso können doppelwandige, wärmeisolie- rende, leichte Behälter für die Nahrungsmittelindustrie mit hochwertiger, hygienisch einwandfreier Oberfläche hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert : - Figur 1 ist die schematische Darstellung einer Heizeinrichtung für Schaum- folien ; - Figur 2 bis Figur 6 zeigen schematisch verschiedene Stadien einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstel- lung eines geschäumten Kunststoffhohlkörpers aus unvernetzten Polypropylen- schaumfolien, unter Verwendung poröser Werkzeughälften.

Ausführungsbeispiel : Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, werden in einer Infrarot-Heizein- richtung (10,20) zwei Polypropylenschaumfolien (XPP-Folien) (1, 2) auf eine Temperatur zwischen 150°C und 210°C erwärmt.

Die erwärmten Schaumstoffolien (1, 2) werden in ein poröses Umform- werkzeug (Figur 2) mit den beiden temperierbaren Werkzeughälften (5,6) aus handelsüblichem Porenharz der Marke Metapor transferiert und durch Anlegen eines Unterdrucks (symbolisiert durch die Pfeile 3,4) an den porösen Werkzeughälften (5,6) fixiert.

Durch Regulierung des Unterdrucks (Figur 3) an den beiden Werkzeughälften (5,6) wird eine beginnende Umformung der Schaumstoffolien (1, 2) und Anpassung an die Innenkontur der Werkzeughälften (5,6) erreicht.

Während des Schließvorgangs der Werkzeughälften (5,6) (Figur 4) wird eine vollständige Umformung der Schaumstoffolien (1, 2) und Anpassung an die Innenkontur der Werkzeughälften (5, 6) erreicht.

Durch Schließen der Werkzeughälften (5, 6) (Figur 5) und Anlegen äußeren Drucks (symbolisiert durch die Pfeile 7) und ggf. Wärmezufuhr wird eine Verbindung der Schaumstoffolien (1, 2) an der Trennebene (8) erreicht. Der Unterdruck an den Werkzeughälften (5,6) wird zumindest teilweise aufrecht- erhalten, um ein Verziehen der Folien zu vermeiden.

Die Werkzeughälften (5,6) werden nach Aufhebung des Unterdrucks geöffnet (Figur 6), wonach das aus den Schaumstoffolien (1, 2) gefertigte Formteil (30), ein Hohlkörper aus geschäumtem Polypropylen, entnommen wird.