DE102016101207A1

DE102016101207A1 - SPRITZGIEßEN VON HOHLEN GEGENSTÄNDEN

Info

Publication number: DE102016101207A1
Application number: DE102016101207.6A
Authority: DE
Inventors: Raj S. Roychoudhury
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US20170190141A1; CN105835310B; CN105835310A; US10926729B2; RU2016102715A; RU2016102715A3; US20160221295A1; RU2681902C2; US9636888B2; MX2016001561A; BR102016002423B1; MX371322B; BR102016002423A2

Abstract

Es werden Fügestellenausgestaltungen, Werkzeuge und Gießverfahren für einen hohlen Gegenstand, beispielsweise ein Fahrzeugpolsterkissen, beschrieben. Die Verfahren und Strukturen stellen einen Prozess und ein System bereit, welche das Ausrichten der Gießform, das Ausrichten der Teile, die Materialfestigkeit, die Anpassungsfähigkeit der Konstruktion, das effiziente Bearbeiten, die Einsparung von Arbeitsaufwand, höhere Fertigungstakte, einen verminderten Energieaufwand pro Teil, ästhetisch ansprechende Oberflächen begünstigen sowie die Notwendigkeit von Schweißungen vermindert oder eliminiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Nicht zutreffend.

ERKLÄRUNG ZU STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG

Nicht zutreffend.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Spritzgießverfahren, -konstruktionen und -strukturen, und insbesondere Umspritzverfahren zum Herstellen von hohlen Spritzgussgegenständen. Beispielhafte Anwendungen von geformten Gegenständen sind u.a. aufblasbare Polsterkissen zur Verhütung von Verletzungen bei Fahrzeugkollisionen. Es werden Polsterkissenkonstruktionen und Verfahren für Gießformen und Werkzeugbestückung bei der Herstellung von Polsterkissen beschrieben.
Bei einem aktiven Polsterkissen handelt es sich um eine Vorrichtung für den Insassenschutz in Fahrzeugen mit einem mit Gas aufblasbaren Balg, um während eines Aufpralls Stöße abzufangen und Insassenverletzungen zu mindern. Aktive Polsterkissen werden bei einem Fahrzeugaufprall ausgefahren, um die Auftreffkraft eines Insassen auf ein Innenraumpaneel des Fahrzeugs zu dämpfen. Im Gegensatz zu Luftkissen, die beim Aufblasen von hinten her aus diversen Öffnungen austreten, wird bei aktiven Polsterkissen die Innenverkleidungsoberfläche selbst verwendet, um sich bei der Erkennung eines Aufprallereignisses auszudehnen und ein Auftreffen eines Insassen zu absorbieren und durch Entlüftung eines Aufblähgases Energie abzubauen.
Das Polsterkissen weist eine dehnbare Hohlkammer auf, die in der Regel durch Spritzgießen eines zum Innenraum hinweisenden Frontverkleidungswandabschnitts des Fahrzeugs und eines rückseitigen Balgabschnitts geformt wird. Der vordere und der rückseitige Abschnitt können zum Zusammenfügen der zwei die Kammer bildenden Abschnitte umfangseitig aneinander angebracht sein. Dieser Herstellprozess bietet die Vorteile des Spritzgießens, unter anderem: das Bereitstellen von Werkstoffen mit einer gegenüber dem Blasformen höherer Festigkeit und Gleichförmigkeit, das Herstellen von Teilen mit guter Passgenauigkeit und Oberflächengüte sowie das separate Bilden jeden Abschnitts, so dass jeweils verschiedene Werkstoffe und verschiedene Werkstoffstärken bei der Fertigung jedes Abschnitts verwendet werden können.
Dieser Herstellprozess weist jedoch auch Nachteile auf. Das separate Formen und nachfolgende Ausrichten und Fügen der Teile erhöht den Zeit- und Arbeitsaufwand, der zum Herstellen der Polsterkissen benötigt wird. Die Schweißnaht zwischen den zwei Abschnitten erzeugt eine Schwachstelle, die entweder die Wahrscheinlichkeit eines Ablösens an der Schweißung beim Aufblasen oder die Ausschussrate von Polsterkisseneinheiten während der Herstellung erhöht. Der Prozess des Schweißens mit Heizplatten beinhaltet allgemein die Ausbildung der Schweißung auf einer flachen Oberfläche, so dass die Richtung der Aufblähkraft senkrecht zur Schweißung liegt, was zum gegenseitigen Ablösen und zu einer Trennung der Schweißung führen kann, wenn das Polsterkissen aufgeblasen wird.
Beim Aufblasen können verschiedene Beanspruchungen die Wahrscheinlichkeit der Trennung der Schweißung an der Fügestelle zwischen separat geformten Strukturen erhöhen. Aufgrund der Ausbildung der Anbringung, um die Faltbalgwand aufblasbar zu gestalten, stellt sich bei einigen Schweißnahtkonstruktionen beim Ausdehnen eine erhebliche Ablösebelastung ein. Eine Kunststofffügestelle weist allgemein eine Scherfestigkeit auf, die höher ist als eine Ablösefestigkeit. Es wäre wünschenswert, die höhere Scherfestigkeit auszunützen, um die Wahrscheinlichkeit einer Trennung der Fügestelle zu vermindern.
Es besteht damit ein nach einer Polsterkissenkonstruktion und einem Herstellprozess, welche die Vorteile des Spritzgießens bereitstellen, und gleichzeitig die Ineffizienz und die Trennung der Fügestelle vermindern. Eine solche Konstruktion und ein solcher Herstellprozess wären ebenso gewinnbringend für andere robuste hohle Gegenstände wie Druckgefäße.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Spritzgießen eines hohlen Gegenstands durch Umspritzen in der Gießform bereitgestellt. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer dreiteiligen Gießform; Einspritzen einer ersten Einspritzung einer ersten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen einer ersten Gießform und einer zweiten Gießform zum Bilden eines ersten Teils; Einspritzen einer zweiten Einspritzung einer zweiten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen der zweiten Gießform und einer dritten Gießform zum Bilden eines zweiten Teils; Umsetzen mindestens einer Gießform zum Ausrichten der ersten Gießform zur dritten Gießform, wobei das erste Teil in der ersten Gießform zurückgehalten wird und das zweite Teil in der dritten Gießform zurückgehalten wird; Einspritzen einer dritten Einspritzung einer dritten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, wobei die dritte Gussmasse das erste Teil mit dem zweiten Teil zum Bilden des hohlen Gegenstands haftend verbunden wird.
Bei einem weiteren Merkmal in Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich um das Einschränken des Flusses der dritten Einspritzungdurch einen Verdichtungsbereich, der durch Anbringen des ersten Teils am zweiten Teil gebildet wird.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich um das Bereitstellen eines Werkzeugs für das Umspritzen in der Gießform.
Bei einer Ausführungsform wird eine dreiteilige Gießform mit Umspritzen in der Gießform bereitgestellt, ohne dass die Teile vor dem Haftverbinden der Teile von der Gussform ausgeformt werden müssen.
Eine Ausführungsform einer dreiteiligen Gießformkonstruktion erlaubt synchrones Bearbeiten und Umsetzen einer mittleren Gießform zwischen zwei Spritzgießmaschinen.
Eine weitere Ausführungsform stellt eine vierteilige Gießform mit Umspritzen in der Gießform bereit, ohne dass die Teile vor dem Haftverbinden der Teile von mindestens einer der Gussformen ausgeformt werden müssen.
Eine weitere Ausführungsform stellt mindestens eine separate Haftverbindungs-Gießform bereit, wobei eines oder mehrere Teile zur Haftverbindungs-Gießform umgesetzt werden. Ebenso können Gießformen anstelle von Teilen zwischen Spritzgießmaschinen umgesetzt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen hohlen Gegenstand bereit, der kostengünstig herzustellen und ästhetisch ansprechend ist. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich beim hohlen Gegenstand um ein Fahrzeugpolsterkissen.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Fügestelle zwischen den Teilen des hohlen Gegenstands fest und trennungsresistent.
Es werden gemäß den vorhergehenden Aspekten der Erfindung beispielhafte Verfahren, Systeme, Konstruktionen und Werkzeuge bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Polsterkissen-Gießform mit drei Gießformabschnitten.
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Polsterkissen-Gießform aus 1, wobei der mittlere Gießformabschnitt enfernt ist und die äußeren Gießformabschnitte ausgerichtet sind.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines geformten Polsterkissens.
4 zeigt eine Darstellung einer Ablaufs zum Bilden eines Polsterkissens unter Verwendung eines Prozesses mit zwei Maschinen und einer gemeinsamen mittleren Gießform.
5 zeigt eine Abbildung eines Ablaufs zum Bilden eines Polsterkissens unter Verwendung eines Prozesses mit zwei Maschinen und dem Umsetzen von Teilen.
6 zeigt eine Abbildung eines Ablaufs zum Bilden eines Polsterkissens unter Verwendung einer vierteiligen Gießform mit zwei sich drehenden mittleren Gießformen.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Polsterkissenfügestelle, wobei die Teile des Verkleidungspaneels und des Balgs zum Haftverbinden in einer Haftverbindungs-Gießform aus einer Gießform ausgeformt worden sind.
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Abrisslasche in einer Polsterkissenanordnung.
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines geformten Polsterkissens, das einen Flansch aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden zum Erzeugen einer robusten Struktur Strukturen und Verfahren zum Herstellen eines hohlen Gegenstand unter Verwendung von Spritzgießen mit Umspritzen beschrieben. Beispielhafte Ausführungsformen sind u.a. dehnbare hohle Gegenstände, die sich zur Verwendung in Sicherheitssystemen mit aktiven Polsterkissen eignen.
Eine Struktur eines aktiven Polsterkissens weist in der Regel u.a. eine äußere Wand oder ein Verkleidungspaneel auf, die bzw. das einem Fahrzeuginsassen zugewandt, an einer Innenwand, einer flexiblen Folie, oder einem Belag entlang einem versiegelten Umfang angebracht ist. Um ein aufblasbares Kissen bereitzustellen, sind eine oder beide Wände deformierbar. Die innenliegende Balgwand kann einen gefalteten (d.h. akkordeonartigen) Bereich aufweisen, der beim Aufblasen auseinandergefaltet wird.
Polsterkissenkonstruktionen sind u.a. die US-Patentschrift 8,205,909 , herausgegeben am 26. Juni 2012, die hiermit unter Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird und die ein aktives Kniepolsterkissen offenbart, das in einer Handschuhfachklappe integriert ist, die leichtgewichtig und optisch ansprechend ist; die US-Patentschrift 8,474, 868 , herausgegeben am 2. Juli 2013, die hiermit unter Bezugnahme ebenfalls in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird und die eine weitere Struktur offenbart, in welcher ein aktives Polsterkissen eine äußere Wand oder ein Verkleidungspaneel aufweist, die bzw. das einem Fahrzeuginsassen zugewandt an einer inneren Wand oder einem inneren Paneel entlang einem versiegelten Umfang angebracht ist.
Um beim Schutz der Beine eines Fahrzeuginsassen Hilfe zu bieten, kann sich ein aktives Kniepolsterkissensystem benachbart zum Beinraum eines Fahrzeugs befinden. Das System kann eine Grundpaneelkomponente aufweisen, welche die Tragstruktur oder das Fundament des Polsterkissens bildet. Der Boden kann Teil einer Handschuhfachklappe sein, die durch ein Scharnier an einem Stauraum oder einem Handschuhfach am Fahrzeug angebracht ist. Alternativ dazu kann ein aktives Polsterkissen an einer anderen Tragstruktur gelagert sein, wie beispielsweise an einem Armaturenträger unter einer Lenksäule. Solche Stellen stellen eine Schnittstelle gegenüber den Knien einer Person dar, die in einer entsprechenden Sitzposition innerhalb des Fahrzeugs fährt. Das Polsterkissen kann auch so positioniert werden, dass es andere Körperbereiche schützt, wie z.B. als ein an einer Fahrgasttür montiertes Polsterkissen zum Schutz des Rumpfs bei einem Auftreffen im Innenraum. Eine Aufblähgasquelle bzw. ein Gasgenerator kann mechanisch oder elektronisch gesteuert sein, um während eines Aufpralls auszulösen und ein Gas zum Aufblasen des Polsterkissens entweichen zu lassen.
Bei der Herstellung von Polsterkissen wird Spritzgießen verwendet. Bei bestehenden Prozessen werden Polsterkissenteile getrennt und unabhängig voneinander geformt, wobei spezifische Werkzeuge für jedes Teil, jedes Bauteil und jeden Abschnitt verwendet werden. Jedes Teil wird nicht synchron mit den anderen Teilen des Polsterkissens gebildet, wobei die Montage nach dem beendeten Spritzgießprozess erfolgt.
Demgegenüber beschreiben Ausführungsformen der Erfindung ein Spritzgießen mit einer Montage der Balgwand und der Verkleidungswand eines Polsterkissens in der Gießform. Ausführungsformen beschreiben das Einspritzen einer gemeinsamen Gussmasse, um zwischen den Teilen eine Haftverbindung zu bilden. Ausführungsformen beschreiben eine Ausbildung, die ein Falten und Formen umfasst, um den Fluss der gemeinsamen Gussmasse einzuschränken. Ausführungsformen beschreiben eine dreiteilige Gießform, eine dreiteilige Gießform mit einer synchronen Fertigungstraße mit zwei Maschinen, ein Formensystem mit gleitenden Matrizen sowie eine vierteilige Gießform. Ausführungsformen beschreiben auch nebeneinander angeordnete Gießmaschinen, die sich ein mittleres Gießwerkzeug teilen. Ausführungsformen beschreiben das Bilden einer mechanischen Arretierung zwischen Teilen unter Verwendung eines Umsetzens von Teilen zwischen Gießformen.
Nunmehr auf die Figuren Bezug nehmend, zeigen die 1 bis 3 ein dreiteiliges Werkzeug mit einer Haftverbindung, die durch Umspritzen in der Gießform erfolgt. Dabei weden mehrere Teile gebildet und haftend verbunden, ohne dass die Teile aus einer Gießform, einem Werkzeug oder einer Matrize ausgeformt werden, in welchem bzw. welcher ein Teil gebildet worden ist. Zwei nicht symmetrische Hälften bzw. Seiten einer Anordnung werden gleichzeitig durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung einer Spritzgussmasse gebildet, wobei drei Gießformen oder Werkzeuge verwendet werden, und danach durch eine dritte Einspritzung einer Spritzgussmasse zusammengefügt, nachdem die mittlere Gießform entfernt worden ist.
1 zeigt einen Querschnitt von Gießformen für eine Anordnung eines Kniepolsterkissens. Zwischen einer ersten Gießform 103 und einer zweiten Gießform 104 wird ein Verkleidungspaneel 101 gebildet, das dem Insassen zugewandt ist. Zwischen der zweiten Gießform 104 und einer dritten Gießform 105 wird eine dehnbare gefaltete Balgplatte 102 gebildet. Die zweite Gießform 104 wird entfernt, wobei 2 das Verkleidungspaneel 101 in der ersten Gießform 103 benachbart zur Balgplatte 102 in der dritten Gießform 105 zeigt. Das Verkleidungspaneel 101 ist zur Balgplatte 102 benachbart positioniert, wobei die zwei Abschnitte mit einem Haftverbindungswerkstoff 106 zusammengefügt sind. Bei den Werkstoffen, welche die Haftverbindung 106, das Verkleidungspaneel 101 und die Balgplatte 102 bilden, kann es sich um die gleiche Spritzgussmasse handeln, oder sie können auch aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein.
Wie in 2 gezeigt weist die dritte Gießform 105 einen Verdichtungsbereich 107 auf, der verhindert, dass das eingespritzte Haftverbindungsmaterial an der ersten Falte vorbeifließt und in einen mittleren Hohlraum 108 hineinfließt, wenn die erste Gießform 103 und die dritte Gießform 105 zum Bilden der Haftverbindung 106 zueinander ausgerichtet sind.
Das Umspritzen, das zwischen der Balgplatte 102 und dem Verkleidungspaneel 101 in der Gießform stattfindet, hilft beim Ausrichten und verbessert so die Maßhaltigkeit für eine qualitativ hochstehende Passgenauigkeit und Oberflächengüte. Das Aufbringen des Umspritzfügemasse während sich die Balgplatte 102 und das Verkleidungspaneel 101 in mindestens einer Gießform des Bildungsschritts verbleiben, verbessert auch die Haftverbindung, weil die Restwärme, die zum Teil in einer Gießform verbleibt, bei den meisten Spritzgussmassen die Haftverbindung unterstützt. Der Prozess vermindert auch den Energieverbrauch, weil die Gießformen vor dem Haftverbindungsschritt keine vollständige Abkühlung benötigen und der Heizungs- und Kühlungszyklus einen großen Anteil der Energie im Spritzgießprozess verbraucht. Die Reduzierung der Anzahl von Umsetzungen der Gießformen minimiert auch sichtbare Defekte, die durch die Verwendung von Auswerfstiften in den Gießformen herrühren.
3 zeigt einen Ausschnitt des Querschnitts eines Abschnitts einer gebildeten Kniepolsterkissenanordnung 100 in der nicht ausgefahrenen Position. Gezeigt sind das Verkleidungspaneel 101, die Haftverbindung 106 sowie die Balgplatte 102. Ein mittlerer Bereich zwischen dem Verkleidungspaneel 101 und der Balgplatte 102 bildet einen Expansionshohlraum 108. In der nicht ausgefahrenen Position weist die Balgplatte 102 Falten bzw. akkordeonartige Falten auf, die sich in die ausgefahrene Position entfalten, wenn der Hohlraum 108 mit einem Aufblähgas gefüllt wird. Das Verkleidungspaneel 101 weist eine Außenoberfläche 109, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, und eine Innenoberfläche 110 auf, die der Balgplatte 102 zugewandt ist.
Die Innenoberfläche 110 zeigt nahe dem Rand der Innenoberfläche 110 eine Rinne 111 und Rippe 112. Die Kante der Balgplatte 102 lässt sich in die Rinne, bzw. den Kanal, bzw. die Nut 111 zwischen den Rippen 112 einsetzen. Über die Haftverbindung 106 haftet die Balgkante an der Rinne 111 zwischen den Rippen 112 am Verkleidungspaneel 101 an. Ein Nutzen der Positionierung der Haftverbindung 106 an der Nut 111 zwischen den Rippen 112 liegt darin, dass die Kraft der Aufblähung des Balgs eine Scherkraft statt einer Ablösekraft an der Schnittstelle zwischen der Balgplatte 102 und dem Verkleidunspaneel 101 erzeugt. In einigen Ausführungsformen ist die scherbelastete Haftverbindung 106 fester als die Zugfestigkeit der Balgplatte 102.
Zusätzlich zur erhöhten Festigkeit liegt ein weiterer Nutzen der Positionierung der Haftverbindung und deren Ausbildung in einer im Wesentlichen senkrechten Nut mit einer Versiegelung nahe dem Rand und dem Umfang des Paneels darin, dass im Vergleich zu Polsterkissen mit einem an einer Innenseite einer Verkleidungswand flach angeschweißten Balg ein größerer Bereich für den Aufblähhohlraum 108 zur Verfügung steht. Da die Spritzgussfügestelle schmaler sein kann als eine geschweißte Fügestelle, kann mit einer geformten Polsterkissenkonstrution ein im Vergleich zu einer geschweißten Standardpolsterkissenkonstruktion größerer Sack bzw. eine größerer Aufblähohlraum in einem gleich großen Platz bereitgestellt werden.
Weitere Vorteile einer Spritzgusskonstruktion gegenüber einer geschweißten Polsterkissenkonstruktion sind u.a.: verbesserte Maßgenauigkeit bei Fügeteilen, was zu einer verbesserten Passgenauigkeit und verbesserter Oberflächengüte führt; Kosteneinsparungen hinsichtlich Platz, Einrichtung und Arbeit, indem eine Schweißstation aus dem Prozess eliminiert wird; sowie verminderter Abfall und tiefere Ausschussraten bei den Teilen, da Abweichungen beim Schweißen eliminiert worden sind.
Die Rippen 112 können mit Eckverstärkungen 113 versteift werden. Eckverstärkungen 113 bzw. rippenartige Abstützungen verleihen Steifheit, Festigkeit und Unterstützung, ohne dass im Verkleidungspaneel 101 eine unzulässige Anhäufung bzw. Verdickung erfolgt. Einfallstellen in der Außenfläche des Verkleidungspaneels 109 werden vermieden, indem Eckverstärkungen 113 zur Unterstützung verwendet werden, wodurch eine erhöhte Festigkeit des Gratbereichs ermöglicht wird, während eine Wandstärke beibehalten wird, die gegenüber der durchschnittlichen Wandstärke proportional ist.
Die Abmessungen eines Polsterkissens können im Hinblick auf die ausgewählten Werkstoffe und die gewünschten Funktionsparameter eingestellt und konstruiert werden. Bei der Gestaltung eines Fahrzeuginnenraums werden im Allgemeinen ästhetisch ansprechende Werkstoffe, die oft als Werkstoffe der Güteklasse A bezeichnet werden, für Oberflächen verwendet, die im Fahrzeuginnenraum sichtbar sind. Demgegenüber können für versteckte Oberflächen Werkstoffe, die hauptsächlich auf ihre Funktionalität und nicht auf ihre optische Gefälligkeit hin konstruiert worden sind und oft als Werkstoffe der Güteklasse B bezeichnet werden, ausgewählt werden. Beispielsweise kann das Verkleidungspaneel 101 unter Verwendung von Werkstoffen der Grüteklasse A gebildet werden, während die Balgplatte 102 unter Verwendung von Werkstoffen der Güteklasse B gebildet werden kann.
Eine oder mehrere der Gießformen kann mit mehreren Einspritzöffnungen versehen sein. Die Verwendung von mehreren Einspritzöffnungen in einer einzigen Gießform stellt separate Einlässe für das Einspritzen von Gussmasse und für das Einspritzen von Haftverbundmasse bereit. Es können auch mehrere Einlässe für einen einzigen Werkstoff bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen sind die Einspritzöffnungen entlang der Fügelinie in regelmäßigen Abständen angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die Einspritzöffnungen mit Zwischenräumen in regelmäßig Abständen angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die Einspritzöffnungen so angeordnet, dass der eingespritzte Werkstofffluss gelenkt wird. In einigen Ausführungsformensind die Einspritzöffnungen so ausgebildet, dass der eingespritzte Haftverbundmassenfluss im Wesenlichen in einer Richtung um die Fügestelle gelenkt wird.
Der hohle Gegenstand kann unter Verwendung einer Verarbeitung mit gleitenden Matrizen gebildet werden. Bei der Verarbeitung mit gleitenden Matrizen werden die Segmente des hohlen Gegenstands in einem ersten Gießformensatz gebildet, wobei diese Gießformen zum Fügen der Segmente dann innerhalb der Maschine ausgerichtet werden.
4 zeigt eine Abbildung eines Ablaufs zum Bilden eines Polsterkissens unter Verwendung eines Prozesses mit zwei Maschinen und eines gemeinsamen mittleren Werkzeugs. Die Schritte laufen in einem zeitversetzten synchronen Parallbeletrieb ab. Jede Maschine bzw. Einspritzstation durchläuft Spritzgießschritte in einem Zyklus. Jede Maschine weist ein Verkleidungspaneelwerkzeug 116 sowie ein Balgwerkzeug 117 auf. Ebenso liegt ein mittleres Werkzeug 118 vor, das zwischen den zwei Maschinen bewegt wird. Das mittlere Werkzeug 118 kann von Hand oder weiter bevorzugt durch einen automatisierten Prozess bewegt werden.
Wie in 4 gezeigt, handelt es sich bei den Schritten um: A) Bilden des Verkleidungspaneels 101 und der Balgplatte 102; B) Entfernen der mittleren Gießform 118; C) Fügen des Verkleidungspaneels 101 und der Balgplatte 102 an der Haftverbindung 106; und D) Auswerfen der gebildeten Polsterkissenanordnung 100, und anschließendes Wiederholen der Schritte. Die Schritte, die in der zweiten Maschine ablaufen, sind gegenüber der ersten Maschine zeitversetzt, laufen jedoch in der gleichen Reihenfolge ab. Die mittlere Gießform 118 wird in der ersten Maschine verwendet, wenn sie nicht in der zweiten Maschine verwendet wird. Somit läuft in der ersten Maschine der Zyklus von A zu B zu C zu D und zurück nach A ab, während in der zweiten Maschine der Zyklus C' zu D' zu A' zu B' und zurück zu C' abläuft. Die zwei Maschinen werden in gegenseitig synchronisierten Zyklen betrieben.
5 zeigt einen Simultanprozess mit zwei Maschinen und dem Umsetzen von Teilen. Bei den Schritten in der ersten Maschine handelt es sich um: I) Bilden des Verkleidungspaneels 101 und der Balgplatte 102; II) Trennen der Gießformen; III) Bewegen des Verkleidungspaneels 101 und der Balgplatte 102 zur zweiten Maschine; und Wiederholen der Schritte. Bei den Schritten in der zweiten Maschine handelt es sich um: i) Einlegen des Verkleidungspaneels 101 und der Balgplatte 102 in eine erste Fügegießform 114 und eine zweite Fügegießform 115; ii) Ausrichten der ersten Fügegießform 114 und einer zweiten Fügegießform 115 sowie Einspritzen von Haftverbindungsmasse zum Bilden der Haftverbindung 106, die das Verkleidungspaneel 101 mit der Balgplatte 102 zusammefügt; und iii) Trennen der ersten Fügegießform 114 von einer zeiten Fügegießform 115 sowie Auswerfen der gebildeten Polsterkissenanordnung 100; und anschließendes Wiederholden der Schritte. Die Schritte, die in der zweiten Maschine ablaufen, sind gegenüber der ersten Maschine zeitversetzt, laufen jedoch in der gleichen Reihenfolge ab.
Das Ergebnis des in 5 gezeigten Prozesses kann auch durch separates und nicht synchronisiertes Formen des Verkleidungspaneels 101 und/oder der Balglplatte 102 erzielt werden. Unter Verwendung eines Verfahrens, bei dem Teile umgesetzt werden, können das Verkleidungspaneel 101 und die Balgplatte 102 jeweils separat geformt werden, wobei jedes Teil in einer zweiteiligen Gießform geformt wird. Anschließend werden das gebildete Verkleidungspaneelteil 101 und das gebildete Balgplattenteil 102 in eine erste Fügegießform 114 und in eine zweite Fügegießform 115 eingelegt, wobei zum Bilden der Haftverbindung 106 eine Haftverbundmasse eingespritzt wird.
6 zeigt eine Abbildung eines Ablaufs zum Bilden eines Polsterkissens unter Verwendung einer vierteiligen Gießform mit zwei sich drehenden mittleren Gießformen. Wie in 6 gezeigt, kann ein vierteiliges Werkzeug mit zwei sich drehenden mittleren Werkzeugen zum Herstellen einer Polsterkissenanordnung 100 ausgebildet werden. Bei der ersten äußeren Gießform handelt es sich um ein Verkleidungswand-Positivwerkzeug 119. Beim ersten mittleren Werkzeug handelt es sich um ein Verkleidungswand-Negativwerkzeug 120. Das Verkleidungswand-Positivwerkzeug und das Verkleidungswand-Negativwerkzeug bilden die Gießform für ein Verkleidungspaneel 101. Bei der zweiten äußeren Gießform handelt es sich um ein Balgwand-Positivwerkzeug 122. Beim zweiten mittleren Werkzeug handelt es sich um ein Balgwand-Negativwerkzeug 121. Das Balgwand-Positivwerkzeug und das Balgwand-Negativwerkzeug bilden die Gießform für eine Balgplatte 102. Das Verkleidungspaneel 101 und die Balgplatte 102 werden durch Drehen des ersten und des zweiten mittleren Werkzeugs zum Bilden einer Fügehaftverbindung 106 zwischen den zwei Hälften positioniert.
Ein beispielhafter Zyklusablauf zum Bilden einer Polsterkissenbalg- und Verkleidungsanordnung unter Verwendung eines vierteiligen Werkzeugs läuft folgendermaßen ab: Schritt 1) S1: die Gießform ist vollständig geschlossen. Zwischen den mittleren Werkzeugen, d.h. dem Verkleidungswand-Negativwerkzeug 120 und dem Balgwand-Negativwerkzeug 121 werden ein Verkleidungspaneel 101 und eine Balgplatte 102 zum Bilden einer Haftverbindung 106 zusammengefügt. Zwischen dem mittleren Verkleidungswand-Negativwerkzeug 120 und dem Verkleidungswand-Positivwerkzeug 119 wird an der ersten äußeren Gießform ein Verkleidungspaneel 101 gebildet. Zwischen dem mittleren Balgwand-Negativwerkzeug 121 und dem Balgwand-Positivwerkzeug 122 wird an der zweiten äußeren Gießform eine Balgplatte 102 gebildet. Schritt 2) S2: die äußeren Gießformen öffnen sich. Die gebildete Balgplatte 102 und das gebildete Verkleidungspaneel 101 verbleiben in ihren jeweiligen mittleren Negativ-Gießformen. Schritt 3) S3: die mittleren Gießformen werden getrennt. Die zusammengefügte Polsterkissenanordnung aus Balg und Verkleidung wird aus dem mittleren Hohlraum ausgeworfen. Schritt 4) S4: die mittleren Gießformen drehen sich. Die gebildete Balgplatte 102 und das gebildete Verkleidungspaneel 101 werden in ihren jeweiligen mittleren Werkzeugen gegenüberliegend positioniert. Schritt 5) S5: die mittleren Werkzeuge werden zusammengefahren, wobei der mittlere Hohlraum geschlossen wird und die Balgplatte 102 und das Verkleidungspaneel 101 zum Haftverbinden positioniert werden. Schritt 6) S6: der Zyklus wird wiederholt. Die mittleren Werkzeuge werden gegenüber den Positionen einige Schritte zuvor gedreht, wegen deren Gestalt kann der Zyklus jedoch von vorne beginnen, wobei Schritt 6 S6 dem Schritt 1 S1 entspricht.
Bei diesem sich überlappenden, zyklischen Herstellprozess ist die Formgebung jedes mittleren Werkzeugs so konstruiert, dass dieses sowohl in einer Ausgansposition als auch in einer gedrehten Position zu einer Gießform passt. In der gezeigten Ausführungsform weist jedes mittlere Werkzeug eine erste Seite und eine zweite Seite auf, wobei die erste und zweite Seite des Werkzeugs zueinander symmetrisch sind.
Dieser Herstellprozess ist vorteilhaft, weil eine Polsterkissenanordnung aus Verkleidung und Balg zusammengefügt werden kann, während gleichzeitig ein anderes Verkleidungspaneel 101 und eine andere Balgplatte 102 gebildet werden. Diese überlappende Herstellweise erhöht die Taktzahl beim Gießen und senkt die Bearbeitungskosten. Ein weiterer Nutzen besteht darin, dass die Polsterkissenteile in der Gießform und in der Maschine verbleiben, so dass die gegenseitige Ausrichtung der Teile beim Schritt des Haftverbindens begünstigt wird. Der Prozess kann die Bearbeitungszeit verkürzen, weil die Teile kein vollständiges Auskühlen benötigen und vor dem Haftverbinden nicht aus der Gießform ausgeformt werden müssen. Die Spritzgießmaschine kann so eingerichtet werden, dass für das Verkleidungspaneel 101, die Balgplatte 102 sowie die Fügestelle-Haftverbindung jeweils verschiedene Werkstoffe verwendet werden können.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Polsterkissenfügestelle, wobei die Teile des Paneels und des Balgs zum Haftverbinden in eine Haftverbindungs-Gießform aus einer Gießform ausgeformt worden sind. Beim Gestalten von Teilen zur Fabrikation in einem Spritzgießprozess ist es wichtig, dass das Teil ohne Verklemmen der Matrizen gebildet werden kann. Ein Verklemmen der Matrizen tritt auf, wenn eine Ausgestaltung das Auseinanderfahren der Gießform ohne Beschädigung des geformten Teils oder der Gießform von vornherein ausschließt. Um Gestaltungen zu kreieren, bei deren Bildung in einem Standart-Gießprozess in einem Schritt ein Verklemmen der Matrizen verursacht würde, können verschiedene Verfahren verwendet werden. Bei diesen Verfahren handelt es sich beispielsweise um mehrstufiges Gießen und um Gießformen mit Teilen, die in mehr als einer Ebene auseinander gefahren werden. 7 zeigt eine Ausgestaltung einer Fügestelle für Teile, die für einen Haftverbindungsschritt mit den Teilen in der zweiten Gießform zur zweiten Gießform umgesetzt werden. Dieser Prozess sieht ein Verfahren vor, bei dem die Haftverbindungsgussmasse einen Überhang 123 des Balgwandsegments bildet. Auch gezeigt wird ein Segment des Verkleidungspaneels 101, wobei sich die Haftverbindung 106 durch das Verkleidungspaneel 101 hindurch erstreckt und ausweitet und eine mechanisch arretierte Verbindungsstelle 124 bildet. Eine mechanische Arretierung kann eine zusätzliche Robustheit sowie einen zusätzlichen Mechanismus, der über die stoffschlüssige Haftverbindung hinausgeht und so ein Trennen der Fügestelle verhindert, bereitstellen.
Eine Einpritzöffnung bzw. ein Einspritzkegel zum Einspritzen der Haftverbundmasse kann entweder in der ersten Fügegießform 114 oder in der zweiten Fügegießform 115 bereitgestellt werden. Für das Einspritzen von einem oder mehreren Werkstoffen können in einer Gießform mehrere Einspritzöffnungen bereitgestellt werden. Der Verdichtungsbereich 107 verhindert eine Extrusion der Haftverbindung 106 über die erste Falte hinaus und in den Expansionshohlraum 108 hinein. Unansehnliche Bereiche auf den zum Innenraum weisenden Oberflächen des Verkleidungspaneels 101, beispielsweise die Spuren einer Einspritzöffnung an der Stelle des Einspritzkegels bzw. der Arretierungsverbindungsstelle 124, können durch eine Polsterung oder durch eine Oberflächenbehandlung repariert werden.
Das Verkleidungsteil 101 kann wie in 8 gezeigt weiterhin eine oder mehrere thermisch angebrachte Abreisslaschen 125 aufweisen. Diese Laschen 125 können wie Stifte vom Verkleidungsteil 101 durch den Expansionshohlraum 108 hindurch und bis zur Balgplatte 102 oder durch jene hindurch abragen. Die Laschen 125 werden lösbar an der Balgplate 102 oder an einer (nicht gezeigten) Haltestruktur angebracht. Die Laschen 125 können beim Einspritzen der Haftverbundmasse durch Umspritzen mit Haftverbundmasse an der Schnittstelle zwischen der Lasche und der Balgplatte 102 angebracht werden, so dass eine Verankerung 126 gebildet wird. Beim normalen Gebrauch hätten die Laschen eine Funktion zur Erhöhung der Passgenauigkeit und der Oberflächengüte, zum Reduzieren von Schwingungen, zum Stabilisieren des Verkleidungsteils und/oder zum Reduzieren von "Hohlraumgeräuschen", wenn auf das Verkleidungspaneel geklopft wird. Bei einem Aufblasereignisses würden die Verkankerung 126 bzw. die Laschen 125 brechen und abreißen. Bei einigen Ausführungsformen würde jede Lasche 125 aufgrund des Aufblasdrucks an der Verankerung 126 von der Balgplatte 102 abgerissen werden.
Die Balgplatte 102 kann wie in 9 gezeigt mit einem Flansch 127 geformt werden. Um die Festigkeit der Fügestelle zwischen dem Verkleidungspaneel 107 und der Balgplatte 102 zu erhöhen, kann der Oberflächebereich der Haftverbindung 106 vergrößert werden. Der Oberflächenbereich kann durch Vergrößern der Abmessungen in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung vergrößert werden, was zu einer Vergrößerung der Tiefe der Nut bzw. der Rinne 111 und zu einer größeren abragenden Höhe der Rippe 112 führt. Durch Hinzufügen des Flansches 127 kann der Oberflächenbereich auch in der durch den Pfeil B angezeigten Richtung vergrößert werden, d.h. von der Mitte der Balgplatte 102 nach Außen hin bzw. parallel zur Frontfläche des Verkleidungspaneels 101.
Der Flansch 127 kann so ausgebildet sein, dass er die äußere Rippe 112 überlappt. Alternativ dazu kann der Flansch 127 so ausgebildet sein, dass er die gesamte Haftverbindung 106 oder nur einen Teil davon überlappt, ohne dass die äußere Rippe 112 überlappt wird. Zusätzlich zur Bereitstellung eines zusätzlichen Oberflächenbereichs erhöht der Flansch die Widerstandsfähigkeit der Fügestelle gegenüber Kräften in mehreren Richtungen, indem eine Haftverbindungsfläche sowohl in der Richtung A als auch in der Richtung B bereitgestellt wird.
Der innere Balg, die Fügestellen-Haftverbindung und die äußere Verkleidungswand eines aktiven Polsterkissens können aus einem gegossenen Kunststoff wie beispielweise Polyethylen, aus einem Poliolefin oder aus PVC bestehen. Bei anderen Werkstoffen, die bei der Herstellung von aktiven Polsterkissen nützlich sein können, handelt es sich beispielsweise um: Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Nylon, Polybenzimidasol (PBI), Polypropylen, Polyurethan sowie um andere, dem Fachmann bekannte Werkstoffe.
In besonderen Einbauformen und Ausführungsformen kann die spritzgegossene Anordnung zusätzliche Strukturen aufweisen, die aus Polymeren, faserverstärkten Verbundwerkstoffen, Metalllegierungen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Harzen, Polyepoxiden oder aus anderen Werkstoffen bestehen. Die Anordnung kann mit Mitteln, die dem Fachmann bekannt sind, eingerichtet sein, beispielsweise unter Verwendung von Bügeln, Verstrebungen, Rahmen, Klemmen, Ausklinkungen, Positionierungsnuten, Hebeln, Distanzscheiben, Formdichtungen, Positionierungsmechanismen und dergleichen. Die Anordnung kann mit Einlagen, Verstärkungen, Entlüftungen, Strukturierungen, Polstermaterialien und zusätzlichen Merkmalen eingerichtet sein.
Die Verfahren und Systeme sind mit Bezugnahme auf die Herstellung und Gestaltung von Sicherheitspolsterkissen beschrieben worden. Die Verfahren und Systeme sind jedoch auch bei anderen gegossenen hohlen Gegenständen verwendbar, wie beispielsweise bei Druckgefäßen, Waschflüssigkeitsgefässen und Kraftstofftanks.
Die verwendeten Begriffe und Ausdrücke sind beschreibend und nicht einschränkend verwendet worden. Wo immer in der Beschreibung ein Bereich angegeben worden ist, versteht es sich, dass alle Zwischenbereiche und Unterbereiche sowie alle in den Bereichen eingeschlossenen Einzelwerte Bestandteil der Offenbarung sind. Obschon die vorliegende Erfindung spezifisch mit besonderen Ausführungsformen und Beispielen offenbart worden ist, versteht es sich, dass optionale Merkmale, Abänderungen und Varianten der hier offenbarten Grundgedanken vom Fachmann verwendet werden können, wobei solche Abänderungen und Varianten als im Schutzumfang der Erfindung liegend verstanden werden, so wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8205909 [0028]
US 8474868 [0028]

Claims

Verfahren zum Spritzgießen eines hohlen Gegenstands mit einer Spritzgießmaschine mit einer dreiteiligen Gießform, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einspritzen einer ersten Einspritzung einer ersten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen einer ersten Gießform und einer zweiten Gießform zum Bilden eines ersten Teils; Einspritzen einer zweiten Einspritzung einer zweiten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen der zweiten Gießform und einer ersten Gießform zum Bilden eines zweiten Teils; Umsetzen mindestens einer Gießform zum Ausrichten der ersten Gießform und einer dritten Gießform, wobei das erste Teil in der ersten Gießform zurückgehalten wird und das zweite Teil in der dritten Gießform zurückgehalten wird; Einspritzen einer dritten Einspritzung einer dritten Gussmasse in einen Hohlraum zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, wobei die dritte Gussmasse das erste Teil mit dem zweiten Teil zum Bilden des hohlen Gegenstands haftend verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich beim hohlen Gegenstand um eine Fahrzeugpolsterkissenanordnung handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfasst: Einschränken des Flusses der dritten Einspritzung durch einen Verdichtungsbereich, der durch Anbringen des ersten Teils am zweiten Teil gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Gießform nicht symmetrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hohle Gegenstand Folgendes umfasst: ein Spritzgusspaneel mit einer Rippe und einer Rinne, die einem Umfang des Paneels benachbart sind; eine Spritzgussplatte mit einem Haftverbundabschnitt an einem äußeren Umfang der Platte, wobei sich der Haftverbundabschnitt innerhalb der Rinne befindet; und eine Spritzgusshaftverbindung zwischen dem Plattenhaftverbundabschnitt und der Paneelrinne.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Gussmasse und die zweite Gussmasse gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Gussmasse und die zweite Gussmasse unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfasst: gleichzeitiges Einspritzen der ersten Gussmasse und der zweiten Gussmasse.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: Betreiben einer zweiten Spritzgießmaschine in einer zeitversetzten synchronen Betriebsweise zu einer ersten Spritzgießmaschine, wobei die zweite Gießform in beiden Maschinen verwendet wird; Entfernen der zweiten Gießform von der ersten Maschine, nachdem die erste Maschine die zweite Einspritzung der zweiten Gussmasse einspritzt und bevor die erste Maschine die dritten Einspritzung der dritten Gussmasse einspritzt; Verbringen der zweiten Gießform von der ersten Maschine zur zweiten Maschine; und Zurückverbringen der zweiten Gießform von der zweiten Maschine zur ersten Maschine, nachdem die zweite Maschine die zweite Einspritzung der zweiten Gussmasse einspritzt und bevor die zweite Maschine die dritten Einspritzung der dritten Gussmasse einspritzt.
Hohler Gegenstand, wobei der hohle Gegenstand Folgendes umfasst: ein Spritzgusspaneel mit einer Rippe und einer Rinne, die einem Umfang des Paneels benachbart sind; eine Spritzgussplatte mit einem Haftverbundabschnitt an einem äußeren Umfang der Platte, wobei sich der Haftverbundabschnitt innerhalb der Rinne befindet; und eine Spritzgusshaftverbindung zwischen dem Plattenhaftverbundabschnitt und der Paneelrinne.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei ein Verdichtungsbereich zwischen dem Paneel und der Platte die Haftverbindung an der Rinne einschränkt.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei es sich beim Gegenstand um eine Polsterkissenanordnung handelt.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 12, wobei es sich beim Paneel um ein Fahrzeugverkleidungspaneel und bei der Platte um einen Faltenbalg handelt.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 13, wobei der hohle Gegenstand weiterhin mehrere lösbar befestigte Laschen umfasst, die sich vom Paneel durch den Balg hindurch erstrecken, wobei die Laschen mit einen Spritzgussanker an der Platte angebracht sind.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei die Platte weiterhin einen Flansch umfasst, der sich am Rand des Haftverbundabschnitts nach außen erstreckt, und wobei der Flansch eine Oberfläche zum Anbringen der Spritzgusshaftverbindung bildet.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei das Paneel und die Platte im Wesentlichen gleichzeitig in einer einzigen Spritzgießmaschine gebildet werden.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei das Paneel und die Platte in einer dreiteiligen Gussform zusammen geformt werden; und wobei während des Spritzgießens der Haftverbindung das Paneel in einer ersten Gießform der Gussform verbleibt und die Platte in einer zweiten Gießform der Gussform verbleibt.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei das Paneel und die Platte in einer dreiteiligen Gussform zusammen geformt werden; wobei während des Spritzgießens der Haftverbindung das Paneel in einer ersten Gießform der Gussform verbleibt und die Platte in einer zweiten Gießform der Gussform verbleibt; und wobei ein Verdichtungsbereich zwischen dem Paneel und der Platte die Haftverbindung an der Rinne einschränkt.
Hohler Gegenstand nach Anspruch 10, wobei das Paneel und die Platte in einer vierteiligen Gussform zusammen geformt werden; und wobei während des Spritzgießens der Haftverbindung das Paneel in einem mittleren Paneelwerkzeug der Gussform verbleibt und die Platte in einem mittleren Plattenwerkzeug der Gussform verbleibt.
Spritzgießwerkzeug, wobei das Spritzgießwerkzeug ein vierteiliges Werkzeug mit sich drehenden, symmetrischen mittleren Werkzeugen umfasst.