Polyurethan (PUR) ist ein vielseitiger Kunststoff. Seine Struktur reicht von massiv bis geschäumt, von elastisch bis spröde. Vorwiegend kommt vernetztes PUR zur Anwendung, doch kann PUR auch als Thermoplast hergestellt werden und mit den bei Thermoplasten üblichen Verfahren, wie Extrudieren oder Spritzgießen, verarbeitet werden. Die Vielseitigkeit beruht auf der Vielzahl von Vorprodukten. Mindestens fünf Isocyanatverbindungen (Isocyanat) verbinden sich mit einer großen Anzahl von Polyester- und Polyäthergruppen (Polyol), und reagieren mit verschiedenen Additiven wie z. B. Reaktionsbeschleuniger, Schaumbildungsregler, Verfärbungs- und Alterungsschutzmittel oder Füllstoffe, wie Gesteinsmehl usw., unter Abgabe von exothermer Energie zu vernetztem PUR. Oft wird als Treibmittel für das Aufschäumen Wasser zugesetzt. Die beiden Komponenten Isocyanat und Polyol müssen genauestens dosiert und intensiv gemischt werden, bevor sie weiterverarbeitet werden können. Das Formverfahren von PUR (RIM = Reaction Injection Molding) ähnelt dem Spritzgießen. Zwei Werkzeughälften bilden eine Kavität, in die das noch unvernetzte Gemisch von Isocyanat und Polyol gespritzt wird. Häufig kann das Werkzeug in alle Richtungen geschwenkt werden, um einen gleichmäßigen Aufbau des Schaumes zu ermöglichen. Eine Berechnung des Fließverhaltens analog zum Spritzgießen (z. B. mittels des Moldflow-Programms) ist nicht möglich, da unvermeidbare, kleinste Temperaturschwankungen den Beginn und den Grad der Vernetzung und damit die Viskosität verändern. Ein weiterer Unterschied zum Spritzgießen von Thermoplasten besteht in der starken Adhäsion des unvernetzten Gemisches an die metallische Oberfläche der Kavität. Ohne ein geeignetes Trennmittel ist das RIM-Verfahren nicht möglich.Polyurethane (PUR) is a versatile plastic. Its structure ranges from solid to foamed, from elastic to brittle. Predominantly cross-linked PUR is used, but PUR can also be produced as a thermoplastic and processed with the usual processes in thermoplastics, such as extrusion or injection molding. The versatility is based on the large number of precursors. At least five isocyanate compounds (isocyanate) combine with a large number of polyester and polyether groups (polyol), and react with various additives such. As reaction accelerator, foaming regulators, discoloration and aging inhibitors or fillers, such as rock flour, etc., with the release of exothermic energy to cross-linked PUR. Often, water is added as blowing agent for foaming. The two components isocyanate and polyol must be precisely dosed and mixed thoroughly before they can be further processed. The molding process of PUR (RIM = Reaction Injection Molding) is similar to injection molding. Two mold halves form a cavity into which the still uncrosslinked mixture of isocyanate and polyol is injected. Frequently, the tool can be pivoted in all directions to allow a uniform structure of the foam. A calculation of the flow behavior analogous to injection molding (eg using the Moldflow program) is not possible because unavoidable, smallest temperature fluctuations change the beginning and the degree of crosslinking and thus the viscosity. Another difference to the injection molding of thermoplastics is the strong adhesion of the uncrosslinked mixture to the metallic surface of the cavity. Without a suitable release agent, the RIM process is not possible.
Häufig besteht die Notwendigkeit, zwei Strukturen von PUR miteinander zu kombinieren. Fußmatten in Fahrzeugen z. B. weisen eine kompakte Oberschicht auf, die oft mit Füllstoffen für besondere Eigenschaften gefüllt ist, und eine geschäumte Unterseite, die der Matte Weichheit verleiht und Unebenheiten des Fahrzeugbodens ausgleicht. Solche Matten werden bisher in zwei unabhängigen Werkzeugen hergestellt. Die im ersten Werkzeug gefertigte Oberschicht wird nach der Vernetzung entformt und von Hand oder mittels Roboter in das Formnest des zweiten Werkzeugs gelegt. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird der Freiraum der zweiten Kavität mit der anderen PUR-Gemischrezeptur (z. B. Schaum) ausgefüllt. Ein weiteres Beispiel für eine solche Kombination sind Fahrrad- und Motorradhelme, Schalldämmmatten. Voraussetzung für die Durchführbarkeit des Verfahrens ist ein Trennmittel, das das Ankleben an Metall verhindert, nicht jedoch die Adhäsion der beiden PUR-Strukturen. Ansonsten muss die mit Trennmittel benetzte Oberfläche des zuerst gefertigten Teils an den Kontaktstellen zur zweiten Schicht vor der Weiterverarbeitung entfettet und angeschliffen werden.Often there is a need to combine two structures of PUR together. Floor mats in vehicles z. B. have a compact top layer, which is often filled with fillers for special properties, and a foamed bottom, which gives the mat softness and compensates for unevenness of the vehicle floor. Such mats are previously manufactured in two independent tools. The upper layer produced in the first tool is removed from the mold after the cross-linking and placed by hand or by robot in the mold cavity of the second tool. After closing the tool, the free space of the second cavity is filled with the other PUR mixture recipe (eg foam). Another example of such a combination are bicycle and motorcycle helmets, noise insulating mats. Prerequisite for the feasibility of the process is a release agent that prevents sticking to metal, but not the adhesion of the two PUR structures. Otherwise, the wetted with release agent surface of the first manufactured part at the contact points to the second layer before further processing must be degreased and sanded.
Gegenstand der Schutzrechtsanmeldung ist die Vereinfachung der Herstellung von kombinierten PUR-Strukturen: Die erste Komponente wird, wie oben angegeben, in einer konventionellen Kavität hergestellt und danach nicht entformt. Eine der beiden Werkzeughälften besitzt eine weitere Teil-Kavität in der gegenüberliegenden Seite. Diese Werkzeughälfte wird um 180° gedreht und bildet, auf die unbewegte Werkzeughälfte gepresst, die zweite Kavität zum Einbringen der weiteren PUR-Komponente. Nach dem Vernetzen der zweiten Komponente wird das zusammengeklebte Formteil entformt und die bewegliche Werkzeughälfte wieder um 180° zurückgedreht. Somit wird ein zweites Werkzeug und der Transfer der ersten Komponente in ein weiteres Werkzeug erspart.The subject of the patent application is the simplification of the production of combined PUR structures: The first component is, as stated above, produced in a conventional cavity and then not demolded. One of the two mold halves has a further partial cavity in the opposite side. This tool half is turned through 180 ° and forms, pressed onto the stationary mold half, the second cavity for introducing the further PUR component. After crosslinking of the second component, the glued together molded part is removed from the mold and the movable mold half is rotated back through 180 °. Thus, a second tool and the transfer of the first component is saved in another tool.
Parallel zu dem geschilderten Verfahren für die PUR-Kombination ist in der Druckschrift DE 10 2009 037 131 A1 ein Verfahren zum Spritzguss von zwei und mehr Thermoplastkomponenten in einem Kombinationswerkzeug beschrieben. Dabei wird das Volumen der zweiten Komponente beim Einspritzen der ersten durch geeignet geformte Schieber ausgefüllt, die beim Einspritzen der zweiten Komponente zurückgezogen werden. Solche Schieber sind jedoch bei der Herstellung von PUR-Formteilen nicht möglich, da das flüssige PUR in alle Spalten eindringen kann und diese wirksam verklebt. Bei Thermoplasten wird in Spalten eindringende Schmelze sofort gekühlt und verfestigt, und damit ein weiteres Eindringen verhindert. Zum besseren Verständnis soll der Ablauf der Herstellung eines kombinierten PUR-Teils mithilfe eines einzigen Werkzeugs nochmals beschrieben werden. Die Werkzeughälfte (a) ist in der Weise positioniert, dass das Formnest (d) mit z. B. massiver PUR-Mischung ohne Aufschäumeffekt gefüllt werden kann. Die beiden Pressplatten (c, c') verhindern ein Auftreiben der beiden Werkzeughälften (a) und (b). Zwar ist der Innendruck im Vergleich zum Spritzgießen geringer, doch meist werden großflächige Teile hergestellt, die eine große Auftreibkraft erzeugen, die von der Presse aufgenommen wird. Nach dem Vernetzen wird das im Formnest (d) liegende Teil nicht entformt. Die Werkzeughälfte (a) wird um 180° gedreht, das Formnest (e) mit Trennmittel versehen, und auf die Werkzeughälfte (b) positioniert. Die eingespritzte, z. B. schaumförmige, PUR-Mischung verklebt mit der schon vernetzten Komponente im Formnest (a), und nach der Vernetzung des Schaums kann das kombinierte Formteil aus der Kavität (d + e) genommen werden. Nachteile des geschilderten Verfahrens, wie z. B. das Lösen der Werkzeughälfte (a) von der Aufspannfläche (c'), das Wiederfixieren von (a) und die aufwändige Mechanik für das Drehen von (a) um 180° führten zu einem alternativen Verfahren, das jedoch eine spezielle Presse voraussetzt. Bei dieser Presse ist die obere Aufspannplatte (C') sowohl vertikal verschiebbar als auch um 180° drehbar. Sie wird, wenn die Kavität geschlossen ist, fixiert. Die Zuhaltekraft zum Verhindern des Auftreibens übt die untere Aufspannplatte (C) durch die Kraft (P) aus. Nach dem Vernetzen der z. B. massiven PUR-Struktur in (D) wird (C') in Richtung (S) nach oben geschoben und um 180° gedreht. Beim Schließen des Werkzeugs entsteht die Kavität (D + E), wobei (E) mit der zweiten z. B. PUR-Schaum-Struktur gefüllt wird. Nach der Vernetzung geht (C') wieder nach oben und dreht um 180°, während das fertige Teil entformt wird.Parallel to the described method for the PUR combination is in the document DE 10 2009 037 131 A1 a method for injection molding of two or more thermoplastic components in a combination tool described. In this case, the volume of the second component is filled in the injection of the first by appropriately shaped slide, which are withdrawn during injection of the second component. However, such slides are not possible in the production of PUR moldings, since the liquid PUR can penetrate into all gaps and glued them effectively. In the case of thermoplastics, slag-penetrating melt is immediately cooled and solidified, thus preventing further penetration. For better understanding, the process of making a combined PUR part using a single tool will be described again. The mold half (a) is positioned in such a way that the mold cavity (d) with z. B. solid PUR mixture without foaming effect can be filled. The two press plates (c, c ') prevent the two tool halves (a) and (b) from being driven open. Although the internal pressure in comparison to injection molding is lower, but usually large parts are produced, which produce a large Auftreibkraft that is absorbed by the press. After crosslinking, the part lying in the mold cavity (d) is not removed from the mold. The mold half (a) is rotated through 180 °, the mold cavity (e) is provided with release agent, and positioned on the mold half (b). The injected, z. B. foam-like, PUR mixture glued to the already crosslinked component in the mold cavity (a), and after the crosslinking of the foam, the combined molding from the cavity (d + e) can be taken. Disadvantages of the described method, such. As the release of the tool half (a) of the clamping surface (c '), the re-fixing of (a) and the complex mechanism for the rotation of (a) by 180 ° led to an alternative method, which, however, requires a special press. In this press, the upper platen (C ') is both vertically displaceable and rotatable by 180 °. It is fixed when the cavity is closed. The locking force for preventing the flare exerts the lower platen (C) by the force (P). After crosslinking the z. B. massive PUR structure in (D) is pushed (C ') in the direction (S) upwards and rotated by 180 °. When closing the tool creates the cavity (D + E), where (E) with the second z. B. PUR foam structure is filled. After crosslinking (C ') goes up again and rotates 180 °, while the finished part is removed from the mold.