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Verfahren und Form zur Herstellung von Formteilen
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aus faserverstärktem Kunststoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen von Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff, bei welchem ein bahnförmiges,
unter Wärme und Druck fließfähig werdendes Vormaterial zwischen einem ersten und
einem zweiten Formwerkzeug, die relativ zueinander bewegbar sind und einen Formhohlraum
begrenzen, gepreßt wird, sowie eine Form zur Durch führung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, Formteile aus einem Sheet Molding Compound (SMC) herzustellen,
das in einer Form zwischen zwei Formteilen verpreßt wird. SMC ist
eine
flächige bahnenförmige Preßmasse, die unter dem Einfluß von Wärme und Druck fließfähig
wird. Diese Preßmatte liegt in Form von Matten vor, von denen mehrere übereinander
gelegt werden. Beim Preßvorgang werden die Matten, die Verstärkungsfasern enthalten,
flachgepreßt, wobei sich ihre Flächenausdehnung um etwa 500 bis 700 vergrößert.
Bei Druck und Wärme wird das SMC ziemlich niedrigviskos. Selbst bei sehr präziser
Herstellung der Formteile läßt sich nicht vermeiden, daß flüssiger Kunststoff in
den den Formhohlraum umgebenden Spalt zwischen den Formwerkzeugen eindringt. Hierdurch
entsteht an dem Formteil ein umlaufender Grat, der nach dem Ausstoßen des Formteiles
aus der Form durch zusätzliche Bearbeitung entfernt werden muß.
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Zur Vermeidung eines derartigen Grates hat man das Formwerkzeug mit
einer fest angebrachten, vorspringenden umlaufenden Tauchkante versehen, die die
Randbegrenzung des Formhohlraumes bildet und beim Schließen der Form in eine entsprechende
Randausnehmung des anderen Formwerkzeugs eintaucht. Da sich die Tauchkante und die
Ausnehmung an unterschiedlichen Formwerkzeugen befinden, sind keine engen Seitentoleranzen
für den Spalt zwischen der Tauchkante des einen Formwerkzeugs und der seitlichen
Begrenzung des anderen Formwerkzeugs möglich. Dieser Spalt hat in der Regel ein
Passungsspiel von 0,05 mm bis 0,1 mm.
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Nach einer größeren Anzahl von Entformungen nimmt er jedoch eine Weite
von mehr als 0,1 mm an. In
diesen Spalt dringt der niedrigviskose
Stoff des SMC ein und bildet dort ebenfalls einen Grat, der nach dem Abheben des
oberen Formwerkzeugs an der Wand der Randausnehmung des unteren Formwerkzeugs anliegt.
Das Entstehen eines Grates kann auf diese Weise nicht wirksam verhindert werden.
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Formteile aus SMC werden häufig mit einem Oberflächenmaterial kaschiert,
um dem Kunststoffteil die Oberflächenstruktur und das Aussehen des Kaschiermaterials
zu geben. Beispielsweise ist es bekannt, den Himmel (die Innenseite) eines Autodaches
aus einem Kunststoffteil herzustellen, das an seiner Unterseite mit einem Textilmaterial
bedeckt ist. Bei der Herstellung oberflächenkaschierter Formteile wird in der Regel
zuerst das Formteil aus Kunststoff hergestellt und entgratet und in einem anschließenden
Arbeitsgang erfolgt das Kaschieren, d.h. das Aufbringen des Oberflächenmaterials
unter Druck und/oder Wärme.
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Aus der Praxis sind ferner Verfahren bekannt, bei denen das Kaschieren
gleich mit der Formteilherstellung erfolgt, indem das Kunststoffvormaterial in das
eine Formwerkzeug eingeführt und mit dem Kaschiermaterial bedeckt wird, bevor die
Form geschlossen wird. Auf diese Weise werden holzmehlgefüllte und glasfaserverstärkte
Polypropylenmassen als Vormaterial verarbeitet. Da beide Werkstoffe wenig fließfähig
sind, kann die Kaschierung in einem Arbeitsgang erfolgen. Nachteilig ist jedoch,
daß
durch die hohen preßdrücke die Struktur des Kaschiermaterials
leicht verlorengeht und daß der Kunststoff bis an die Außenseite des Kaschiermaterial
vordringt.
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Dieses bekannte Verfahren setzt also eine geringe Fließfähigkeit des
Kunststoffmaterials voraus. Bei empfindlichen Kaschiermaterialien, wie z.B. Schaumstoff,
ist es überhaupt nicht anwendbar, weil hierbei wegen der Drücke und des Fließens
der spezielle Charakter des Kaschiermaterials verlorengeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, mit dem es möglich ist, Formteile gratlos herzustellen
bzw.
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einen eventuell vorhandenen Grat beim Entformen ohne zusätzlichen
Arbeitsgang abzuscheren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Formhohlraum an seinem Rand vor und bei dem Preßvorgang durch ein Verschlußteil
abgeschlossen wird, das in einer Ausnehmung des ersten Formwerkzeugs quer zu dem
Formhohlraum mit enger Seitentoleranz bewegbar ist.
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Das bewegbare Verschlußteil kann mit hoher Genauigkeit bearbeitet
werden, so daß es exakt in die Ausnehmung des ersten Formteils hineinpaßt. Wenn
der unter hohem Druck stehende flüssige Kunststoff gegen den vorstehenden Teil der
Innenseite des Verschlußteils drückt, kann praktisch kein Material in den liitz
des Verschlußteiles eindringen. Allenfalls
bildet sich zwischen
dem Verschlußteil und der Wand der Ausnehmung ein sehr dünner Harzfilm, der aber
beim Zurückziehen des Verschlußteils abreißt. Auf diese Weise können im Preßverfahren
gratfreie Kunststoff-Formteile aus Harzen hergestellt werden, die in der Form bei
hohem Druck dünnflüssig sind.
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Im Gegensatz zum Spritzgußverfahren, bei dem ebenfalls mit dünnflüssigen
Kunststoffen gearbeitet wird und bei dem der Kunststoff in die Form injiziert wird,
nachdem die Form geschlossen worden ist, besteht beim Pressen die Schwierigkeit,
daß das zu verarbeitende Material erst in die Form eingelegt und dann die Form erst
geschlossen wird. Dadurch, daß das Verschlußteil den Formhohlraum bereits während
des Schließens der Form begrenzt, wird auch beim Pressen verhindert, daß flüssiges
Harz noch während des Schließens der Form am Formrand austritt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner in besonders günstiger
Weise die Durchführung einer Kaschierung des Formteils. Zu diesem Zweck ist gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Formteil in derselben Form,
in der das Pressen durchgeführt wird, anschließend mit einem Kaschiermaterial verbunden
wird, indem das auf dem ersten Formwerkzeug Verbleibende Formteil auf seiner freien
Seite mit dem Kaschiermaterial bedeckt wird und das zweite Formwerkzeug beim Schließen
der Form in eine Stellung gebracht wird, in der der Formhohlraum eine größere Höhe
hat als bei dem Preßvorgang.
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Auf diese Weise wird das oberflächenkaschierte Formteil in zwei aufeinanderfolgenden
Arbeitsschritten hergestellt, die jedoch mit derselben Form ausgeführt werden. Hierdurch
ist es möglich, den Kaschiervorgang mit einem wesentlich niedrigerem Druck durchzuführen
als den PreßvOrgang. Das Kaschieren erfolgt erst nach der Formung des Formteils,
wenn der Kunststoff nicht mehr in solchem Maße fließfähig ist, daß er das Kaschiermaterial
bis zu dessen Außenseite voll durchdringen könnte. Die Drücke, mit denen der Preßvorgang
und der Kaschiervorgang ausgeführt werden, können einzeln gewählt werden und sind
daher voneinander unabhängig.
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Der Begriff Formteil" umfaßt selbstverständlich auch Teile, die außer
einem duroplastischen Kunststoff Verstärkungsmaterialien in Form von Fasern, Matten,
Geweben oder anderen Einlagen sowie Füllstoffen u.dgl. enthalten.
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Eine Form zur Durchführung des erfindungsgemäß&n Verfahrens mit
mindestens zwei den Formhohlraum begrenzenden bewegbaren Formwerkzeugen ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Formhohlraum an seinem Rand durch mindestens ein Verschlußteil
abschließbar ist, das an einem der Formwerkzeuge gesteuert bewegbar angebracht ist.
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Ein derartiges Verschlußteil begrenzt den Formhohlraum seitlicti schon
während des Schließvorgangs der Form.
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Sollte während des Preßvorgangs am Rand des Formteils
ein
Grat entstehen, so wird dieser Grat durch das Verschlußteil beim Ausstoßen des Formteils
aus der Form abgeschert. Wenn in derselben Form anschließerid an die Herstellung
des Formteils ein Kaschiervorgang durchgeführt werden soll, gibt das zurückgezogene
Verschlußteil während des Kaschiervorganges eine seitliche Durchtrittsöffnung für
den Austritt des Randes des Kaschiermaterials frei.
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Vorzugsweise ist das Verschlußteil ein quer zu dem Rand des Formhohlraums
bewegbarer Schieber, der im vorgeschobenen Zustand in eine Ausnehmung des anderen
Formwerkzeugs passend eintaucht und im zurückgezogenen Zustand den Rand des Formhohlraums
für den Durchtritt des Randes des Kaschiermaterials in die Ausnehmung freigibt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform umgibt das Verschluß teil
(oder umgeben mehrere Verschlußteile) den Rand des Formhohlraums auf dessen gesamtem
Umfang. Im Falle der Verwendung mehrerer Verschlußteile, von denen sich jedes über
einen Teilbereich des Umfangs erstreckt, sollten diese zweckmäßigerweise simultan
bewegt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den
Formwerkzeugen ein Abstandhalter wirksam, der zwischen zwei verschiedenen Abständen
umstellbar ist, von denen der eine um ein auf die Stärke des Kaschiermaterials abgestimmtes
Maß größer ist als das andere. Der Abstandhalter wird zwischen den beiden Vorgängen
"Pressen" und ~Kaschieren" von dem kleineren Abstand auf den größeren Abstand umgeschaltet.
Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln
erreicht, daß beim Kaschieren
ein kleinerer Druck auf das Werkstück ausgeübt wird als dies ohne Abstandhalter
der Fall wäre. Anstelle des Abstandhalters ist es aber auch möglich, beim Kaschiervorgang
den von den beiden Formwerkzeugen auf das Werkstück ausgeübten Druck zu begrenzen.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fign. 1 bis 3 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden
Zustände beim Pressen eines Formwerkzeugs bei einem ersten Ausführungsbeispiel,
und Fign. 4 und 5 Querschnitte durch den Randbereich der Form während des Preßvorgangs
und während des Kaschiervorgangs.
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Die in den Fign. 1 bis 3 dargestellte Form dient zur Herstellung eines
schalenförmigen Formteils. Sie weist ein unteres Formwerkzeug (Patrize) 10 und ein
oberes Formwerkzeug (Matrize) 11 auf. Die beiden Formwerkzeuge 10, 11 schließen
den Formhohlraum 12 ein. Längs des Randbereichs des Formhohlraums 12 ist ein Verschlußteil
13 angeordnet, das bewegbar in einer Ausnehmung 14 des ersten Formwerkzeuges 10
angeordnet ist und mit seinem oberen Ende in eine
Ausnehmung 15
des oberen Formwerkzeuges 11 eintauchen kann. Das Verschlußteil 14 erstreckt sich,
ebenso wie die Ausnehmungen 14, 15, umfangsmäßig um den gesamten Randbereich des
Formhohlraums 12 herum. Das Verschlußteil 13 wird durch Stempel 16, die von (nicht
dargestellten) Zylindern angetrieben sind, in die obere Endlage getrieben, in der
es die Ausnehmung 15 ausfüllt und den umlaufenden Schlitz 17 am Rande des Formhohlraums
12 verschließt. In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand, also während des Preßvorganges,
ist in dem Formhohlraum 12 das Vormaterial 18' eingelegt.
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Dieses Vormaterial besteht aus übereinandergestapelten lederartigen
Matten, die im Anfangszustand etwa 50% bis 60% der Fläche des Formhohlraums bedecken
und jeweils etwa zu einem Drittel aus Kunstharz, Zuschlagstoffen und Verstärkungsfasern
besteht. Derartige Harzmatten sind als "Sheet Molding Compounds" (SMC) bekannt.
Wenn der Formhohlraum durch Aufsetzen des oberen Formwerkzeugs 11 auf das untere
Formwerkzeug 10 geschlossen wird (Fig. 2), verlaufen die Harzmatten zu den Seiten
hin und füllen schließlich den gesamten Formhohlraum 12, der nach unten durch das
Formwerkzeug 10, nach oben durch das Formwerkzeug 11 und an dem seitlichen Rand
durch das Verschlußteil 13 begrenzt wird, aus (Fig. 3). Die Abwärtsbewegung des
oberen Formwerkzeugs 11 wird durch Abstandhalter 20 begrenzt, die auf den Seitenflächen
des unteren Formwerkzeugs 10 durch Zylinder 21 verschiebbar sind.
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Unter Wärme und Druck erfolgt die Härtung des 11arztes.
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Nachdem auf diese Weise das Formteil 18 hergestellt worden ist, wird
das obere Formwerkzeug 11 abgehoben und das Formteil 18 durch die Ausstoßvorrichtungen
22 nach oben aus dem Formteil 10 herausgedrückt.
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Die in den Fign. 4 und 5 teilweise dargestellte Form entspricht derjenigen
des ersten Ausführungsbeispiels, so daß die generelle Konstruktion hier nicht noch
einmal erläutert wird. Fig. 4 zeigt den Zustand gemäß Fig. 3, bei dem die Form vollständig
geschlossen ist und das Formteil 18 den Formhohlraum 12 vollständig ausfüllt um
seine endgültige Form zu erhalten. In dieser Phase befindet sich das Verschlußteil
13 im angehobenen Zustand, in welchem es den Randspalt 17 des Formhohlraums seitlich
verschließt. Das Verschlußteil 13 ist in der Ausnehmung 14 mit enger seitlicher
Passung angeordnet, d.h. daß die .seitlichen Spalte 23 zwischen dem Formwerkzeug
10 und dem Verschlußteil 13 sehr eng sind, so daß dünnflüssiges Harz nur .sehr schwer
oder überhaupt nicht in den der Randöffnung 17 benachbarten Spalt 23 eindringen
kann. Sollte dennoch Harz in den Spalt 23 eindringen und dort einen dünnen Film
bilden, so wird dieser Film bei der Abwärtsbewegung des Verschlußteils 13 oder beim
Ausstoßen des Formteils 18 abreißen, so daß an dem Rand des Formteils 18 kein Grat
stehen bleibt.
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In dem Randbereich, in dem der Abstandhalter 20 verschoben werden
kann, weist das obere Formwerkzeug 11 an seiner Unterseite zwei Anlageflächen 24
und 25 auf, die unterschiedliche Höhen haben und durch eine Stufe voneinander getrennt
sind. Bei dem Preßvorgang befindet sich der Abstandhalter 20 im Bereich der oberen
Anlagefläche 24, so daß das obere Formwerkzeug 11 zum Schließen der Form relativ
weit nach unten bewegt werden kann.
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Wenn nach der Herstellung des Formteils 18 durch Pressen gemäß Fig.
4 das obere Formwerkzeug 11 von dem Formteil 18 abgehoben worden ist, verbleibt
das Formteil auf dem unteren Formwerkzeug 10, um gemäß Fig. 5 anschließend kaschiert
zu werden. Das Formteil 18 wird auf seiner Oberseite mit dem Kaschiermaterial 19
bedeckt, bei dem es sich um ein textiles Material, um eine schäumfähige Masse, um
eine Folie o.dgl.
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handeln kann. Das Kaschiermaterial 19 kann an seiner Unterseite eine
Klebstoffschicht aufweisen, die z.B.
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wärmehärtend ist'.
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Während des Kaschiervorgangs (Fig. 5) befindet sich das Verschlußteil
13 in der Rückzugsstellung, d.h.
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es ist in die Ausnehmung 14 eingezogen und seine Oberseite liegt bündig
mit der unteren Begrenzungswand des Formhohlraums 12. Der Rand 19' des Kaschiermaterials
19 liegt lose auf der Oberseite des Verschlußteils 13 auf. Nun wird das obere Formwerkzeug
11 in Richtung auf das untere Formwerkzeug 10 bewegt,
jedoch nicht
so nahe an dieses herangefahren wie bei dem Preßvorgang nach Fig. 4. Der Formhohlraum
12 hat beim Kaschiervorgang (Fig. 5) daher eine größere Höhe, so daß das Kaschiermaterial
19 keinem übermäßigen Druck ausgesetzt wird. Das Kaschiermaterial 19 verbindet sich
nun unter Wärme und Druck vollflächig mit dem Formteil 18. Danach wird das obere
Formwerkzeug 11 angehoben und das oberflächenkaschierte Formteil 18,19 aus der Form
entnommen. Der frei überstehende Rand 19' des Kaschiermaterials 19 kann anschließend
um den Rand des Formteils 18 umgelegt werden.
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Zur Einstellung des Abstandes der Formwerkzeuge 10,11 beim Preßvorgang
und beim Kaschiervorgang dienen die Abstandhalter 20, die sich außerhalb des Bereichs
des Formhohlraumes 12 zwischen den Formwerkzeugen 10,11 befinden. Beim Kaschiervorgang
werden die Abstandhalter 20 in den Bereich unterhalb der unteren Anlagefläche 25
vorgeschoben, so daß das obere Formwerkzeug 11 weniger weit in Richtung auf das
untere Formwerkzeug 10 bewegt werden kann. Die Höhendifferenz zwischen den Anlageflächen
24 und 25 ist etwas kleiner als die Stärke des Kaschiermaterials 19, so daß das
Kaschiermaterial mit der erforderlichen Anpreßkraft gegen die Oberseite des Formteils
18 gedrückt wird.
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Die Abstandsdifferenz zwischen den Anlageflächen 24 und 25 richtet
sich nach dem zu verarbeitenden Kaschiermaterial. Durch die Veränderung der Weite
des Formhohlraums 12 sind sowohl einfache als auch
zusätzlich schaumbeschichtete
Kaschierwerkstoffe verarbeitbar, ohne daß z.B. ein textiler bzw. ein durch einen
rückseitigen Schaum weicher Charakter der Kaschierung verlorengeht.
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Das Verschlußteil 13 kann aus der in Fig. 5 dargestellten Position,
in der seine Oberseite bündig mit der Unterseite des Formhohlraums 12 abschließt,
noch weiter abgesenkt werden, um das Ankleben des Randes 19' des Kaschiermaterials
an dem Verschlußteil 13 zu verhindern bzw. rückgängig zu machen. Es kann auch zweckmäßig
sein, das Verschlußteil 13 während des Kaschiervorganges (Fig. 4) bereits in einer
Stellung zu positionieren, in der seine Oberseite tiefer liegt als die Bodenwand
des Formhohlraums 12.
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