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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Herstellung von Verbundelementen, insbesondere von Kfz-Instrumententafeln, umfassend ein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4), einen ersten Dichtkreis (1) und einen zweiten Dichtkreis (2), wobei im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine Werkzeugkavität (5) gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis (1) begrenzt wird, und wobei umlaufend um die durch den ersten Dichtkreis begrenzte Werkzeugkavität ein evakuierbarer Unterdruckraum (6) gebildet wird, der durch den ersten (zunächst offenen) und den zweiten Dichtkreis (2) begrenzt wird und evakuierbar ist, sowie ein Verfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs, insbesondere zur Herstellung von Instrumententafeln.
    公开号:DE102004007865A1
    申请号:DE200410007865
    申请日:2004-02-17
    公开日:2005-09-29
    发明作者:Stefan Fleischmann；Roman Lesser；Manfred Michl；Otto Oswald；Georg Partusch；Manfred Schmiedel；Klaus Schmutzer
    申请人:BASF SE；Bayerische Motoren Werke AG；
    IPC主号:B29C33-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements,enthaltend eine Außenschicht(a), gegebenenfalls eine Trägerschicht(c) und eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff (b), mittels Vakuumtechniksowie ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens und einVerbundelement, erhältlichdurch das Verfahren.
    [0002] Verbundelementefür denKFZ-Innenbereich, wie z.B. Instrumententafeln oder Türseitenteile,werden bisher hergestellt, indem Dekormaterialien wie z.B. Kunststoff-Folien, -Häute, Lederu. Textilbezüge inein Unterteil von Schäumwerkzeugeneingelegt werden, optionale Versteifungen (Träger) am Werkzeugoberteil befestigtwerden, ein Polyurethan-Reaktionsgemisch in das Werkzeug eingetragenund das Werkzeug dann geschlossen wird. Das Polyurethan-Reaktionsgemischbeginnt nun aufzuschäumen,verdrängtdurch einen belassenen Spalt zwischen Dekor und Träger dieLuft und fülltden Zwischenraum mit Schaum. Idealerweise wird wenn der Schaum amRand der Kavitätaustritt (Austrieb) die rundumlaufende Dichtungen in diesem Randbereich aufgeblasenund somit Dekor und Trägergasdicht aufeinander gepresst. Es folgt die Verdichtung u. die Ausreaktiondes Schaumes. Dieses Verfahren ist in DE-C-198 22 113 beschrieben.
    [0003] Durchunterschiedliche Fließfrontendes Polyurethanschaums kommt es im Verfahren des Standes der Technikimmer wieder zu Lufteinschlüssen (Lunkern).Kleinere Fehlstellen könnenrepariert werden (Nacharbeit), große Lunker führen zu Ausschuss.
    [0004] Aufgabeder Erfindung ist es daher, ein Verbundelement sowie ein Verfahrenund Werkzeug zu dessen Herstellung bereit zu stellen, das weniger oderbevorzugt im wesentlichen keine Lufteinschlüsse im Polyurethanschaumstoffaufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, eine Reduzierungdes Schaumgewichtes in der Polyurethanschicht zu erreichen und denSchaumaustritt durch den offenen Spalt zu minimieren.
    [0005] DieAufgabe konnte dadurch gelöstwerden, dass durch den Einbau eines zweiten umlaufende Dichtkreisesaußerhalbdes bereits bestehenden Dichtkreises eine Möglichkeit geschaffen wird,die gesamte Formwerkzeug-Kavitätvor dem Aufschäumendes PUR-Reaktionsgemisches zu evakuieren.
    [0006] Gegenstandder Erfindung ist daher ein Formwerkzeug zur Herstellung von Verbundelementen,umfassend ein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4),einen ersten Dichtkreis (1) und einen zweiten Dichtkreis(2), wobei im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eineWerkzeugkavität(5) gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis(1) begrenzt wird und wobei umlaufend um die durch denersten Dichtkreis begrenzte Werkzeugkavität ein evakuierbarer Unterdruckraum(6) gebildet wird, der durch den ersten und zweiten Dichtkreis(2) begrenzt wird.
    [0007] Dererste Dichtkreis (1) kann bei geschlossenem zweiten Dichtkreis(2) geöffnetwerden. Bei geschlossenem zweiten Dichtkreis (2) und geöffneten erstenDichtkreis (1) ist auch die Werkzeugkavität (5) evakuierbar,da durch evakuieren des Unterdruckraums (6) auch die Werkzeugkavität (5)evakuiert wird.
    [0008] Fernerist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einesVerbundelements, enthaltend a) eine Außenschicht(9), b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff und c) gegebenenfalls eine Trägerschicht(10), mittels eines Formwerkzeugs, umfassend ein Formunterteil(3) und ein Formoberteil (4), einen ersten Dichtkreis(1) und einen zweiten Dichtkreis (2), wobei imgeschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine Werkzeugkavität (5)gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis (1)begrenzt wird und wobei umlaufend um die durch den ersten Dichtkreisbegrenzte Werkzeugkavitätein evakuierbarer Unterdruckraum (6) gebildet wird, derdurch den ersten und zweiten Dichtkreis (2) begrenzt wird,umfassend die Schritte: (i) Einlegen der Außenschicht in das Formunterteil undgegebenenfalls Einbringen, bevorzugt Aufstecken auf das Formoberteil,der optionalen Trägerschicht(c), (ii) Einbringen der Polyurethansystemkomponenten auf dieAußenschichtund Schließendes Formwerkzeugs, wobei das Schließen des Formwerkzeugs vor (=Schäumenin geschlossene Form) oder nach dem Einbringen der Polyurethansystemkomponentenerfolgen kann, (iii) Schließen des zweiten Dichtkreises(2), (iv) Evakuieren des Unterdruckraums (6)und der Werkzeugkavität(5), (v) Reagieren lassen des Polyurethansystems, (vi)Schließendes ersten Dichtkreises (1), bevor das reagierende Polyurethansystemaus der Werkzeugkavitätaustreten kann, und (vii) Aushärten lassen des Polyurethanschaumstoffsund Öffnendes Formwerkzeugs.
    [0009] DieGegenständeder vorliegenden Erfindung werden durch 1, die einebevorzugte Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Formwerkzeugszeigt, veranschaulicht.
    [0010] In 1 bedeutet:
    [0011] Daserfindungsgemäße Formwerkzeugwird bevorzugt zur Herstellung von Verbundelementen, umfassend a) eine Außenschicht(9), b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff und c) gegebenenfalls eine Trägerschicht(10) verwendet.
    [0012] Daserfindungsgemäße Formwerkzeugenthältein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4), wiesie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Als Formunterteil und/oderFormoberteil werden im allgemeinen Werkzeughälften eingesetzt, deren Oberfläche beispielsweiseaus Stahl, Aluminium, Emaille, Teflon, Epoxydharz oder einem anderenpolymeren Werkstoff besteht, wobei die Oberfläche gegebenenfalls verchromt,beispielsweise hartverchromt sein kann. Bevorzugt sollten die Formwerkzeugetemperierbar sein, um die bevorzugten Temperaturen einstellen zukönnen.Zum Erreichen der nötigen Schließkraft istbevorzugt die eine Werkzeughälfte druckbeaufschlagt.
    [0013] BeimSchließenvon Formunterteil und Formoberteil entsteht ein Hohlraum, der alsWerkzeugkavität(5) bezeichnet wird und der im erfindungsgemäßen Verfahrendas resultierende Verbundelement enthält.
    [0014] DieWerkzeugkavität(5) wird durch den ersten Dichtkreis (1) begrenzt.Der erste Dichtkreis ist im allgemeinen umlaufend um die Werkzeugkavität angebracht.Der erste Dichtkreis kann aus einem Stück gefertigt sein, bevorzugtist jedoch, dass der erste Dichtkreis durch mehrere aneinandergereihteDichtungen aufgebaut ist.
    [0015] DerBegriff "Kreis" in den Ausdrücken erster oderzweiter "Dichtkreis" ist nicht im mathematischen Sinneaufzufassen, vielmehr soll "Kreis" verdeutlichen, dassdie Dichtung umlaufend um das in der Regel nicht kreisförmige Formwerkzeugangeordnet ist.
    [0016] Beidem ersten Dichtkreis kann es sich um einen permanenten oder umeinen regelbaren Dichtkreis handeln. Der erste Dichtkreis ist bevorzugtregelbar, d.h. er kann bevorzugt mittels eines Steuergeräts, geöffnet undgeschlossen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sichbei dem ersten Dichtkreis um einen aufblasbaren Dichtkreis (d.h.der Dichtkreis ist aufblasbar und abblasbar), deren aneinandergereihteDichtungen zu unterschiedlichen Zeiten aufgeblasen bzw. abgeblasenwerden können.
    [0017] Aufder von der Werkzeugkavität(5) abgewandten Seite des ersten Dichtkreises befindetsich im erfindungsgemäßen Formwerkzeugzwischen Formoberteil und Formunterteil der Unterdruckraum (6),der durch den ersten und den zweiten Dichtkreis begrenzt wird.
    [0018] Derzweite regelbare Dichtkreis ist im allgemeinen umlaufend um dieWerkzeugkavitätangebracht. Der zweite Dichtkreis kann aus einem Stück gefertigtsein, bevorzugt ist jedoch, dass der zweite Dichtkreis durch mehrereaneinandergereihte Dichtungen aufgebaut ist.
    [0019] Derzweite Dichtkreis kann permanent sein, d.h. bei geschlossener Formist der Unterdruckraum 6 nach außen abgedichtet oder der zweiteDichtkreis ist regelbar, d.h. er kann bevorzugt mittels eines Steuergeräts, geöffnet undgeschlossen werden. Die Regelung des zweiten Dichtkreises erfolgt üblicherweiseunabhängigvon der Regelung des ersten Dichtkreises. In einer bevorzugten Ausführungsform handeltes sich bei dem zweiten Dichtkreis um einen aufblasbaren Dichtkreis.
    [0020] Anden Unterdruckraum (6) grenzt das Unterdruckrohr (13),welches bevorzugt durch das Formoberteil verläuft. Unter Unterdruckrohr wirdim Rahmen dieser Erfindung eine Vorrichtung verstanden, durch diedas Gas im Unterdruckraum regelbar entfernt werden kann, so dassim Unterdruckraum ein Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck außerhalbdes Werkzeugs entsteht. Der Unterdruckraum ist somit evakuierbar.
    [0021] Ineiner weiteren Ausführungsformsind um den Unterdruckraum (6) mehrere an speziellen Stellenumlaufend angebrachte Unterdruckrohre (13) angebracht.
    [0022] Ineiner bevorzugten Ausführungsformenthältdas Formunterteil mehrere Vakuumdüsen (7) für das Nestvakuumund bevorzugt eine umlaufende Vakuumnut (11) für das Randvakuum.Durch die Vakuumdüsenwird Unterdruck erzeugt, der eine in das Formunterteil eingelegteAußenschicht(9) am Formunterteil hält.In einer bevorzugten Ausführungsformweist das Formunterteil 20 bis 500 Vakuumdüsen pro m2 auf.Die Vakuumdüsenapplizieren auf die Außenschichtim allgemeinen einen Druck, der von 0,05 bis 0,9 bar, bevorzugtvon 0,3 bis 0,7 bar unter dem Atmosphärendruck außerhalb des Formwerkzeugesliegt.
    [0023] Umdie Außenschichtim Auslaufbereich umlaufend im Formunterteil zu fixieren ist bevorzugteine Vakuumnut (11) im Formwerkzeug eingebracht. Dieseliegt umlaufend kurz innerhalb oder außerhalb des Kanals für den erstenDichtkreis (1) oder ist sogar im Kanal für den erstenDichtkreis mit eingebracht. Dieses sogenannte Randvakuum hängt im allgemeinen anderselben Vakuumversorgung, lässtsich aber bevorzugt unterschiedlich zum Nestvakuum steuern.
    [0024] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformenthältdas Formunterteil zumindest einen mit der Außenschicht des herzustellendenVerbundelements in Kontakt stehenden Drucksensor (8). Esist hierbei vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Drucksensor, gegebenenfallsunter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung, signalleitendmit einer Steuereinrichtung verbunden ist.
    [0025] Vonbesonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Steuereinrichtung geeignetist, unter Einbeziehung des Signals des wenigstens einen Drucksensorssowie weiterer Eingangsdaten und/oder in der Steuereinrichtung bereitsgespeicherter Daten Ausgangssignale zur Steuerung der Vorrichtungzu erzeugen.
    [0026] Imvorliegenden Ausführungsbeispielist nur ein Drucksensor (8) dargestellt, jedoch ist esdurchaus zweckmäßig, mehrerederartige Sensoren vorzusehen, um die Druckverhältnisse im Bauteil möglichstgut abbilden zu können.Mittels des Drucksensors ist an der Außenschicht (9) derInnendruck im Schaumbereich (5) messbar. Beispielsweisesind auch im Bereich der Randdichtung Drucksensoren vorgesehen,so dass anhand deren Signale eine Defekt im Bereich der Randdichtungfestgestellt und lokalisiert werden kann. Zwischen den Formhälften des Formwerkzeugessind gegebenenfalls mehrere Randspalte verteilt auf den Umfang angeordnet,die unter Umständenmit separat ansteuerbaren Randdichtungen verschließbar sind.
    [0027] DerDrucksensor ist gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtungmittels einer Signalleitung mit einer Steuereinrichtung verbunden,welche unter Einbeziehung bereits gespeicherter Daten und/oder weitererEingangsgrößen Ausgangsgröße zur Steuerungder erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Herstellung der Verbundelemente erzeugt.
    [0028] Umbei dem Herstellungsprozess vorbestimmte Temperaturkurven durchlaufenzu können, sindbevorzugt die Formteile (3, 4) mit Temperierbohrungenversehen, durch welche ein Heiz- bzw. Kühlmedium leitbar ist; gegebenenfallssind die Formteile auch direkt beheizbar. Die Formteile sind zweckmäßigerweisegetrennt voneinander temperierbar, so dass den unterschiedlichenwärmetechnischen Kenngrößen respektiveder Bauteilgeometrie Rechnung getragen werden kann.
    [0029] Daserfindungsgemäße Verfahrendient zur Herstellung eines Verbundelements, enthaltend a) eine Außenschicht(9) und b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff, wobei dasVerfahren mittels des erindungsgemäßen Formwerkzeugs durchgeführt wird.
    [0030] Ineiner bevorzugten Ausführungsformenthältdas Verbundelement zusätzlichnoch c) eine Trägerschicht (10).
    [0031] Ineiner bevorzugten Ausführungsformwerden mit dem erfindungsgemäßen VerfahrenVerbundelemente zur Verwendung im Kraftfahrzeug-Innenbau, beispielsweiseInstrumententafeln, Seiten- und Türseitenverkleidungen, Mittelkonsolenund/oder Armlehnen, Handschuhkasten, Knieschutz, Airbagdeckel, Türspiegelhergestellt, bevorzugt werden Instrumententafeln hergestellt.
    [0032] AlsAußenschicht(a) werden üblicherweise Materialienverwendet, die dem Verbundelement ein dekoratives Äußeres verleihen,wie beispielsweise Kunststofffolien, Kunststoffhäute Textilien und/oder Leder.Bevorzugt werden PUR-Sprüh-oder Gieß- oderSlushhäuteund/oder PVC-Slushhäute,sowie tiefgezogene Folien aus Thermoplastmaterialien verwendet.Die Dicke der Außenschichtbeträgtim allgemeinen 0,6 bis 2 mm, bevorzugt von 0,8 bis 1,2 mm.
    [0033] AlsPolyurethanschaumstoff (b) sind im allgemeinen alle Polyurethanschaumstoffe,erhältlich durchUmsetzung von Isocyanaten mit Polyolen denkbar. Bevorzugt verwendetwerden Polyurethanhalbhartschaumstoffe mit einer Druckfestigkeitnach DIN 53421 von 15 bis 80 kPa, bevorzugt von 30 bis 70 kPa. DieSchicht aus Polyurethanschaumstoff weist üblicherweise eine Dicke von1 bis 50 mm, bevorzugt von 4 bis 20 mm auf.
    [0034] AlsTrägerschicht(e) kommen im allgemeinen alle Materialien in Frage, welche diemechanischen Eigenschaften des resultierenden Verbundelements positivbeeinflussen. Beispiele hierfürsind Holzfaser-Trägerteile, glasfaserverstärkteThermoplaste oder Duromer-Trägerteile,gegebenenfalls auch Trägerteileaus Leicht-Metall. Die Trägerelementeweisen üblicherweiseeine Dicke von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 1,5 mm bis 3 mm auf.
    [0035] DieVerbundelemente werden im erfindungsgemäßen Verfahren durch folgendeSchritte hergestellt:
    [0036] DieAußenschichtwird bei geöffnetemFormwerkzeug in das Formunterteil eingelegt.
    [0037] Ineiner bevorzugten Ausführungsformwird die Außenschichtdurch Anlegen von Unterdruck mittels vorstehend beschriebenen Vakuumdüsen am Formunterteilfixiert.
    [0038] Sofernein Verbundelement mit Trägerelement(c) hergestellt werden soll, wird in diesem Arbeitsschritt ebenfallsdas Trägerelementin das Formwerkzeug eingebracht. Bevorzugt wird das Trägerelementam Formoberteil fixiert.
    [0039] Aufdie eingelegte Außenschichtwerden Polyurethansystemkomponenten eingebracht. Die Polyurethansystemkomponentenenthalten eine Isocyanatkomponente (ii-a) und eine Polyolkomponente (ii-b).
    [0040] AlsIsocyanate (ii-a) könnenallgemein bekannte (cyclo)aliphatische und/oder insbesondere aromatischePolyisocyanate eingesetzt werden. Zur Herstellung der Polyurethaneeignen sich besonders aromatische Diisocyanate, vorzugsweise Diphenylmethandiisocyanat(MDI) und Toluylendiisocyanat (TDI). Die Isocyanate können inForm der reinen Verbindung oder in modifizierter Form, beispielsweisein Form von Urethdionen, Isocyanuraten, Allophanaten oder Biurethen,vorzugsweise in Form von Urethan- und Isocyanatgruppen enthaltendenUmsetzungsprodukten, sogenannten Isocyanat-Prepolymeren, eingesetztwerden.
    [0041] AlsPolyole (ii-b) werden im allgemeinen Polyetherole und/oder Polyesteroleverwendet. Im allgemeinen weisen die Polyetherpolyole eine Funktionalität von 1,9bis 8,0, bevorzugt von 2 bis 6, besonders bevorzugt von 2 bis 4auf. Des weiteren weisen sie eine Hydroxylzahl von 10 bis 1000 mgKOH/g, bevorzugt von 25 bis 200 mg KOH/g auf. Ferner weisen siebevorzugt 10 bis 100%, bevorzugt 50 bis 80% primäre Hydroxylgruppen auf.
    [0042] AlsPolyetherole (ii-b) könnenaußerdemsogenannte niedrig ungesättigtePolyetherole verwendet werden. Unter niedrig ungesättigtenPolyolen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Polyetheralkoholemit einem Gehalt an ungesättigten Verbindungenvon kleiner als 0,02 meq/g, bevorzugt kleiner als 0,01 meq/g, verstanden.Derartige Polyetheralkohole werden zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden,insbesondere Ethylenoxid, Propylenoxid und Mischungen daraus, anmindestens difunktionelle Alkohole in Gegenwart von sogenannten Doppelmetallcyanidkatalysatorenhergestellt.
    [0043] DiePolyurethansystemkomponenten könnenferner Kettenverlängerungsmittelnund/oder Vernetzungsmittel (ii-c) enthalten. Bei den Kettenverlängerungsmittelnhandelt es sich im allgemeinen um 2 funktionelle Alkohole mit Molekulargewichtenvon 60 bis 499, beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol-1,4,Pentandiol-1,5. Bei den Vernetzungsmitteln handelt es sich um Verbindungenmit Molekulargewichten von 60 bis 499 und 3 oder mehr aktiven H-Atomen,vorzugsweise Aminen und besonders bevorzugt Alkoholen, beispielsweiseGlyzerin, Trimethylolpropan und/oder Pentaerythrit.
    [0044] Weiterhinkönnendie Polyurethansystemkomponenten Füll- oder Verstärkungsstoffe(ii-d) in einer Menge von 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 1 bis 30Gew.-%, mehr bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewichtder Komponenten (ii-a), (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c), enthalten,die im allgemeinen zu einer Verstärkung des Polyurethans unddamit zu einer Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften führen. Bevorzugtwerden die Füll-oder Verstärkungsstoffein Form von Fasern und/oder Plättcheneingesetzt.
    [0045] Fernerkönnendie Polyurethansystemkomponente Katalysatoren (ii-e) enthalten.Dies sind Verbindungen, die die Reaktion der Komponente (ii-a) mitder Komponente (ii-b) beschleunigen. In Frage kommen beispielsweisetertiäreAmine und/oder organische Metallverbindungen, insbesondere Zinnverbindungen.Beispielsweise könnenals Katalysatoren folgende Verbindungen eingesetzt werden: Triethylendiamin,Aminoalkyl- und/oderAminophenyl-imidazole und/oder Zinn-(II)salze von organischen Carbonsäuren. Katalysatorenwerden im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.% bezogen aufdas Gewicht der Komponenten (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c) eingesetzt.
    [0046] Schließlich können diePolyurethansystemkomponente Treibmittel (ii-f) enthalten. Als Treibmittelkönnenzur Herstellung von geschäumtenProdukten (ii) allgemein bekannte chemisch oder physikalisch wirkendeVerbindungen eingesetzt werden. Bevorzugt wird nur Wasser als Treibmitteleingesetzt.
    [0047] Imallgemeinen wird die Komponente (ii-a) als Isocyanatkomponente unddie Komponente (ii-b), gegebenenfalls im Gemisch mit den Komponenten (ii-c)bis (ii-f) als Polyolkomponente bezeichnet.
    [0048] ZurHerstellung von des aus der Reaktion der Polyurethansystemkomponentenresultierenden Polyurethanschaumstoffs werden im allgemeinen die Polyurethansystemkomponenten(ii-a), (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c) und (ii-e) über übliche Hoch-oder Niederdruckmischköpfevermischt in solchen Mengen zur Umsetzung gebracht (d.h. in dasFormwerkzeug eingebracht), dass das Äquivalenzverhältnis vonNCO-Gruppen zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome 1:0.8 bis 1:1.25,vorzugsweise 1:0.9 bis 1:1.15 beträgt. Ein Verhältnis von1:1 entspricht hierbei einem NCO-Index von 100.
    [0049] DasEinbringen der Polyurethansystemkomponenten erfolgt üblicherweisein das offene Werkzeug. In diesem Fall ist das Formwerkzeug vorVerfahrensschritt iii) zu schließen.
    [0050] Ineiner bevorzugten Ausführungsformerfolgt das Einbringen der Polyurethansystemkomponenten in die geschlosseneForm. Hierzu erfolgt bevorzugt der Anspritzpunkt über eineBohrung im Werkzeug-Oberteil oder durch einen zwischen den Werkzeughälften befindlichenFilmanguss. Grundsätzlichkann sowohl zunächsteingespritzt (d.h. die Sytemkomponenten eingebracht) und dann evakuiert werden,als auch umgekehrt. Bevorzugt ist der zweite Dichtkreis (2)hierbei von Anfang an geschlossen. Der Vorteil dieser Ausführungsformist eine schnelle Reaktionszeit, wodurch eine kürzer Entformzeit für das resultierendeVerbundelement erreicht wird.
    [0051] Ineiner bevorzugten Ausführungsformweisen die Verbundelemente eine Schaumstoffdicke von 1 bis 50 mm,bevorzugt 2 bis 20 mm, besonders bevorzugt 8 bis 12 mm auf.
    [0052] Nachdemin einer möglichenAusführungsformdie Polyurethansystemkomponenten bei offenem Werkzeug eingebrachtworden sind wird dieses erst vollständig geschlossen und dann derzweite Dichtkreis geschlossen. Üblicherweiseerfolgt das Schließendes zweiten Dichtkreises innerhalb von 0,1 bis 10 Sekunden, bevorzugt1 bis 5 Sekunden, nachdem der Einbringvorgang und der Schließvorgangdes Werkzeugs abgeschlossen ist.
    [0053] Nachdemder zweite Dichtkreis geschlossen wurde, wird der Druck im Unterdruckraum(6) gesenkt. Da der erste Dichtkreis (1) zu diesemZeitpunkt noch geöffnetist, wird der Druck in der Werkzeugkavität (5) ebenfalls gesenkt.Das Absenken des Drucks im Unterdruckraum kann beispielsweise mittelseines Unterdruckrohres (13) (bzw. mittels mehrerer Unterdruckrohre),welches beispielsweise durch das Formoberteil verlaufen kann, erfolgen.Das Absenken des Druckes erfolgt im allgemeinen innerhalb von 0,1bis 10 Sekunden, bevorzugt 1 bis 5 Sekunden, nachdem der zweiteDichtkreis geschlossen wurde.
    [0054] Ineiner bevorzugten Ausführungsformwird im Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) ein Absolutdruckvon 0,1 bis 0,9 bar, mehr bevorzugt von 0,2 bis 0,8 bar, besondersbevorzugt von 0,3 bis 0,8 bar eingestellt.
    [0055] Ineiner besonders bevorzugten Ausführungsformwird der Unterdruckraum nur soweit evakuiert, dass der Absolutdruckim Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) größer ist, alsder Druck, mit dem die Außenschichtmittels Vakuumdüsenan die Formunterseite gesaugt wird. Besonders bevorzugt ist hierbei,dass der Absolutdruck im Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) um 0,005bis 0,5, mehr bevorzugt von 0,05 bis 0,4, insbesondere von 0,3 größer istals der Druck, mit dem die Außenschichtmittels Vakuumdüsenan die Formunterseite gesaugt wird.
    [0056] Nachdemder Druck wie vorstehend beschrieben abgesenkt wurde lässt mandie Polyurethansystemkomponenten reagieren. An dieser Stelle seiangemerkt, dass die Reaktion im streng chemischen Sinne schon beimVermischen der Komponenten beginnt.
    [0057] DieUmsetzung zu dem resultierenden Polyurethanschaumstoff erfolgt üblicherweisebei einer Formtemperatur von 30°Cbis 80°C.
    [0058] Beider Reaktion bildet sich aus den flüssigen Polyurethansystemkomponentenein fester Schaumstoff. Sofern im Formwerkzeug ein Trägerelement(c) eingelegt wurde hängtes von der Art und Form des Trägerelementsab, ob der aufsteigende Polyurethanschaum das Trägerelement umschließt (d.h.einbettet), oder ob der Schaum nur an das Trägerelement angrenzt und dasTrägerelementsomit eine Trägerschichtbildet.
    [0059] Dererste Dichtkreis wird geschlossen, bevor das reagierende Polyurethansystemsoweit aufgeschäumtist, dass es aus der Werkzeugkavität austreten kann. Üblicherweiseerfolgt das Schließendes ersten Dichtkreises 0 bis 100 Sekunden, bevorzugt 2 bis 50 Sekundennach dem Schließendes Werkzeuges oder nach Beendigung des Einspritzens von Polyurethansystemkomponentenin das geschlossene Werkzeug.
    [0060] DasVakuum im Unterdruckraum kann mit Schließen der letzten Dichtung desDichtkreis 1 abgeschaltet werden. Es ist jedoch möglich dasVakuum bis zum erfolgten Entgasen eingeschalten zu lassen oder schonvor dem Schließender Dichtungen abzuschalten.
    [0061] Ineiner bevorzugten Ausführungsformwerden die Abmessungen der Außenhautso gewählt, dassdiese überden ersten Dichtkreis ragt. Beim Schließen des ersten Dichtkreisesdrücktdiese die Außenhautan das Formoberteil oder an das Trägerelement, so dass das resultierendeVerbundelement von der Außenhautabgeschlossen wird und kein Polyurethanschaumstoff austritt.
    [0062] Üblicherweiselässt manden Polyurethanschaumstoff 0,5 bis 5 Minuten, bevorzugt 1 bis 2Minuten aushärten,bevor die Form geöffnetund das resultierende Verbundelement entnommen wird.
    [0063] Für das erfindungsgemäße Verfahrenergeben sich im allgemeinen Zykluszeiten von 1 bis 15 Minuten, bevorzugtvon 2 bis 5 Minuten. Unter Zykluszeit wird hierbei ein kompletterDurchlauf, d.h. die Zeit vom Einlegen der Außenschicht bis zur Entnahmedes fertigen Bauteils verstanden.
    [0064] Schritt(vii) im erfindungsgemäßen Verfahren umfasstin einer bevorzugten Ausführungsformfolgende Teilschritte: (vii-1) Aushärten lassendes Polyurethanschaumstoffs, (vii-2) Öffnendes ersten Dichtkreises, (vii-3) Entgasung des Polyurethanschaumstoffs und (vii-4) Öffnender Form und Entnahme des Bauteils.
    [0065] DieEntgasung des Polyurethanschaumstoffs (Teilschritt vii-3) wird imallgemeinen durch Aufrechterhaltung oder erneutes Anlegen des Unterdrucksim Unterdruckraum, bevorzugt übereine Dauer von 0,5 bis 5, insbesondere von 1 bis 3 Sekunden bewirkt.
    [0066] DasEntgasen überden ersten Dichtkreis kann alternativ auch ohne Aufrechterhaltungdes Unterdruckes im Unterdruckraum erfolgen, es kann hierzu entwederder zweite Dichtkreis gleichzeitig geöffnet werden oder die Belüftung über dasUnterdruckrohr (beispielsweise mittels Bypass-Ventil) erfolgen.
    [0067] Nachdem Entgasen wird üblicherweisezur Erzielung einer optimalen Bauteilkontur eine Vorentriegelungdurchgeführt,hierzu werden die Formteilhälftenca. 3 mm auseinandergefahren.
    [0068] Daserfindungsgemäße Verfahrenbringt gegenüberdem Stand der Technik folgende Vorteile: Es werden Fehler imPolyurethanschaumstoff, wie z.B. Lufteinschlüssen, Zuglunker, Gasblasenoder nicht ausgeschäumteStellen im Bauteil vermieden, somit kommt es zu wesentlich wenigerAusschuss und/oder Nacharbeit.
    [0069] DieSchaumhaftung auf Dekor- und Trägeroberfläche, vorallem im Randzonenbereich, wird durch kürzere Fließzeit deutlich verbessert (Schaum istim frühenReaktionsstadium polarer).
    [0070] DieBauteildicke kann aufgrund des verbesserten Fließverhalten des Polyurethansystemsreduziert werden, komplexere Bauteilgeometrien sind machbar.
    [0071] Esergibt sich eine verbesserte Dichteverteilung im Bauteil, vor allembei Dickensprüngenund an Stellen, die weit von der Eintragsstelle entfernt sind.
    [0072] DieZellstruktur wird verbessert.
    [0073] Esist eine Dichtereduktion möglich,d.h. es ist eine geringere Schaumeintragsmenge erforderlich.
    [0074] DieZykluszeit wird reduziert.
    [0075] Daserfindungsgemäße Verfahrenermöglichtdas Einbringen des Polyurethansystems in ein geschlossenes Formwerkzeug,dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich verbessert.
    [0076] Esergibt sich ein breiteres Verarbeitungsfenster, zudem kann diesesdurch Einsatz unempfindlicher Polyurethansysteme noch zusätzlich erweitertwerden.
    [0077] Fernermuss beim Einbringen des Polyurethansystems in das Formwerkzeugnicht auf eine exakte Einschäumzeilegeachtet werden Je nach Bauteil kann sogar ein Punktschuss auf eineStelle erfolgen.
    [0078] Aufgrunddes geringeren Luftdruckes in der Werkzeugkavität können beim Einsatz von Polyurethansystemenmit einem geringen Wassergehalt, bevorzugt von 1 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt von1,5 bis 2,5 Gew.-%, Verbundelemente mit einer formverschäumten Dichteim Polyurethanschaumstoff von 80 bis 140 g/l, besonders bevorzugtvon 100 bis 120 g/l erhalten werden.
    [0079] Gegenstandder Erfindung sind daher Verbundelemente, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einenWassergehalt von 1 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von 1,5 bis 2,5 Gew.-%,bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems, aufweist undder erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichtevon 80 bis 140 g/l, bevorzugt von 100 bis 120 g/l, besitzt.
    [0080] Insbesonderesind Gegenstand der Erfindung Verbundelemente, erhältlich nachdem erfindungsgemäßen Verfahren,dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einenWassergehalt von 2,5 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von mehr als 2,5 bis2,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems,aufweist und dass der erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichtevon 80 bis 110 g/l, bevorzugt von 90 bis 100 g/l, besitzt.
    [0081] Desweiteren sind insbesondere Gegenstand der Erfindung Verbundelemente,erhältlich nachdem erfindungsgemäßen Verfahren,dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einenWassergehalt von 2,0 bis weniger als 2,5 Gew.-%, bevorzugt von mehrals 2,0 bis 2,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems,aufweist und dass der erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichte vonmehr als 110 bis 140 g/l, bevorzugt von 115 bis 130 g/l, besitzt.
    [0082] Indiesem Zusammenhang wird unter Gesamtgewicht des Polyurethansystemsdas Gewicht der Komponenten (ii-a) bis (ii-f) verstanden, jedoch ohneVerstärkungsstoffe,d.h. ohne Komponente (ii-d).
    [0083] Ineiner bevorzugten Ausführungsformweist im erfindungsgemäßen Verbundelementder Polyurethanschaumstoff eine Druckfestigkeit nach DIN 53421 von15 bis 80 kPa auf.
    [0084] Dieerfindungsgemäßen Verbundelemente werdenim allgemeinen im Kraftfahrzeug-Innenbau, bevorzugtals Instrumententafeln, Seitenverkleidungen, Mittelkonsolen und/oderArmlehnen verwendet. Gegenstand der Erfindung ist somit auch eineInstrumententafel, enthaltend das erfindungsgemäße Verbundelement.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Formwerkzeug zur Herstellung von Verbundelementen,umfassend ein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4),einen ersten Dichtkreis (1) und einen zweiten Dichtkreis(2), wobei im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eineWerkzeugkavität (5)gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis (1)begrenzt wird und wobei umlaufend um die durch den ersten Dichtkreisbegrenzte Werkzeugkavitätein evakuierbarer Unterdruckraum (6) gebildet wird, derdurch den ersten und zweiten Dichtkreis (2) begrenzt wird.
    [2] Formwerkzeug gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formunterteil Vakuumdüsen (7)für dasNestvakuum und eine umlaufende Vakuumnut (11) für das Randvakuumenthält.
    [3] Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Formunterteil zumindest einen mit der Außenschichtdes herzustellenden Verbundelements in Kontakt stehenden Drucksensor(8) enthält.
    [4] Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements,enthaltend a) eine Außenschicht(9) und b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff, mittelseines Formwerkzeugs, umfassend ein Formunterteil (3) undein Formoberteil (4), einen ersten Dichtkreis (1)und einen zweiten Dichtkreis (2), wobei im geschlossenenZustand des Formwerkzeugs eine Werkzeugkavität (5) gebildet wird,die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis (1) begrenztwird und wobei umlaufend um die durch den ersten Dichtkreis begrenzteWerkzeugkavitätein evakuierbarer Unterdruckraum (6) gebildet wird, derdurch den ersten und zweiten Dichtkreis (2) begrenzt wird,umfassend die Schritte: (i) Einlegen der Außenschicht in das Formunterteil, (ii)Einbringen von Polyurethansystemkomponenten auf die Außenschicht, (iii)Schließendes zweiten Dichtkreises (2), (iv) Evakuieren desUnterdruckraums (6) und der Werkzeugkavität (5), (v)Reagieren lassen des Polyurethansystems, (vi) Schließen desersten Dichtkreises (1), bevor das reagierende Polyurethansystemaus der Werkzeugkavitätaustreten kann, und (vii) Aushärten lassen des Polyurethanschaumstoffs und Öffnen desFormwerkzeugs.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass im Schritt (iv) im Unterdruckraum und in der Werkzeugkavität (5)ein Absolutdruck von 0,1 bis 0,9 bar eingestellt wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass im Schritt (i) die eingelegte Außenschicht (9) durchUnterdruck, welchen eine oder mehrere Vakuumdüsen (7), die das Formuntereilenthälterzeugen, am Formunterteil fixiert wird und dass im Schritt (iv)der Unterdruckraum und die Werkzeugkavität nur soweit evakuiert werden,dass der Absolutdruck im Unterdruckraum und in der Werkzeugkavität größer istals der Druck, mit dem die Außenschichtmittels Vakuumdüsenan die Formunterseite fixiert wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Absolutdruck im Unterdruckraum und in der Werkzeugkavität um 0,05bis 0,5 bar größer istals der Druck, mit dem die Außenschichtmittels Vakuumdüsenan die Formunterseite fixiert wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass Schritt (vii) folgende Teilschritte umfasst: (vii-1) Aushärten lassendes Polyurethanschaumstoffs, (vii-2) Öffnen des ersten Dichtkreises, (vii-3)Entgasung des Polyurethanschaumstoffs und (vii-4) Öffnen derForm.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass es sich bei dem Verbundelement um eine Instrumententafel handelt.
    [10] Verbundelement, erhältlich nach einem Verfahrennach einem der Ansprüche4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystemeinen Wassergehalt von 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewichtdes Polyurethansystems, aufweist und der erhaltene Polyurethanschaumstoffeine formverschäumteDichte von 80 bis 140 g/l besitzt.
    [11] Verwendung eines Verbundelements nach Anspruch 10im Kraftfahrzeug-Innenbau,bevorzugt als Instrumententafel, Seiten-, Türseitenverkleidung, Mittelkonsoleund/oder Armlehne, Handschuhkasten, Airbagdeckel, Knieschutz, Türspiegel.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004007865B4|2014-10-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-29| OR8| Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
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