DE4215914A1 - Verfahren zum Herstellen von räumlich geformten Kunststoffhäuten bei elektrostatischem Auftrag des Kunststoffpulvers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von räum­ lich geformten Kunststoffhäuten nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1, wie es beispielsweise aus der EP-OS 218 043 als be­ kannt hervorgeht. Ein modifiziertes, vorbekanntes Verfahren dieser Art zeigt die DE-PS 31 37 425, bei dem die gebildete Haut direkt in dem Formwerkzeug weiterverarbeitet wird. Diese Verfahrensweise wird auch slush-moulding-Verfahren genannt.

Beim herkömmlichen slush-moulding-Verfahren wird das Formwerk­ zeug auf der Seite des Pulverauftrages dichtend mit einem Pul­ verkasten mit einem Pulvervorrat darin aufgespannt. Nachdem dann das Formwerkzeug auf die erforderliche Temperatur (ca. 230°C) gebracht worden ist, wird der Pulverkasten samt Formwerk­ zeug eine längere Zeit lang räumlich geschwenkt und gedreht, so daß alle zu beschichtenden Partien des Formwerkzeuges mit dem frei in dem Pulverkasten herumpurzelnden Kunststoffpulver in ausreichenden und wiederholten Kontakt gelangen. Dabei schmilzt das Pulver an das Formwerkzeug unter Bildung der gewünschten Kunststoffhaut an. Nachdem sich eine ausreichend starke Kunst­ stoffhaut auch an den erfahrungsgemäß dünnsten Stellen gebildet hat, wird die Schwenkbewegung abgeschaltet, der Pulverkasten in eine solche Position gebracht, in der das überschüssige Pulver in den Pulverkasten zurückfällt und dann das heiße Formwerkzeug vom Kasten gelöst, um es gemeinsam mit der gebildeten Kunst­ stoffhaut abzukühlen, damit diese vom Formwerkzeug abgezogen werden kann. Nachteilig an dieser bekannten Verfahrensausge­ staltung ist folgendes:

• - Es ist eine Dichtungsvorrichtung zum dichtenden Anklemmen des Formwerkzeuges an den Pulverkasten erforderlich.
• - Ferner ist ein komplizierter und teurer Mechanismus zum räumlichen Verschwenken von Pulverkasten und Formwerkzeug nötig.
• - Aufgrund der aufwendigen und mechanisch belastenden Hand­ habung des Formwerkzeuges in der geschilderten Art muß das Formwerkzeug sehr stabil sein, was notwendigerweise die Wärmespeicherkapazität des Formwerkzeuges erhöht; dies bedingt lange Aufheiz- und Abkühlzeiten bei jedem neuen Hautbildungsprozeß, so daß die Fertigungszeiten relativ lang sind.
• - Damit das Pulver an dem Formwerkzeug anschmilzt, muß es mit einem gewissen Druck angepreßt werden, was einen ge­ wissen Mindestvorrat an Pulver in dem Kasten voraussetzt, beispielsweise etwa 100 kg. Dieses Pulver erhitzt sich nach einer gewissen Anzahl von Hautbildungszyklen, bei­ spielsweise nach etwa 10 bis 20 Zyklen und es muß für das Pulver eine Abkühlpause eingelegt werden, widrigenfalls das Pulver im Vorratskasten verklumpen würde.
• - Die Dicke der Kunststoffhaut ist nicht gezielt steuerbar; zur Vermeidung von unzulässig dünnen Stellen müssen an anderen Stellen sehr dicke Wandstärken in Kauf genommen werden.
• - Um andere Werkstücke produzieren zu können, muß der Pul­ verkasten zur Aufnahme anderer Formwerkzeuge umgerüstet werden; ein Mischbetrieb für unterschiedliche Werkstücke auf einer bestimmten Anlage ist ohne Umrüstarbeiten nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde ge­ legte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß

• - kürzere Fertigungszeiten für die Kunststoffhäute erziel­ bar sind,
• - eine in der Wandstärke gleichmäßige Kunststoffhaut ohne Dünnstellen und ohne Dickstellen herstellbar ist,
• - in flexibler Weise unterschiedliche Formwerkzeuge ver­ wendet und unterschiedlich geformte Kunststoffhäute in gemischter Fertigung ohne Umrüstarbeiten hergestellt wer­ den können und
• - ein Dauerbetrieb ohne erzwungene Wartepausen ermöglicht wird.

Diese vielfältige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank des Aufsprü­ hens eines elektrostatisch aufgeladenen Pulvers mittels eines beweglichen Pulversprühorganes können Pulvererwärmungen des Pulvervorrates und dementsprechend Abkühl-Wartezeiten ebenso vermieden werden, wie das umständliche Anschließen eines Pul­ verkastens mit all seinen nachteiligen Folgen hinsichtlich Dichtproblem, starre Bindung an bestimmte Formwerkzeuge, kom­ plizierter Bewegungsapparat und stabile, d. h. massereiche und thermisch träge Ausführung des Formwerkzeuges. Letzters kann im Gegenteil sehr leicht und somit rasch aufheizbar bzw. abkühlbar ausgebildet werden, wodurch die Fertigungszeit wesentlich re­ duziert wird. Das Bewegungsprogramm für das bewegliche Sprüh­ organ kann dem jeweiligen Formwerkzeug angepaßt und mit ihm gezielt eine überall gleichmäßige Schichtstärke aufgetragen werden, so daß Dünnstellen einerseits und unkontrollierbare Dickstellen in Zwickelbereichen andererseits vermieden werden können. Auch können ohne jegliche Umrüstung die unterschied­ lichsten Formwerkzeuge mit ein und demselben Sprühorgan ein­ gesprüht werden. Beim manuellen Aufsprühen ist dies ohnehin keine Frage; beim Aufsprühen mittels Roboter braucht lediglich ein vorab gespeichertes Bewegungsprogramm aufgerufen zu werden, welches selbsttätig durch eine entsprechende Kennung des Form­ werkzeuges erfolgen kann. Weitere Vorteile der Erfindung liegen in dem Wegfall des komplizierten Bewegungsapparates für das Schwenken und Drehen des Pulverkastens sowie das ständige ge­ genseitige Abdichten von Formwerkzeug und Pulverkasten.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert; dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 eine Abfolge unter­ schiedlicher Arbeitsschritte bei der Herstellung einer Kunst­ stoffhaut in der hier geschilderten Verfahrensweise.

Das in den Figuren dargestellte Formwerkzeug 1 ist auf seiner nicht zu beschichteten Rückseite mit einem Abschirmkasten 2 überdeckt, in welchem mehrere auf die Wandung des Formwerkzeu­ ges 1 gerichtete Strahlungsstäbe 3 angeordnet sind, die auf ihrer von dem Formwerkzeug 1 abgewandten Seite mit einem Strah­ lungsreflektor 4 überdeckt sind. Das Formwerkzeug 1 kann also bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel von seiner Rückseite her durch Strahlungswärme aufgeheizt werden. Dank einer sehr gerin­ gen Wandstärke s, die beispielsweise im Bereich von 1 bis 2 mm liegen kann, ergibt sich eine sehr geringe Werkzeugmasse und dementsprechend auch sehr kurze Aufheiz- und Abkühlungszeiten. Über eine Erdung 5 ist das Formwerkzeug auf Potential Null ge­ legt. Das Formwerkzeug 1 mit seinem rückseitigen Abschirmkasten 2 ist - zumindest in den einzelnen Arbeitsstationen - stillste­ hend gehaltert. Allenfalls zwischen ortsfesten Arbeitsstationen kann es geradlinig oder auf einer Kreisbahn weitergeschoben werden. In der in Fig. 1 dargestellten Beschichtungsstation ist das Formwerkzeug auf der Beschichtungsseite weiträumig frei zugänglich, was durch den Bewegungspfeil 8 angedeutet ist. In diesem Bewegungsraum ist ein bewegliches Sprühorgang 6 zum pneumatischen Pulverauftrag angebracht, welches an eine Span­ nungsquelle 7 zur elektrostatischen Aufladung des zu beschich­ tenden Pulvers angeschlossen ist. Derartige elektrostatische und pneumatisch wirksame Pulversprühorgane sind bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.

Zum Herstellen einer der Form des Formwerkzeuges 1 entsprechen­ den Kunststoffhaut wird das Formwerkzeug zunächst mittels der Strahlungsstäbe 3 von der Rückseite her aufgewärmt, bis es eine oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffpulvers liegende Temperatur, beispielsweise 230°C erreicht hat. Diese Tempera­ tur ist dank der geringen Wärmespeicherkapazität des Formwerk­ zeuges sehr rasch erreicht, so daß sehr bald mit dem Aufsprühen des Pulvers begonnen werden kann. Dank der elektrostatischen Aufladung des Pulvers und dank der pneumatischen Richtungsge­ bung des Pulvers durch das Sprühorgan kann das Formwerkzeug 1 sehr gezielt und gleichmäßig mit Kunststoffpulver beschichtet werden, welches an der Oberfläche des Formwerkzeuges anschmilzt und eine Haut bildet. An etwaigen Dünnstellen innerhalb der Haut wird aufgrund der gegenpoligen elektrostatischen Ladung zwischen Pulver und Formwerkzeug das Pulver bevorzugt angezo­ gen, so daß sich auch die Dünnstelle schließt. Auch ohne Anzu­ schmelzen hält sich eine gewisse Schicht von Kunststoffpulver an der Beschichtungsseite des Formwerkzeuges.

Ist auf diese Weise eine ausreichend dicke Kunststoffhaut bzw. Pulverschicht aufgetragen, so kann auch von der Auftragsseite her Wärme in das aufgesprühte Pulver eingetragen werden, um auch von der Aufsprühseite her das Pulver beschleunigt zum Schmelzen zu bringen und die Hautbildung zu beschleunigen. Dies ist in Fig. 2 durch die Strahlungsstäbe 10 und den Strahlungs­ schirm 9 angedeutet. Anstelle von Strahlungswärme kann zumin­ dest in einem fortgeschrittenen Prozeß des Schmelzvorganges die Zufuhr von Schmelzwärme auch durch Heißluft erfolgen, die bei­ spielsweise zwischen den Strahlungsstäben hindurchgeleitet wer­ den könnte.

Wenn dann das Pulver vollständig zu einer Haut zusammengeschmol­ zen ist, können die außenseitigen Strahlungsstäbe 10 entfernt und die innenseitigen Strahlungsstäbe 3 abgeschaltet werden. Die gebildete Haut kann nun auf möglichst rasche Weise abge­ kühlt werden, was in Fig. 3 durch den beweglichen Brausekopf 11 angedeutet ist, mit dem Kühlwasser auf die gebildete Haut aufgesprüht werden kann. Es ist auch denkbar, Kühlluft durch den Abschirmkasten 2 hindurchzuleiten und so das Formwerkzeug 1 auch von der Rückseite her auf zwangskonvektive Weise abzuküh­ len.

Sobald das Formwerkzeug 1 und die gebildete Kunststoffhaut 12 ausreichend tief, beispielsweise auf 30 bis 40°C abgekühlt sind, hat die Kunststoffhaut genügend Stabilität, so daß sie aus dem Formwerkzeug abgezogen werden kann, was in Fig. 4 an­ gedeutet ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen von räumlich geformten Kunst­ stoffhäuten für die anschließende Weiterverarbeitung zu hin­ terschäumten Kraftfahrzeug-Innenausbauteilen, insbesondere zu Instrumententafeln, bei dem auf einem der Negativform der her­ zustellenden Kunststoffhaut entsprechenden, metallischen Form­ werkzeug thermoplastischer Kunststoff in Form eines trockenen pulvers in einer bestimmten Mindestlagenstärke und in allen Bereichen der späteren Kunststoffhaut niedergeschlagen und unter Wärmeeinwirkung auf dem Formwerkzeug zu einer geschlos­ senen Haut zusammengeschmolzen wird, bei dem anschließend die gebildete Kunststoffhaut und das Formwerkzeug abgekühlt werden und die fertige Kunststoffhaut vom Formwerkzeug abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederschlagen des Kunststoffpulvers bei

• - stillstehendem,
• - dünnwandig und mit niedriger Wärmespeicherkapazität aus­ gebildeten,
• - hautseitig weiträumig frei zugänglichen und
• - elektrisch auf Null-Potential gelegtem, also geerdetem Formwerkzeug erfolgt,
• - wobei das Kunststoffpulver elektrostatisch aufgeladen und pneumatisch augesprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffpulver auf das bereits vorgewärmte Formwerk­ zeug aufgesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach ausreichendem pulverauftrag auf das Formwerkzeug der Pulverschicht auch von der Auftragsseite her Schmelzwärme zu­ geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auftragsseitige Schmelzwärmezufuhr durch heiße Gase, insbesondere heiße Luft und/oder durch Wärmestrahlung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am Formwerkzeug vorgesprühte, in der Luft schwebende Kunststoffpulver mit einem ständigen Luftzug fortgetragen, diese Luft aufgefangen und das Kunststoffpulver daraus zur Wiederverwendung ausgefiltert wird.