DE102008015534A1

DE102008015534A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Kunststoffformteilen

Info

Publication number: DE102008015534A1
Application number: DE102008015534A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Ilzhöfer; Severin Sauren; Thomas Dr. Schuh
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffformteilen, welche in einem formgebenden Werkzeug (12) mit Hilfe einer Pressvorrichtung (16) geformt werden, wobei eine Schnellwechselvorrichtung (18) zur Entnahme des Werkzeuges aus der Pressvorrichtung vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffformteilen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Bei verschiedenen Verfahren zum Herstellen von Kunststoffformteilen wird ein Vorprodukt in die Kavität eines formgebenden Werkzeuges eingebracht, und dort unter der Einwirkung von Druck ur- oder umgeformt. Wichtige derartige Verarbeitungsmethoden sind das Tiefziehen oder Pressen von Kunststoffhalbzeugen, sowie das Spritzgießen und verwandte Verfahren (Spritzpressen, Spritzprägen, Reaction Injection Moulding RIM).
Insbesondere bei thermoplastischen Kunststoffen wird beim Ur- oder Umformprozess neben dem vorgegebenen Werkzeuginnendruck auch noch eine definierte erhöhte Temperatur eingestellt. Nach dem Guss oder dem Pressen in die Kavität des formgebenden Werkzeuges durchläuft das Formteil eine Aushärtungsphase, in welcher die Kunststoffmasse durch Abkühlen oder auch durch weitere Polymerisationsreaktionen ausgehärtet wird.
Erst nach Ablauf dieser Aushärtungsphase kann das Formteil dem formgebenden Werkzeug entnommen werden.
Das formgebende Werkzeug ist bei solchen Verfahren in der Regel fest mit der Verarbeitungsmaschine verbunden, nach dem allgemeinen Stand der Technik ist es beispielsweise üblich, solche Werkzeuge auf einer Spannplatte von beispielsweise einer Druckgussmaschine aufzuschrauben.
Dies hat den Nachteil, dass während der Aushärtephase des Formteiles die Verarbeitungsmaschine nicht für die Bearbeitung weiterer Werkstücke zur Verfügung steht. Die Aushärtephase des Formteiles beschränkt also die Taktzeit der verwendeten Verarbeitungsmaschine.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also, die Taktzeiten bei der Herstellung von Kunststoffformteilen zu verkürzen und damit vorteilhaft die produzierte Stückzahl pro Zeiteinheit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zu deren Betrieb nach Patentanspruch 4.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffformteilen ist ein formgebendes Werkzeug nicht mehr dauerhaft mit einer Verarbeitungsmaschine verbunden, es steht vielmehr eine Werkzeugschnellwechselvorrichtung zur Verfügung, mittels derer das Werkzeug nach dem Befüllen, sowie nach dem Einstellen des gewünschten Werkzeuginnendrucks und der gewünschten Werkzeuginnentemperatur aus der Verarbeitungsmaschine entnommen wird. Das Aushärten des Formteiles findet also außerhalb der eigentlichen Verarbeitungsmaschine statt, diese Maschine steht somit sofort nach Befüllen des Werkzeuges und Einpressen des Formteiles für einen neuen Arbeitszyklus zur Verfügung. Die Taktzeit der Maschine wird nicht mehr durch die Aushärtephase des Kunststoffformteiles limitiert.
Als Vorprodukt des Kunststoffformteils sind insbesondere faserverstärkte Kunststoff- oder Harz-Produkte von Bedeutung. Hierzu zählen unter anderem Faser-Prepregs, Laminate, SMC- oder BMC-Massen. (Sheet Molding Compound oder Bulk Molding Compound). Das Formwerkzeug kann ebenfalls auch als RTM-Werkzeug für einen RTM-Prozess ausgeführt sein (Resin Transfer Molding).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin eine Transportvorrichtung bereitgestellt, die das entnommene Werkzeug zu einer weiteren Verarbeitungsstation weitertransportiert. So kann vorteilhaft eine automatisierte und zeitsparende Übergabe des Werkzeuges von der Guss- bzw. Pressvorrichtung zu beispielsweise einem Entnahmeroboter verwirklicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist am formgebenden Werkzeug eine Druckeinstellvorrichtung vorgesehen, mittels derer während der Aushärtephase des Formteils der Werkzeuginnendruck gezielt geführt werden kann. Damit ist vorteilhaft eine auf das jeweils für das betreffende Formteil verwendete Material optimierte Druckführung in der Kavität des Werkzeuges während des gesamten Formgebungsprozesses ermöglicht.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen nach Patentanspruch 4 wird zunächst das formgebende Werkzeug in den Verarbeitungsraum einer ersten Verarbeitungsmaschine eingebracht, wo es mit dem zur Herstellung des Formteils verwendeten Ausgangsprodukt befüllt wird. Die Verarbeitungsmaschine stellt weiterhin den für den Formgebungsprozess notwendigen Werkzeuginnendruck sowie die gewünschte Werkzeuginnentemperatur her. Das Werkzeug wird in der Folge druckdicht verschlossen, wonach es vermittels einer Schnellwechselvorrichtung aus dem Arbeitsraum der Maschine entnommen und mittels einer Transportvorrichtung weiter befördert wird.
Während das Formteil außerhalb der Verarbeitungsmaschine im formgebenden Werkzeug aushärtet, kann bereits ein weiteres formgebendes Werkzeug in den Verarbeitungsraum der Maschine transportiert werden und der Verarbeitungszyklus der Maschine mit dem ersten Schritt von neuem begonnen werden.
Die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik notwendige Standzeit der Maschine während des Aushärtens des Formteiles entfällt bei diesem Verfahren vollständig, die verkürzten Taktzeiten erlauben so einen höheren Durchsatz von Werkstücken pro Zeit und damit einen wesentlich ökonomischeren Betrieb der Verarbeitungsmaschine.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffformteilen, und
2 eine schematische Draufsicht auf eine solche Vorrichtung zeigt.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Kunststoffformteilen wird ein formgebendes Werkzeug 12 über eine erste Transportvorrichtung 14 in eine Verarbeitungsmaschine 16 transportiert. Die Verarbeitungsmaschine 16 bringt ein Vorprodukt für das gewünschte Kunststoffformteil in das formgebende Werkzeug 12 ein, und stellt den für den Formgebungsprozess gewünschten Werkzeuginnendruck sowie die gewünschte Werkzeuginnentemperatur her. Im Anschluss daran wird das Werkzeug 12 druckdicht verschlossen, durch eine Werkzeugschnellwechselvorrichtung 17 aus der Verarbeitungsmaschine 16 entnommen und über eine weitere Transportvorrichtung 18 aus dem Verarbeitungsraum der Maschine abtransportiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Anwendung bei verschiedenen Techniken des Ur- und Umformens von Kunststoffmaterialien geeignet. Bei der Verarbeitungsmaschine 16 kann es sich so beispielsweise um eine Spritzgussmaschine handeln, die ein aufgeschmolzenes Kunststoffgranulat in eine Kavität des Werkzeuges 12 presst. Eine Anwendung ist ebenso für das Umformen von Kunststoffhalbzeugen denkbar, so kann es sich bei der Verarbeitungsmaschine 16 auch um eine Presse handeln, die an die Fließgrenze erhitzte Halbzeuge wie z. B. Kunststoffplatten unter Druck umformt. Auch beim Urformen von Kunststoffformteilen ausgehend von mehreren chemischen reaktiven Komponenten, wie z. B. beim Reaction Injection Moulding, kann das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein vollständiges Produktionssystem für Kunststoffformteile, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Wie bereits in 1 gezeigt, wird ein vorbereitetes formgebendes Werkzeug 12 über eine Transportvorrichtung 14 in eine erste Verarbeitungsmaschine 16 transportiert, wo, wie oben erläutert, das Ausgangsmaterial für das Formteil in die Kavität des Werkzeuges eingebracht, sowie ein Werkzeuginnendruck und eine Werkzeuginnentemperatur eingestellt werden. Bei der hier gezeigten Rundtischanordnung existieren keine getrennten Transportvorrichtungen für die Zuführung und den Abtransport des Werkzeuges zur Verarbeitungsmaschine 16, vielmehr ist eine einzelne Transportvorrichtung 20 in Form eines runden Rollentisches ausgeführt. Nachdem das Werkzeug 12 verschlossen wurde, wird es aus dem Verarbeitungsraum der Maschine 16 zur nächsten Verarbeitungsstation 22 weitertransportiert, wo er in einem ersten Schritt Versorgungsleitungen 24 zum Kühlen und/oder Beheizen des Werkzeuges 12 angeschlossen werden. Solche Versorgungsleitungen werden bevorzugterweise über Schnellkupplungen mit dem Werkzeug 12 verbunden. Das Werkzeug 12 wird im nächsten Verfahrensschritt zu einer weiteren Verarbeitungsstation 24 weitertransportiert, wo noch während der Aushärtephase des Kunststoffformteils weitere Bearbeitungsschritte folgen können. So kann beispielsweise ein In-mould-coating des Formteiles erfolgen.
An der folgenden Verarbeitungsstation 26 werden die Versorgungsleitungen 24 wieder vom Werkzeug 12 getrennt und das Werkzeug 12 wird anschließend über einen weiteren Bereich 28 der Transportvorrichtung 20 weiterbewegt, wobei die Aushärtephase des Formteils abgeschlossen wird.
Das Werkzeug 12 erreicht schließlich eine Entnahmestation 30, in der das Werkzeug 12 geöffnet wird und das Kunststoffformteil beispielsweise durch einen Entnahmeroboter aus der Form entnommen wird. Das fertige Formteil wird nun von einer weiteren, hier nicht gezeigten Transportvorrichtung aus dem Herstellungssystem abtransportiert. An den folgenden Verarbeitungsstationen 32, 34 erfolgt nun eine Vorbehandlung des Werkzeuges 12. Bei der Verwendung thermoplastischer Kunststoffe müssen solche Werkzeuge beispielsweise gereinigt werden. Weiterhin können im Rahmen dieser Vorbehandlung Einlegestücke, welche umspritzt oder umpresst werden sollen, in die Kavität des Werkzeuges 12 eingebracht werden.
Mit diesen Verfahrensschritten ist der Zyklus des gezeigten Herstellungssystems für Kunststoffformteile beendet, das Werkzeug 12 kann wiederum der Verarbeitungsmaschine 16 zugeführt werden.
Die in 2 gezeigte zyklische Anordnung eines solchen Produktionssystems ermöglicht vorteilhaft einen besonders hohen Durchsatz und besonders hohe Stückzahlen bei gleichzeitig sehr ökonomischem Betrieb.

12: Werkzeug
14: Transportvorrichtung
16: Verarbeitungsmaschine
17: Schnellwechselvorrichtung
18: Transportvorrichtung
20: Transportvorrichtung
22: Verarbeitungsstation
24: Versorgungsleitungen
26: Verarbeitungsstation
28: weiterer Bereich der Transportvorrichtung 20
30: Entnahmestation
32: Verarbeitungsstation
34: Verarbeitungsstation

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffformteilen, wobei die Vorrichtung zumindest ein formgebendes Werkzeug (12) mit einer Kavität sowie eine Pressvorrichtung (16) zur Einstellung eines Werkzeuginnendrucks umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkzeugschnellwechselvorrichtung (17) zum Wechsel des Werkzeuges in der Pressvorrichtung (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Transportvorrichtung (18) zum Abtransport des Werkzeuges (12) aus der Pressvorrichtung (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellelement zur gezielten Führung des Werkzeuginnendrucks am Werkzeug (12) vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils, bei dem – ein Vorprodukt in ein formgebendes Werkzeug (12) eingebracht wird, – durch eine Pressvorrichtung (16) ein vorbestimmter Werkzeuginnendruck in dem Werkzeug (12) eingestellt wird, – das Werkzeug (12) mittels einer Werkzeugschnellwechselvorrichtung (17) aus der Pressvorrichtung (16) entnommen wird, – das Werkzeug durch eine Transportvorrichtung (18) aus der Pressvorrichtung (16) abtransportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorprodukt außerhalb der Pressvorrichtung ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das die Aushärtung thermisch erfolgt.