DE102023104329A1

DE102023104329A1 - Tool and method for producing a foamed plastic part

Info

Publication number: DE102023104329A1
Application number: DE102023104329.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Huber; Martin Schwabl; Bernhard Melzl; Stefan Hobelsberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (30) zur Herstellung eines geschäumten Bauteils (10) mit:- einer ersten Werkzeughälfte (31) und- einer zweiten Werkzeughälfte (32), wobei die beiden Werkzeughälften (31, 32) in geschlossenem Zustand eine Kavität einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Werkzeughälfte (31, 32) einen vorspringenden Bereich (33) aufweist, der sich durch die Kavität hindurch in eine Ausnehmung (321) der anderen Werkzeughälfte (32, 31) erstreckt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Bauteils.The invention relates to a tool (30) for producing a foamed component (10) with: - a first tool half (31) and - a second tool half (32), wherein the two tool halves (31, 32) enclose a cavity in the closed state, characterized in that at least one tool half (31, 32) has a projecting region (33) which extends through the cavity into a recess (321) of the other tool half (32, 31). Furthermore, the invention relates to a method for producing a foamed component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteils gemäß Anspruch 8.The present invention relates to a tool for producing a foamed plastic part according to the preamble of claim 1 and a method for producing a foamed plastic part according to claim 8.

Im heutigen Fahrzeugbau werden Oberflächen im Fahrzeuginnenraum bzw. in der Fahrgastzelle von Kraftfahrzeugen mit Dekoren versehen, um für den Fahrzeuginsassen einen ansprechenden optischen Eindruck zu erzeugen. Für die Innenausstattungsbauteile bzw. Verkleidungsteile gibt es eine Vielzahl von Oberflächenvarianten (Leder, Kunstleder, Folien, Textilien), die über verschiedene Kaschierverfahren auf einen Träger appliziert werden. Aktuell wird für kaschierte Innenausstattungsbauteile z. B. ein Abstandsgewirke, ein Schaumrücken oder Vlies als Haptikschicht verwendet. Es hat sich dabei etabliert, auf einen Kunststoffträger Dekore, die beispielsweise in Form von Folien mit Holzoptik oder Carbonoptik vorliegen, aufzukleben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, Häute aus Leder oder Kunstleder mit Hilfe von Kaschierverfahren, z. B. Presskaschierverfahren oder ähnlichen Kaschierverfahren, z. B. ohne festes Oberwerkzeug auf Trägerstrukturen zu montieren, um eine Lederoptik auf dem Verkleidungsteil zu erzeugen. Bei diesem Kaschiervorgang werden die Folien oder die Häute mit Hilfe eines Klebers stoffschlüssig mit der darunterliegenden Tragstruktur verbunden. Die Wärme für das Aktivieren des Klebers wird über einen warmen Pressstempel des Presskaschierwerkzeugs über Kontaktwärme oder mittels IR-Strahlung durch die Haut in die Klebefuge eingebracht. Dadurch wird der Kleber während des Kaschierverfahrens aktiviert und verbindet die Folie bzw. die Haut mit der Tragstruktur.In today's vehicle construction, surfaces in the vehicle interior or in the passenger compartment of motor vehicles are provided with decorations in order to create an appealing visual impression for the vehicle occupants. There are a variety of surface variants for the interior components or trim parts (leather, artificial leather, films, textiles), which are applied to a carrier using various laminating processes. Currently, a spacer fabric, a foam backing or fleece is used as a tactile layer for laminated interior components. It has become established to stick decorations, for example in the form of films with a wood or carbon look, onto a plastic carrier. In addition, it is also known to mount leather or artificial leather skins on carrier structures using laminating processes, e.g. press laminating processes or similar laminating processes, e.g. without a fixed upper tool, in order to create a leather look on the trim part. During this lamination process, the films or skins are bonded to the underlying supporting structure using an adhesive. The heat for activating the adhesive is introduced into the adhesive joint through the skin via a warm press stamp on the press lamination tool using contact heat or IR radiation. This activates the adhesive during the lamination process and bonds the film or skin to the supporting structure.

Da viele dieser Oberflächenmaterialien lediglich geringe Eigensteifigkeiten aufweisen, bestehen Einschränkungen hinsichtlich der Anwendungsmöglichkeit für Verkleidungsteile. Insbesondere, wenn das Oberflächenmaterial Vertiefungen oder Durchbrüche in der darunterliegenden Tragstruktur überspannen muss, besteht die Gefahr, dass sich ungewollte Abzeichnungen auf der sichtbaren Oberfläche des Oberflächenmaterials abbilden. Im Stand der Technik hat sich gezeigt, dass die Abzeichnungen auf der Oberfläche geringer sind, je scharfkantiger die Begrenzung des Durchbruchs oder der Vertiefung in der Tragstruktur ist. Um dies sicherzustellen hat es sich im Stand der Technik etabliert, wenn die Tragstruktur als ein geschäumtes Bauteil ausgebildet ist, Durchbrüche oder Vertiefungen nach dem Herstellen des Bauteils in gesonderten mechanischen Bearbeitungsschritten zu erzeugen.Since many of these surface materials have only low inherent rigidity, there are limitations in terms of their application for cladding parts. In particular, if the surface material has to span depressions or openings in the underlying supporting structure, there is a risk that unwanted marks will appear on the visible surface of the surface material. The state of the art has shown that the sharper the edge of the opening or depression in the supporting structure, the less marks there are on the surface. To ensure this, it has become established in the state of the art that, if the supporting structure is designed as a foamed component, openings or depressions are created in separate mechanical processing steps after the component has been manufactured.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffbauteile anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, den Herstellungsprozess geschäumter Bauteile zu vereinfachen.Based on this prior art, the present invention aims to provide a tool and a method for producing foamed plastic components that overcome the disadvantages of the prior art. It is a particular object of the invention to simplify the production process for foamed components.

Diese Aufgabe wird mit einem Werkzeug gemäß Patentanspruch 1 und einem Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 8 gelöst.This object is achieved with a tool according to patent claim 1 and a manufacturing method according to patent claim 8.

Weitere Ausführungsformen sind in den hierauf rückbezogenen abhängigen Patentansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent patent claims which refer back to this invention.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Werkzeug zur Herstellung eines geschäumten Bauteils vor. Das Werkzeug umfasst eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte, wobei die beiden Werkzeughälften in einem geschlossenen Zustand des Werkzeugs eine Kavität einschließen. Mindestens eine der Werkzeughälften weist einen vorspringenden Bereich auf, der sich durch die Kavität hindurch in eine Ausnehmung der anderen Werkzeughälfte hinein erstreckt, wenn das Werkzeug sich in einem geschlossenen Zustand befindet. Der vorspringende Bereich fungiert dabei wie ein Kern, so dass, wenn eine schäumfähige Spritzgussmasse, insbesondere Polypropylen mit 20% Glasfaseranteil (PP- GF20), Talkumverstärktes Polypropylen (PP-TV15), Polycaprolactam bzw. Polyamid 6 (PA6), in die Kavität eingespritzt wird, diese den vorspringenden Bereich umschließt, so dass im fertigen Bauteil an der Stelle des vorspringenden Bereichs ein Loch bzw. Durchbruch entsteht. Mit dem Werkzeug können folglich Werkzeug fallend Durchbrüche bzw. Löcher in geschäumten Kunststoffbauteilen hergestellt werden. To solve this problem, the invention proposes a tool for producing a foamed component. The tool comprises a first tool half and a second tool half, the two tool halves enclosing a cavity when the tool is closed. At least one of the tool halves has a protruding area that extends through the cavity into a recess in the other tool half when the tool is closed. The protruding area functions like a core, so that when a foamable injection molding compound, in particular polypropylene with 20% glass fiber content (PP-GF20), talc-reinforced polypropylene (PP-TV15), polycaprolactam or polyamide 6 (PA6), is injected into the cavity, it encloses the protruding area, so that a hole or breakthrough is created in the finished component at the location of the protruding area. The tool can therefore be used to produce breakthroughs or holes in foamed plastic components while the tool is falling.

Dies bietet den Vorteil, dass zusätzliche mechanische Nachbearbeitungsschritte, wie beispielsweise Durchbohren des geschäumten Bauteils, entfallen, und sich ein vereinfachter, rationaler Herstellungsprozess ergibt.This offers the advantage that additional mechanical post-processing steps, such as drilling through the foamed component, are eliminated and a simplified, rational manufacturing process is achieved.

Weiterhin kann der vorspringende Bereich als Stift oder Dorn ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann der vorspringende Bereich mit seinem der Ausnehmung zugewandten Ende verjüngend ausgebildet sein. Dadurch kann beim Schließen des Werkzeugs eine Ausrichtung der Werkzeughälften selbsttätig erfolgen, da der Stift oder der Dorn als Zentrierung fungiert.Furthermore, the projecting area can be designed as a pin or mandrel. The projecting area can advantageously be tapered with its end facing the recess. This allows the tool halves to be aligned automatically when the tool is closed, since the pin or mandrel acts as a centering device.

Der vorspringende Bereich kann zumindest abschnittsweise einen runden, einen drei- oder mehreckigen Querschnitt, oder Kombinationen aus diesen Querschnittsformen aufweisen. Je nach Anwendungsfall, für den der zu erzeugende Durchbruch gewünscht ist, können unterschiedliche Formen notwendig sein.The projecting area can have a round, triangular or polygonal cross-section, or combinations of these cross-sectional shapes, at least in sections. Depending on the application Depending on the application for which the breakthrough to be created is desired, different shapes may be necessary.

Weiterhin kann der vorspringende Bereich eine Vertiefung aufweisen, die insbesondere als Nut mit rundem, drei- oder mehreckigem Querschnitt, oder Kombinationen daraus ausgebildet ist. Wenn in die Kavität eine schäumfähige Kunststoffmasse eingespritzt wird, kann sich diese in diese Vertiefung hinein erstrecken, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen dem vorspringenden Bereich und der Kunststoffschmelze ergibt. Dadurch wird die Anhaftung der noch nicht aufgeschäumten Kunststoffschmelze an den vorspringenden Bereich vergrößert. Wenn nun die beiden Werkzeughälften auseinandergefahren werden, um das Volumen der Kavität zu vergrößern, verbleibt die Kunststoffschmelze in berührendem Kontakt mit der Werkzeughälfte, an der der vorspringende Bereich ausgebildet ist. Somit erfolgt das Aufschäumen der schäumfähigen Kunststoffschmelze stärker in dem Bereich, der derjenigen Werkzeughälfte zugewandt ist, in der sich die Ausnehmung befindet. Dies bietet den Vorteil, dass sich im Bereich der Kunststoffschmelze zwischen dem vorspringenden Bereich und der Oberfläche der dazugehörigen Werkzeughälfte keine Einfallstelle ausbildet, sondern eine diskrete, scharfe Kante erzeugt wird. Diese Seite ist zeitgleich eine Seite des späteren geschäumten Bauteils bzw. des Trägerteils, auf das das Dekormaterial aufgebracht wird und bildet somit eine Sichtseite des späteren Bauteils bzw. Verkleidungsbauteils aus, so dass hier die Vermeidung von Einfallstellen, die sich auf der Sichtseite abbilden, besonders wichtig ist.Furthermore, the projecting area can have a recess, which is designed in particular as a groove with a round, triangular or polygonal cross-section, or combinations thereof. If a foamable plastic mass is injected into the cavity, it can extend into this recess, resulting in a positive connection between the projecting area and the plastic melt. This increases the adhesion of the plastic melt that has not yet been foamed to the projecting area. If the two tool halves are now moved apart to increase the volume of the cavity, the plastic melt remains in contact with the tool half on which the projecting area is formed. The foaming of the foamable plastic melt thus takes place more in the area facing the tool half in which the recess is located. This offers the advantage that no sink mark is formed in the area of the plastic melt between the projecting area and the surface of the associated tool half, but rather a discrete, sharp edge is created. This side is simultaneously a side of the later foamed component or the carrier part to which the decorative material is applied and thus forms a visible side of the later component or cladding component, so that the avoidance of sink marks that appear on the visible side is particularly important here.

Weiterhin kann der vorspringende Bereich eine Mantelfläche aufweisen, welche eine Längsachse des vorspringenden Bereichs in Umfangsrichtung umgibt. Die Vertiefung ist dabei in der Mantelfläche angeordnet. Die Vertiefung kann somit als eine Nut ausgebildet sein, die in der Mantelfläche verläuft und einen Kreis bildet, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse des vorspringenden Bereichs liegt. Dies bietet den Vorteil, dass in Umfangsrichtung des vorspringenden Bereichs umlaufend eine formschlüssige Verbindung zwischen der aufschäumbaren Kunststoffmasse und dem vorspringenden Bereich erzeugt wird. Während des Schäumens wird umlaufend ein ausreichend hoher Druck auf dem Bereich zwischen der Werkzeughälfte und dem vorspringenden Bereich erzeugt wird, so dass rundum den vorspringenden Bereich keine Einfallerscheinungen auftreten.Furthermore, the protruding region can have a shell surface that surrounds a longitudinal axis of the protruding region in the circumferential direction. The recess is arranged in the shell surface. The recess can thus be designed as a groove that runs in the shell surface and forms a circle whose center lies on the longitudinal axis of the protruding region. This offers the advantage that a positive connection is created between the foamable plastic mass and the protruding region in the circumferential direction of the protruding region. During foaming, a sufficiently high pressure is created all around the area between the tool half and the protruding region so that no collapse occurs around the protruding region.

Weiterhin kann sich in einem geschlossenen Zustand des Werkzeugs die Vertiefung in der Kavität befinden. Der vorspringende Bereich kann integral bzw. einstückig an der dazugehörigen Werkzeughälfte ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der vorspringende Bereich auch in Form eines modifizierten Auswerferstifts ausgebildet sein, der fest mit der dazugehörigen bzw. mit einer Werkzeughälfte verbunden ist.Furthermore, when the tool is closed, the recess can be located in the cavity. The protruding area can be formed integrally or in one piece on the associated tool half. Alternatively, the protruding area can also be formed in the form of a modified ejector pin that is firmly connected to the associated or to a tool half.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Bauteils mit einem Werkzeug wie Vorhergehenden beschrieben. Das Verfahren kann dabei die folgenden Schritte umfassen: Überführen des Werkzeugs in einen geschlossenen Zustand, Einbringen einer schäumfähigen Masse in die Kavität, Abwarten eines vorbestimmten Zeitintervalls, Vergrößerung des Volumens in der Kavität um einen vorbestimmten Wert durch die Auseinanderbewegung der Werkzeughälften, Entformen des geschäumten Bauteils aus dem Werkzeug.In a further aspect, the invention relates to a method for producing a foamed component using a tool as described above. The method can comprise the following steps: transferring the tool into a closed state, introducing a foamable mass into the cavity, waiting for a predetermined time interval, increasing the volume in the cavity by a predetermined value by moving the tool halves apart, demolding the foamed component from the tool.

Während des Abwartens des vorbestimmten Zeitintervalls kann die schäumfähige Masse auf den vorspringenden Bereich schwinden und sich somit kraft- und/oder formschlüssig mit dem vorspringenden Bereich verbinden. Üblicherweise wird ein Zeitintervall im Bereich von 0,5 Sekunden bis 2 Sekunden abgewartet. In Abhängig von der Wandstärke und Temperatur im Werkzeug kann dieses Zeitintervall auch kürzer oder länger ausfallen. Wie bereits eingangs mit Bezug zum Werkzeug beschrieben, bietet dies den Vorteil, dass die noch nicht ausgeschäumte Kunststoffschmelze an dem vorspringenden Bereich anhaftet bzw. an der dazugehörenden Werkzeughälfte anhaftet und sich beim Auseinanderfahren der beiden Werkzeughälften mit dem vorspringenden Bereich mitbewegt. Mit anderen Worten, bei der Vergrößerung des Volumens in der Kavität, um einen vorbestimmten Wert durch Auseinanderbewegen der Werkzeughälften, bleibt eine Oberfläche der schäumfähigen Masse, die der Werkzeughälfte mit dem vorspringenden Bereich zugewandt ist, zumindest abschnittsweise mit der Oberfläche der Kavität dieser Werkzeughälfte in berührendem Kontakt.While the predetermined time interval is being waited for, the foamable mass can shrink onto the protruding area and thus bond to the protruding area in a force-fitting and/or form-fitting manner. A time interval in the range of 0.5 seconds to 2 seconds is usually waited for. Depending on the wall thickness and temperature in the tool, this time interval can also be shorter or longer. As already described at the beginning with reference to the tool, this offers the advantage that the plastic melt that has not yet been foamed adheres to the protruding area or to the associated tool half and moves with the protruding area when the two tool halves are moved apart. In other words, when the volume in the cavity is increased by a predetermined value by moving the tool halves apart, a surface of the foamable mass that faces the tool half with the protruding area remains in contact with the surface of the cavity of this tool half, at least in sections.

Weiterhin kann beim Entformen des geschäumten Bauteils aus dem Werkzeug ein Teil der geschäumten Masse in der Ausnehmung verbleiben. Dies bietet den Vorteil, dass der verbleibende Teil für folgende Schussvorgänge als Abdichtung dient. Zudem fungiert der verbleibende Teil als Führung und Anschlagelement für den Endabschnitt des vorspringenden Bereichs, welcher der Werkzeughälfte, in dem die Ausnehmung vorgesehen ist, zugewandt ist.Furthermore, when the foamed component is removed from the tool, part of the foamed mass can remain in the recess. This offers the advantage that the remaining part serves as a seal for subsequent shot processes. In addition, the remaining part functions as a guide and stop element for the end section of the protruding area, which faces the tool half in which the recess is provided.

Ein geschäumtes Bauteil kann bevorzugt in einem Thermoplastischen Schaumspritzguss Verfahren (TSG) oder in einem Spritzguss-Integralverfahren (SGI) erzeugt werden. Das SGI-Verfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Erzeugen sogenannter SGI-Bauteile wird zwischen zwei Werkzeughälften, die eine Kavität ausbilden, eine schäumfähige Kunststoffmasse in diese Kavität eingebracht. Die Kunststoffmasse füllt dabei die Kavität im Wesentlichen vollständig aus und erstarrt von den Außenbereichen der Kunststoffmasse zu dem Innenbereich der Kunststoffmasse hin. Sobald die Kunststoffmasse einen bestimmten Erstarrungsgrad erreicht hat, verliert sie ihre Schäumfähigkeit. Dieser Effekt wird dahingehend ausgenutzt, dass zuerst eine vorbestimmte Zeit abgewartet wird, bis die Randbereiche erstarrt sind und sich somit die äußere Wandung des Trägerteils gebildet hat. Danach wird das Werkzeug um den sogenannten SGI-Hub auseinandergefahren, so dass die Kavität eine Volumenvergrößerung erfährt. Dabei werden die äußeren Wandungen der Kavität ebenfalls auseinandergefahren, so dass sich der dazwischen liegende innere Bereich der Kunststoffmasse vergrößert. In dem inneren Bereich des Trägerteils zwischen den äußeren Wandungen kann jetzt die noch nicht erstarrte Kunststoffmasse aufschäumen. Die Verwendung eines SGI-Bauteils als Trägerteil bei der Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffbauteils bietet den Vorteil, dass der innere, geschäumte Bereich Poren bzw. Alveolen bzw. Zellen aufweist, so dass das Gesamtgewicht des Bauteils reduziert wird. In der Patentanmeldung DE 102017206304 wird ein solches Bauteil beschrieben. Das Spritzguss-Integralverfahren stellt somit eine Verfahrenskombination aus Schäumen und Spritzgießen dar und basiert auf einem Prinzip eines chemischen Schäumens. Hierbei wird ein Treibmittel einem Granulat beigemischt und das Granulat anschließend spritzgegossen. Während die Schmelze des Granulats in die Kavität des Werkzeugs eingespritzt wird, ist eine Wanddicke über ein gesamtes Bauteil, vorliegend des Trägerteils, im Wesentlichen konstant und weist eine Wandstärke im Bereich von im Wesentlichen 1,8 mm auf. Nach dem Einspritzen erkaltet eine Außenhaut des Trägerteils. Eine das Werkzeug umfassende Spritzgießmaschine baut eine Schließkraft ab und öffnet die Werkezugkavität um einen so genannten Schäumhub von ca. 2,2 mm. In einer noch plastifizierten Kunststoffseele schäumt das Treibmittel die Schmelze auf. Das geschäumte Trägerteil weist somit eine geschlossene Außenhaut auf, welche ein offenporiges Hohlvolumen im Inneren umschließt. Das im Spritzgussintegralverfahren hergestellte Trägerteil weist eine Wandstärke im Bereich von 4 mm auf, ist zum einen besonders stabil und zum anderen besonders einfach herstellbar. Das TSG-Verfahren entspricht im Wesentlichen dem SGI-Verfahren, wobei nicht zwingend ein Werkzeughub durchgeführt werden muss.A foamed component can preferably be produced in a thermoplastic foam injection molding process (TSG) or in an injection molding integral process (SGI). The SGI process is known from the prior art. To produce In the production of so-called SGI components, a foamable plastic mass is introduced into the cavity between two tool halves that form a cavity. The plastic mass essentially fills the cavity completely and solidifies from the outer areas of the plastic mass to the inner area of the plastic mass. As soon as the plastic mass has reached a certain degree of solidification, it loses its foamability. This effect is exploited by first waiting a predetermined time until the edge areas have solidified and the outer wall of the carrier part has formed. The tool is then moved apart by the so-called SGI stroke so that the cavity increases in volume. The outer walls of the cavity are also moved apart so that the inner area of the plastic mass between them increases in size. In the inner area of the carrier part between the outer walls, the plastic mass that has not yet solidified can now foam up. The use of an SGI component as a carrier part in the production of a multi-layer plastic component offers the advantage that the inner, foamed area has pores or alveoli or cells, so that the overall weight of the component is reduced. In the patent application EN 102017206304 such a component is described. The injection molding integral process is thus a process combination of foaming and injection molding and is based on a principle of chemical foaming. Here, a blowing agent is mixed with a granulate and the granulate is then injection molded. While the melt of the granulate is injected into the cavity of the tool, a wall thickness over an entire component, in this case the carrier part, is essentially constant and has a wall thickness in the range of essentially 1.8 mm. After injection, an outer skin of the carrier part cools down. An injection molding machine surrounding the tool reduces a closing force and opens the tool cavity by a so-called foaming stroke of approx. 2.2 mm. The blowing agent foams the melt in a still plasticized plastic core. The foamed carrier part therefore has a closed outer skin which encloses an open-pored hollow volume on the inside. The carrier part produced using the integral injection molding process has a wall thickness of around 4 mm, is particularly stable and particularly easy to manufacture. The TSG process is essentially the same as the SGI process, although a tool stroke is not necessarily required.

Die im Vorhergehenden mit Bezug zu dem Werkzeug genannten Vorteile der Erfindung gelten uneingeschränkt auch für das Verfahren und umgekehrt.The advantages of the invention mentioned above with reference to the tool also apply without restriction to the method and vice versa.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigen in schematischer Darstellung:

1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Trägerteils,
2 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Oberflächenbezugs,
3 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
4 ein Detail einer Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug vor der Durchführung eines Schäumhubs, und
5 ein Detail einer Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug nach der Durchführung eines Schäumhubs.

The invention will be described in more detail below with reference to the figures. They show in schematic representation:

1 a perspective view of an exemplary carrier part,
2 a perspective view of an exemplary surface reference,
3 a sectional view through a tool according to the invention,
4 a detail of a sectional view through a tool according to the invention before carrying out a foaming stroke, and
5 a detail of a sectional view through a tool according to the invention after carrying out a foaming stroke.

1 zeigt beispielhaft ein geschäumtes Bauteil in Form eines Instrumententafelträger 10, der als Trägerteil 10 zur Erläuterung dienen soll. Alternativ zu dem dargestellten I-Tafelträger können als Trägerstruktur 10 auch sämtliche im Interieur eines Fahrzeugs befindliche Verkleidungsteile dienen, wie Handschuhkasten, Mittelarmlehnen, Mittelkonsolen Blenden, Armauflagen in den Türverkleidungen, Türverkleidungen, Dachhimmel, Fondkonsolen, Säulenverkleidungen usw. Dieser Instrumententafelträger 10 weist eine Oberfläche 10o auf, die mit Hilfe eines Oberflächenbezugs 20 bezogen werden soll. Diese Oberfläche 10o kann, wie in 1 dargestellt, lediglich einen Abschnitt betreffen, wie beispielsweise die obere Oberfläche der Hutze des sogenannten Kombiinstruments. Die zu beziehende Oberfläche 10o kann jedoch auch der Teil der Oberfläche des Trägerteils 10 sein, der von einem Fahrzeuginsassen im Innenraum des Fahrzeugs sichtbar wäre. Weiterhin alternativ kann die Oberfläche 10o auch die gesamte Oberfläche des Trägerteils 10 umfassen, wobei dann auch von einem Fahrzeuginsassen nicht sichtbare Bereiche des Trägerteils 10 kaschiert werden würden. 1 shows an example of a foamed component in the form of an instrument panel carrier 10, which is intended to serve as a carrier part 10 for explanation. As an alternative to the I-panel carrier shown, all trim parts in the interior of a vehicle can also serve as a carrier structure 10, such as glove compartments, center armrests, center console panels, armrests in the door panels, door panels, roof liners, rear consoles, pillar panels, etc. This instrument panel carrier 10 has a surface 10o, which is to be covered with a surface cover 20. This surface 10o can, as in 1 shown, only concern a section, such as the upper surface of the hood of the so-called instrument cluster. However, the surface 10o to be covered can also be the part of the surface of the carrier part 10 that would be visible to a vehicle occupant in the interior of the vehicle. Furthermore, alternatively, the surface 10o can also comprise the entire surface of the carrier part 10, in which case areas of the carrier part 10 that are not visible to a vehicle occupant would also be concealed.

Das Trägerteil 10 weist eine Mehrzahl von Durchbrüchen 11 auf, die in 1 beispielhaft kreisrund auf der Oberfläche des Trägerteils 10 dargestellt sind. Diese Durchbrüche 11 können in anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen mit drei- oder mehreckigem Querschnitt ausgebildet sein.The carrier part 10 has a plurality of openings 11 which are 1 are shown as circular on the surface of the carrier part 10. These openings 11 can be designed with a triangular or polygonal cross-section in other embodiments not shown.

2 zeigt einen Oberflächenbezug 20. Der Oberflächenbezug 20 wird auf die Oberfläche 10o des in 1 gezeigten Trägerteils 10 aufgebracht. Der Oberflächenbezug kann klassisch auf das Trägerteil 10 aufkaschiert und damit stoffschlüssig mit dem Trägerteil 10 verbunden werden. Alternativ dazu kann der Oberflächenbezug 20 formschlüssig und somit lösbar über Befestigungselemente am Trägerteil 10 befestigt werden. Dadurch ist der Oberflächenbezug 20 besonders leicht wechselbar ausgeführt. Der Oberflächenbezug 20 weist Aussparungen 22 auf, durch die Lüftungsvorrichtungen hindurchgeführt werden können. 2 shows a surface reference 20. The surface reference 20 is applied to the surface 10o of the 1 shown carrier part 10. The surface covering can be laminated onto the carrier part 10 in the traditional way and thus bonded to the carrier part 10. Alternatively, the surface covering 20 can be attached to the carrier part 10 in a form-fitting and thus detachable manner using fastening elements. This makes the surface covering 20 particularly easy to replace. The surface covering 20 has recesses 22 through which ventilation devices can be passed.

3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Werkzeugs 30, zum Herstellen eines Kunststoffbauteils aus geschäumtem Material. Das Werkzeug 30 weist eine erste Werkzeughälfte 31, figürlich als untere Werkzeughälfte dargestellt, und eine zweite Werkzeughälfte 32, figürlich als obere Werkzeughälfte dargestellt, auf. In 3 ist das Werkzeug in einer geschlossenen Position bzw. einem geschlossenen Zustand dargestellt. Dabei bilden die beiden Werkzeughälften 31, 32 eine Kavität aus. Mit anderen Worten, die beiden Werkzeughälften 31, 32 schließen einen Hohlraum als Kavität ein. Die erste Werkzeughälfte 31 umfasst einen vorspringenden Bereich 33. Dieser ist als modifizierter Auswerferstift gebildet und fest mit der ersten Werkzeughälfte 31 verschraubt. Dieser Stift bzw. Dorn 33 durchdringt die Kavität zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 und dringt mit seinem figürlich oberen Ende, das der oberen Werkzeughälfte 32 zugewandt ist, in eine Ausnehmung der oberen Werkzeughälfte 32 ein. Über Schusskanäle kann eine schäumfähige Kunststoffmasse in die Kavität zwischen die Werkzeughälften 31, 32 eingebracht werden. Die noch schäumfähige Kunststoffmasse füllt die Kavität zwischen den Werkzeughälften 31, 32 aus und bildet das in 3 gezeigte Halbzeug 10 aus. 3 shows the basic structure of a tool 30 for producing a plastic component from foamed material. The tool 30 has a first tool half 31, figuratively shown as the lower tool half, and a second tool half 32, figuratively shown as the upper tool half. In 3 the tool is shown in a closed position or a closed state. The two tool halves 31, 32 form a cavity. In other words, the two tool halves 31, 32 enclose a hollow space as a cavity. The first tool half 31 comprises a protruding area 33. This is formed as a modified ejector pin and is firmly screwed to the first tool half 31. This pin or mandrel 33 penetrates the cavity between the two tool halves 31, 32 and penetrates with its figurative upper end, which faces the upper tool half 32, into a recess in the upper tool half 32. A foamable plastic mass can be introduced into the cavity between the tool halves 31, 32 via shot channels. The still foamable plastic mass fills the cavity between the tool halves 31, 32 and forms the 3 shown semi-finished product 10.

In 4 ist der Bereich der Kavität um den Stift 33 herum vergrößert dargestellt. Der Stift 33 weist eine Längsachse L und einen kreisrunden, sich im oberen Bereich verjüngenden Abschnitt auf. Der Stift 33 ist somit zylindrisch aufgebaut und umfasst eine Mantelfläche, die sich in Umfangsrichtung um die Längsachse L herum erstreckt. Im Bereich der Mantelfläche, der in der Kavität liegt, ist eine ringförmige Vertiefung bzw. eine ringförmige Nut 331 dargestellt. Das Halbzeug 10 bzw. die Kunststoffmasse dringt in diese Nut ein, so dass zwischen dem Halbzeug 10 und dem Stift eine formschlüssige Verbindung entsteht. Zusätzlich zu dieser formschlüssigen Verbindung entsteht eine kraftschlüssige Verbindung dadurch, dass mit Ablauf einer bestimmten Zeit bzw. durch Abkühlung oder Schäumen des Materials des Halbzeugs 10, eine Schrumpfung einsetzt, welche das Material des Bauteils 10 bzw. der noch schäumfähigen Kunststoffschmelze auf den Stift 33 aufschrumpft bzw. aufschwinden lässt. Die obere Werkzeughälfte 32 weist eine Ausnehmung 321 auf, welche in 4 beispielhaft als Sacklochbohrung ausgebildet ist. Die Ausnehmung 321 weist einen Bereich 322 auf, in dem die Sacklochbohrung einen etwas größeren Durchmesser aufweist als im restlichen Bereich der Sacklochbohrung. Die schäumfähige Kunststoffschmelze kann zwischen dem Stift 33 und der Wandung der Ausnehmung 321 in die Ausnehmung 321 strömen und den Bereich der Ausnehmung 321 sowie der Ausbeulung 322 ausfüllen. In dem in 4 gezeigten Zustand weist die Kavität ein erstes Volumen auf. Um die schäumfähige Kunststoffschmelze aufschäumen zu lassen, muss zunächst eine Vergrößerung des Volumens der Kavität herbeigeführt werden. Dies geschieht beispielsweise durch Auseinanderfahren der beiden Werkzeughälften 31, 32, wobei der Stift 33 etwas aus der Ausnehmung zurückgefahren wird.In 4 the area of the cavity around the pin 33 is shown enlarged. The pin 33 has a longitudinal axis L and a circular section that tapers in the upper area. The pin 33 is thus cylindrical and comprises a shell surface that extends in the circumferential direction around the longitudinal axis L. In the area of the shell surface that lies in the cavity, an annular depression or an annular groove 331 is shown. The semi-finished product 10 or the plastic mass penetrates into this groove so that a positive connection is created between the semi-finished product 10 and the pin. In addition to this positive connection, a force-fitting connection is created because after a certain time has elapsed or due to cooling or foaming of the material of the semi-finished product 10, shrinkage sets in, which causes the material of the component 10 or the still foamable plastic melt to shrink or shrink onto the pin 33. The upper tool half 32 has a recess 321 which in 4 is designed, for example, as a blind hole. The recess 321 has an area 322 in which the blind hole has a slightly larger diameter than in the remaining area of the blind hole. The foamable plastic melt can flow between the pin 33 and the wall of the recess 321 into the recess 321 and fill the area of the recess 321 and the bulge 322. In the 4 In the state shown, the cavity has a first volume. In order to allow the foamable plastic melt to foam, the volume of the cavity must first be increased. This is done, for example, by moving the two tool halves 31, 32 apart, whereby the pin 33 is moved back slightly from the recess.

Dieses Auseinanderbewegen der beiden Werkzeughälften 31, 32 wird als Schäumhub bezeichnet. Die Endposition nach dem Schäumhub ist in 5 dargestellt. Die etwa in der Mitte der Kavität verlaufende strichpunktierte Linie zeigt die Höhe der Kavität h_ein, die die Kavität in etwa hat, während die schäumfähige Kunststoffmasse in die Kavität eingespritzt wird. Die Höhe h_sgi spiegelt die Höhe wider, um die die Werkzeughälften 31, 32 während des Schäumhubs auseinandergefahren werden. Mit anderen Worten, die Höhe h_ein entspricht einer Bauteildicke beim Einspritzen des noch nicht geschäumten Kunststoffs und beträgt in der Regel im Wesentlichen 1,8 mm. Die Summe der Abstände h_ein und h_sgi stellt die Dicke des fertig geschäumten Bauteils dar, deren Wandstärke im Bereich von ca. 4 mm liegt. Somit ergibt sich eine Schäumhubhöhe von in etwa 2,2 mm.This movement of the two tool halves 31, 32 apart is called the foaming stroke. The final position after the foaming stroke is in 5 The dash-dotted line running approximately in the middle of the cavity shows the height h _ein of the cavity, which the cavity approximately has while the foamable plastic mass is injected into the cavity. The height h _sgi reflects the height by which the tool halves 31, 32 are moved apart during the foaming stroke. In other words, the height h _ein corresponds to a component thickness when the not yet foamed plastic is injected and is usually essentially 1.8 mm. The sum of the distances h _ein and h _sgi represents the thickness of the finished foamed component, the wall thickness of which is in the range of approximately 4 mm. This results in a foaming stroke height of approximately 2.2 mm.

Die Oberfläche der unteren Werkzeugfläche 31, die zumindest einen Teil der Kavität darstellt, bildet eine negative Form aus. Die Form bildet sich als positiv auf der mit dieser formgebenden Oberfläche des Werkzeugs in berührendem Kontakt stehenden Oberfläche des geschäumten Kunststoffbauteils 10 ab. Mit anderen Worten, die Oberfläche des Kunststoffbauteils 10, welche der unteren Werkzeughälfte zugewandt ist, bildet eine Seite des Trägerteils aus, auf die das Dekormaterial aufgebracht wird. Insofern ist diese Seite, in 5 die untere Seite des Trägerteils 10, formgebend für die sichtbare Seite, die sogenannte A-Seite, des späteren, mit Oberflächenmaterial versehenen Bauteils. Dadurch, dass vor dem Schäumhub die Masse des schäumbaren Materials, welche später das Bauteil 10 ausbildet, mit der Vertiefung 331 in Formschluss gerät, kann während der Durchführung des Schäumhubs die Kunststoffmasse in Kontakt mit dem unteren Bauteil 31 gehalten werden. Dadurch erhält der Durchbruch bzw. das Loch eine scharfkantige Umrandung auf seiner A-Seite. Dies entspricht dem Bereich zwischen dem Stift 33 und der Oberfläche der unteren Werkzeughälfte 31. Im Gegensatz dazu ist in 5 deutlich zu erkennen, dass auf der gegenüberliegenden Seite des geschäumten Trägerteils 10, d. h. auf der sogenannten B-Seite, im Bereich zwischen dem Stift 33 und einer Oberfläche des oberen Werkzeugs 32 deutliche Einfallstellen zu erkennen sind. Dies resultiert daraus, dass nach dem Schäumhub die schäumbare Kunststoffmasse im Wesentlichen nur oberhalb bzw. deutlich stärker oberhalb der strichpunktierten Linie schäumt, bis sie in berührenden Kontakt gerät mit der für die B-Seite des Bauteils 10 formgebenden Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 32. Die Einfallstellen sind in 5 mit „E“ gekennzeichnet. Die erfindungswesentlichen scharfkantigen Bereiche auf der A-Seite sind mit „S“ gekennzeichnet.The surface of the lower tool surface 31, which represents at least part of the cavity, forms a negative shape. The shape is formed as a positive on the surface of the foamed plastic component 10 that is in contact with this shaping surface of the tool. In other words, the surface of the plastic component 10 that faces the lower tool half forms a side of the carrier part to which the decorative material is applied. In this respect, this side, in 5 the lower side of the carrier part 10, which shapes the visible side, the so-called A-side, of the later component provided with surface material. Because the mass of the foamable material, which later forms the component 10, comes into positive engagement with the recess 331 before the foaming stroke, the plastic mass can be kept in contact with the lower component 31 during the foaming stroke. This gives the opening or hole a sharp-edged border on its A-side. This corresponds to the area between the pin 33 and the surface of the lower tool half 31. In contrast, in 5 It can be clearly seen that on the opposite side of the foamed carrier part 10, ie on the so-called B-side, in the area between the pin 33 and a surface of the upper tool 32, clear sink marks can be seen. This results from the fact that after the foaming stroke, the foamable plastic mass essentially only expands above or below the upper tool 32. foams significantly more strongly above the dotted line until it comes into contact with the surface of the upper tool half 32 which forms the B-side of the component 10. The sink marks are in 5 marked with “E”. The sharp-edged areas on the A side that are essential to the invention are marked with “S”.

Zum Entformen des fertig geschäumten Kunststoffbauteils 10 aus dem Werkzeug 30 werden die Werkzeughälften 31, 32 auseinandergefahren. Etwaiges Kunststoffmaterial, das zwischen dem Stift 33 und der Wandung der Sacklochbohrung 321 in die Ausbeulung 322 gelangt ist, reißt dabei von dem fertig geschäumten Kunststoffbauteil 10 ab und verbleibt in der Ausnehmung 321. Die sich ergebenden Ausfransungen sowie die Einfallstellen E liegen jedoch auf der B-Seite des geschäumten Kunststoffbauteils 10 und können somit in Kauf genommen werden, da diese Seite eine Rückseite des späteren, mit Dekormaterial versehenen Bauteils sind und von einem Betrachter nicht einsehbar sind. Das Material reißt in etwa am unteren Ende der Ausbeulung 322 von dem Kunststoffbauteil 10 ab.To remove the finished foamed plastic component 10 from the tool 30, the tool halves 31, 32 are moved apart. Any plastic material that has entered the bulge 322 between the pin 33 and the wall of the blind hole 321 tears off the finished foamed plastic component 10 and remains in the recess 321. However, the resulting fraying and the sink marks E are on the B side of the foamed plastic component 10 and can therefore be accepted, since this side is a rear side of the later component provided with decorative material and cannot be seen by an observer. The material tears off the plastic component 10 approximately at the lower end of the bulge 322.

Als geometrische Abmessungen haben sich Durchmesser für den Stift 33 im Bereich von 2,0 mm bis 3,0 mm, bevorzugt 2,5 mm, ergeben. Je nach Auswahl des Durchmessers für den Stift, sollte der Durchmesser der Sacklochbohrung in etwa 0,3 mm bis 0,4 mm größer gewählt werden. Der Einstich sollte dabei 0,15 mm tief sein und einen Radius von in etwa 0,2 mm aufweisen. Der Winkel zwischen der Längsachse L des Stifts 33 und der formgebenden Oberfläche der Werkzeughälfte 31, 32 sollte zwischen 35° und 90° betragen.The geometric dimensions for the pin 33 are in the range of 2.0 mm to 3.0 mm, preferably 2.5 mm. Depending on the diameter selected for the pin, the diameter of the blind hole should be approximately 0.3 mm to 0.4 mm larger. The recess should be 0.15 mm deep and have a radius of approximately 0.2 mm. The angle between the longitudinal axis L of the pin 33 and the shaping surface of the tool half 31, 32 should be between 35° and 90°.

Obwohl die Erfindung im Vorhergehenden am Beispiel eines vakuumfähigen SGI-Bauteilträgers für Verkleidungsteile von Interieurbauteilen für Fahrzeuge erläutert wurde, kann die Erfindung auch für andere Bauteile, die mit Dekoroberflächen kaschiert werden, beispielsweise in anderen Transportmitteln, wie Luftfahrzeugen, Schiffen und dgl. verwendet werden. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle in der Möbelindustrie denkbar.Although the invention was explained above using the example of a vacuum-capable SGI component carrier for trim parts of interior components for vehicles, the invention can also be used for other components that are covered with decorative surfaces, for example in other means of transport such as aircraft, ships and the like. However, applications in the furniture industry are also conceivable.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EN 102017206304 [0017]

Claims

Tool (30) for producing a foamed component (10) with: - a first tool half (31) and - a second tool half (32), wherein the two tool halves (31, 32) enclose a cavity in the closed state, characterized in that at least one tool half (31, 32) has a projecting region (33) which extends through the cavity into a recess (321) of the other tool half (32, 31).

Tool after Claim 1 , characterized in that the projecting region (33) is designed as a pin or mandrel.

Tool after Claim 1 or 2 , characterized in that the projecting region (33) has at least in sections a round, triangular or polygonal cross-section.

Tool according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the projecting region (33) has a recess (331) which is designed in particular as a groove with a round, triangular or polygonal cross-section.

Tool according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the projecting region (33) has a lateral surface which surrounds a longitudinal axis (L) of the projecting region (33) in the circumferential direction and that the recess (331) is arranged in the lateral surface.

Tool according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that in a closed state of the tool (30) the recess (331) is located in the cavity.

Tool according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the recess (32) is designed as a blind hole.

Method for producing a foamed component (10) with a tool according to one of the Claims 1 until 7 , with the steps: - transferring the tool (30) into a closed state, - introducing a foamable mass into the cavity, - waiting for a predetermined time interval, - increasing the volume in the cavity by a predetermined value by moving the tool halves (31, 32) apart, - demolding the foamed component (10) from the tool (30), characterized in that while waiting for the predetermined time interval, the foamable mass shrinks onto the projecting region (33) and connects to the projecting region (33) in a force-fitting and/or form-fitting manner.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that when the volume in the cavity is increased by a predetermined value by moving the tool halves (31, 32) apart, a surface of the foamable mass which faces the tool half (31, 32) with the projecting region (33) is in contact with the surface of the cavity of this tool half (31, 32) at least in sections.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that when the foamed component (10) is demolded from the tool (30), a part of the foamed mass remains in the recess (32).