DE4040925A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formteilen aus ebenen zuschnitten oder vorformteilen aus mit bindemitteln versehenen zellulose- oder lignozellulose-wirrfaservliesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus ebenen Zuschnitten oder Vorformteilen aus mit Bindemitteln versehenen Zellulose- oder Lignozellu­ lose-Wirrfaservliesen durch Anwendung von Druck und Tem­ peratur. Weiterhin ist die Erfindung auf eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Form­ teilen aus mit Bindemitteln versehenen Zellulose- oder Lignozellulose-Wirrfaservliesen bekannt (DE 28 45 112, DE 33 43 330, DE 34 41 104). In jedem Fall werden die Faservliese unter Einfluß höherer Temperaturen, die min­ destens so hoch sind, daß die Bindemittel eine plastische Verformung zulassen, in eine Endform, in einer oder meh­ reren Stufen, gepreßt. Es werden die verschiedensten Fa­ servlies-Bindemittelkombinationen verwendet und aus ihnen sowohl kaschierte als auch unkaschierte Formteile herge­ stellt.

Eines ist jedoch bei allen bisher bekannten Verfahren gleich, daß das Verdichten der Zuschnitte oder Vorform­ teile generell mit zwei formgebenden Werkzeughälften er­ folgt, mit denen die Formteile letztendlich hergestellt werden. Die Konturen dieser formgebenden Werkzeughälften müssen der Formteilober- und der -unterseite genau ent­ sprechen. Treten durch Werkzeugfehler unterschiedliche Abstände der Werkzeughälften bei der Formgebung auf, werden dadurch Dichteschwankungen im fertigen Formteil hervorgerufen. Der Aufwand zur Herstellung dieser form­ gebenden Werkzeuge steigt mit der Kompliziertheit der zu gestaltenden Form an. Mit solchen Formen, bei denen die Faservliese mit einer Formhälfte in die andere gepreßt werden, ist die Herstellung scharfer Konturen mit kleinem Radius schwierig, Hinterschneidungen sowie die Herstel­ lung von konturierten Hohlteilen in einem Arbeitsgang ohne ein zusätzliches Fügeverfahren sind gar nicht reali­ sierbar.

Bei den in der Serienfertigung anfallenden hohen Stück­ zahlen, den erforderlichen hohen Temperaturen und Preß­ kräften werden an die Werkzeugführungen hohe Anforderun­ gen gestellt, um bei der Formgebung gleiche Preßkräfte auf die gesamte zu formende Fläche zu übertragen.

Weiterhin ist es bekannt, Faserzuschnitte schrittweise mit mehreren Preßstempeln zu verformen, um bei relativ star­ ker Endverformung ein Reißen zu vermeiden (DE 23 38 650). Es werden dabei zuerst die am stärksten zu verformenden Stellen geformt. Dadurch wird ein elastisches Nachziehen der Fasermatte angestrebt. Dieser Effekt wird jedoch mit sehr hohem Werkzeugaufwand erreicht, da für jeden einzel­ nen Preßstempel eine gesonderte, sehr exakte Werkzeugfüh­ rung und jeweils eine Steuerung mit Antrieb erforderlich ist. Außerdem sind sie sehr anfällig gegen Verschmutzun­ gen, die sich an bzw. zwischen den Preßstempeln anlagern.

Außerdem ist die Verwendung elastisch verformbarer Auf­ lageschichten bekannt, die örtlich auftretende Dehnungs- und Stauchkräfte aufnehmen und verteilen, also eine ver­ besserte Verteilung der Verformungsspannungen bewirken sollen (DE 27 01 430, DE 30 01 750). Dabei sind jedoch bestimmte Grenzen durch das Fasermaterial gesetzt, da das elastische Nachziehen nicht unbegrenzt, ohne Rißbildung, erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus mit Bindemitteln versehenen Zellulose- oder Lignozellulose- Wirrfaservlieszuschnitten oder solchen Vorformteilen Formteile mit komplizierten Konturen (Hinterschneidungen, Hohlkörper) ohne zusätzliche Fügeprozesse mit vereinfach­ ten Werkzeugen und Verfahrensaufwand herzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit Bindemitteln versehene Zellulose- oder Lignozellu­ lose-Wirrfaservlieszuschnitte oder solche Vorformteile nach einer Erwärmung, die eine plastische Verformung er­ möglicht, durch einen Fluiddruck gegen ein einseitig form­ gebendes Werkzeug verdichtet und geformt werden. Es kann also auf eine zweite formgebende Werkzeughälfte verzich­ tet werden, da die Kraftübertragung bei der Formung di­ rekt durch das Fluid erfolgt. Dadurch ist eine konstante Kraftverteilung auf der gesamten Vliesoberfläche während der Formgebung gegeben, die auch die Herstellung von Hin­ terschneidungen und anderer komplizierter Konturen mög­ lich macht.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß bei der Formgebung keine Relativbewegung zwischen zwei Werkzeugen erfolgt, da die Preßkraft direkt durch das Fluid übertra­ gen wird, also Werkzeugführungen durch einfache mechani­ sche Arretierungen ersetzt werden können.

Die Abdichtung der Zuschnitte oder Vorformteile gegenüber dem Fluid kann durch flexible Materialien erfolgen, die zwischen das Vliesmaterial und das Fluid gebracht und nach der Formgebung wieder entfernt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Zuschnitte oder Vorformteile zu verwenden, die von vornherein zumindest rückseitig mit einer abdichtenden Schicht versehen sind, die nach der Formung als Rückseitenversiegelung oder Kaschierung dienen kann. Zur Abdichtung sind nur solche Materialien geeignet, die sowohl den Drücken und Temperaturen wider­ stehen als auch dazu in der Lage sind, sich den zu for­ menden Konturen anzupassen, ohne dabei zu reißen.

Besonders günstig ist es, als Fluid Heißdampf zu verwen­ den, der vor der eigentlichen Formgebung das Vliesmate­ rial mit einer Temperatur, bei der die plastische Verfor­ mung der Zuschnitte oder Vorformteile möglich ist, durch­ strömt und diese dabei erwärmt. Erst nach ausreichender Erwärmung erfolgt in diesem Fall die Abdichtung zwischen Zuschnitt oder Vorformteil und Heißdampf, so daß je nach Strömungswiderstand des Vliesmaterials bereits eine Vor­ verdichtung erreichbar und eine gleichmäßige Temperatur vorhanden ist.

Bei der Herstellung von Hohlkörpern ist es günstig, be­ reits zumindest inseitig beschichtete Vorformteile zu verwenden. Diese werden, sich umlaufend zumindest berüh­ rend, in einem geschlossenen, allseitig formenden Metall­ werkzeug so eingeklemmt, daß sie bereits einen Hohlkörper bilden, der nur noch einer Endausformung bedarf. Die Vor­ formteile werden vorteilhafterweise von am formenden Hohlwerkzeug befindlichen, umlaufenden Quetsch- oder Schneidkanten gehalten. Dadurch werden mehrere Effekte gleichzeitig erzielt. Die Vorformteile können während der Formgebung nicht verrutschen. Die Abdichtung des Hohl­ werkzeugs nach außen ist mit einfachen Mitteln erreicht, und es wird ein Verbund der beiden Vorformteile an die­ sen Stellen ohne zusätzliche Mittel bei ausreichender Temperatur erzielt. Außerdem können die so erzeugten Ein­ buchtungen nach der Formgebung als Sollbruchstellen für die Entfernung des überschüssigen Vliesmaterials dienen.

Nach ausreichender Erwärmung ist es möglich, mittels eines Fluiddrucks, der im Inneren des durch die zwei Vorformteile gebildeten Hohlkörpers wirkt, die Formgebung und Verdichtung in dem allseitig formenden Hohlwerkzeug zu vollziehen. Für die Erwärmung können neben beheizten Werkzeugen auch heiße Fluide verwendet werden. Dabei ist zu beachten, daß Temperatur und Fluiddruck so geregelt werden, daß ein Reißen der Vorformteile verhindert wird. Durch den Einsatz von Fluiden anstelle der sonst üblichen Preßwerkzeuge ergeben sich andere Verhältnisse bei der Formgebung der Faservliese. Da der Fluiddruck gleichmäßig auf der zu formenden Oberfläche wirkt und nicht wie bei üblichen Patrizen je nach Form einzelner Bereiche, die am tiefsten ausgeformt werden sollen, zuerst mit Kraft beaufschlagt werden, wird das Faservliesmaterial nicht nur in das formgebende Werkzeugteil gezogen, sondern durch den Fluiddruck aus Bereichen, die nicht so tief ausgeformt werden, in tiefer auszuformende Bereiche gedrückt.

Sollen die Außenseiten der Formteile aus ästhetischen Gründen mit einer Kaschierfolie versehen werden, ist es möglich, in einem ersten Verfahrensschritt eine tiefzieh­ fähige Kaschierfolie mit dem Fluiddruck in das einseitig formende Werkzeug zu formen und auf dieser anschließend das Zuschnitt- oder das Vorformteil zu formen. Neben dem optischen Effekt tritt zusätzlich eine Schonung der Werk­ zeugoberfläche ein, die eine höhere Lebensdauer der Werk­ zeuge bewirkt.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Durchwärmung eines Zuschnitts aus mit Bindemitteln versetzten Zellulose- oder Ligno­ zellulose-Wirrfaservliesen in einem Werkzeug mit nur einer formgebenden Werkzeughälfte;

Fig. 2 zeigt die Ausformung dieses Zuschnitts mittels Gasdruck in diesem Werkzeug; und

Fig. 3 zeigt die Herstellung eines Hohlteils aus zwei Vorformteilen in einem allseitig formenden Hohlwerkzeug.

Bei der Herstellung ebener, konturierter Formteile wird ein Wirrfaservlieszuschnitt 2 in ein Werkzeug, das haupt­ sächlich aus einem nicht formgebenden Teil 3, einem form­ gebenden Teil 1, Abdichtungen 4 und Heißdampfeinlässen 6 und 7 besteht, eingelegt. In einem ersten Verfahrens­ schritt wird Heißdampf durch den Heißdampfeinlaß 6 in das Werkzeuginnere gelassen. Dieser Heißdampf verläßt nach Durchströmen des Zuschnitts 2 das Werkzeuginnere durch Öffnungen, die im formgebenden Werkzeugteil 1 vorhanden sind. Mit dem Durchströmen des Zuschnitts 2 kann bei gleichzeitiger Erwärmung eine Vorverdichtung des Vlies­ materials bewirkt werden. Der Grad der Vorverdichtung hängt in hohem Maß vom Strömungswiderstand des Zuschnitts 2 ab. Hat der Zuschnitt 2 die Temperatur erreicht, bei der eine plastische Verformung möglich ist, wird der Heiß­ dampfeinlaß 6 geschlossen, und es wird eine erwärmte tief­ ziehfähige Kaschierfolie mit rückseitiger Beschichtung mit einem durch Wärme aktivierbaren Haftvermittler in das formgebende Werkzeugteil 1 mittels Vakuum tiefgezogen. Anschließend wird das nichtformgebende Werkzeugteil 3 mit der zwischen Zuschnitt 2 und diesem Werkzeugteil befind­ lichen elastischen gasdichten Folie 5 gegen das formge­ bende Werkzeugteil 1 gedrückt, so daß weder der Zuschnitt 2 noch die Folie 5 verrutschen können. Danach wird der Gaseinlaß 7 geöffnet, und der Druck und die Temperatur im Werkzeuginneren bewirken die endgültige Formung, Ver­ dichtung und das Aufkleben der Kaschierfolie. Das Ent­ fernen des Formteils kann durch Einleiten von Gasdruck in die sich im formgebenden Werkzeug 1 befindlichen Öff­ nungen unterstützt werden. Dadurch ist gleichzeitig ein Kühlen des ausgeformten Formteils möglich. Die Endver­ dichtung des Wirrfaservliesmaterials kann nur Schwankun­ gen aufweisen, die durch inhomogene Zusammensetzungen des Vliesmaterials hervorgerufen werden, da man ansonsten von einer konstanten Kraft- und Temperaturverteilung beim Formen ausgehen kann. Die elastische oder plastisch ver­ formbare gasdichte Folie 5 kann ebenfalls mit einem durch Wärme aktivierbaren Haftvermittler auf der Seite, die zum Zuschnitt 2 weist, versehen sein und als Rückseitenver­ siegelung für das fertige Formteil dienen. Ist keine Rück­ seitenversiegelung erforderlich, kann darauf verzichtet werden, und die elastische gasdichte Folie 5 kann für die Herstellung weiterer Formteile verwendet werden.

Die Herstellung von Hohlkörpern aus zwei Vorformteilen 2′ kann auf bisher üblichem Wege aus mit Bindemittel verse­ henen Zellulose- oder Lignozellulose-Wirrfaservliesen ohne ein zusätzliches Fügen nicht realisiert werden. Dies ist erst mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren möglich und soll in einer Variante im zweiten Ausführungs­ beispiel beschrieben werden. Die Vorformteile 2′ werden, sich vollständig umlaufend miteinander berührend, in ein allseitig formendes Hohlwerkzeug geklemmt, das aus zwei formgebenden Werkzeughälften 1 und 9 besteht. Beide Vor­ formteile 2′ bilden dabei schon einen geschlossenen Hohl­ körper, in den nur ein Gaseintrittsstutzen 11 hineinragt. Mindestens eine der formgebenden Werkzeughälften 1 oder 9 verfügt über eine vollständig umlaufende Quetsch- oder Schneidkante 10, die evtl. noch in eine entsprechende Nut in der anderen formgebenden Werkzeughälfte eingreifen kann. Der aus den zwei Vorformteilen 2′ bestehende Hohl­ körper wird mit dieser Quetsch- oder Schneidkante 10 si­ cher und dicht zwischen den formgebenden Werkzeughälften 1 und 9 gehalten, so daß ein Verrutschen ausgeschlossen ist. Beide Vorformteile 2′ sind inseitig bereits gas­ dicht beschichtet. Die Erwärmung der Vorformteile 2′ kann außerhalb des Werkzeugs oder erst im beheizten Werkzeug erfolgen. Ist die Temperatur ausreichend und eine plasti­ sche Verformung der Vorformteile 2′ möglich, sind beide formgebenden Werkzeughälften gegeneinandergepreßt und an­ schließend mechanisch arretiert. Danach kann durch den Gaseintrittsstutzen 11 Gas in das Innere des aus den zwei Vorformteilen 2′ gebildeten Hohlkörpers gelangen. Der Druck wird so weit erhöht, bis eine ausreichende Verdich­ tung des Faservliesmaterials und eine ausreichende Ober­ flächenqualität des geformten Hohlkörpers erreicht ist. Anstelle des Gases kann auch ein Ein- oder Mehrkomponen­ tenschaum, der im Inneren des durch die beiden Vorform­ teile 2′ gebildeten Hohlraums aktiviert wird, zur Ver­ dichtung und Ausformung verwendet werden. Je nach Zusam­ mensetzung des Wirrfaservliesmaterials und der Bindemit­ tel kommen Drücke von 10 bis 20 bar und Temperaturen von 179-211°C zur Anwendung. Vor dem Entformen und der Entfernung des Gaseintrittsstutzens 11 kann durch diesen der fertiggeformte Hohlkörper ausge­ schäumt werden, wenn dies erforderlich ist. Nach der Ent­ formung können die überschüssigen Vorformteilreste an den durch die Quetsch- oder Schneidkanten 10 entstande­ nen Sollbruchstellen abgebrochen werden.

Für bestimmte Fälle kann der Gaseintrittsstutzen 11 so ausgeführt sein, daß er im Hohlkörper fest verbleibt und als Befestigungselement oder ähnliches dient. Für die Herstellung solcher Hohlkörper können bereits mit Ka­ schierwerkstoff vorbeschichtete Vorformteile verwendet werden, mit denen ein attraktives Äußeres des fertigen Körpers ohne nachträgliche Arbeitsgänge erreicht wird.

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus ebenen Zuschnitten oder Vorformteilen aus mit Bindemitteln versehenen Zellulose- oder Lignozellulose-Wirrfaser­ vliesen durch Anwenden von Druck und Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß erwärmte Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) durch einen einseitig wirkenden Fluiddruck vollflächig gegen ein formgebendes Werkzeug (1) verdichtet und ausgeformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) vor der Formgebung von Heißdampf mit einer Temperatur, die so hoch ist, daß die Vernetzung des Bindemittels aktiviert wird, durchströmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) auf deren Innenseiten gegenüber dem Fluiddruck abge­ dichtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Abdichtung elastische oder pla­ stisch verformbare Folien (5), die die Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) einseitig vollständig überdecken, verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein- oder beidseitig oberflächenbe­ schichtete Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fluiddruck kontinuierlich oder stufenförmig bis zum Erreichen des maximalen Drucks erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) mit einem Fluiddruck im Bereich von 8 bis 22 bar verdichtet und ausgeformt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) auf eine Temperatur von mindestens 160°C und maximal 230°C erwärmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fluiddruck durch einen im Werk­ zeuginneren aktivierbaren Schaum, für die Verdich­ tung und die Formgebung, erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuschnitte (2) oder die Vorform­ teile (2′) mittels Heißdampf verdichtet und ausge­ formt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Vorformteile (2′), die sich um­ laufend berühren, zwischen zwei allseitig formen­ den Werkzeugteilen (1) und (9) einen Hohlkörper bil­ dend, mit einem durch einen Fluidein- und -auslaß (11) einleitbaren Fluiddruck verdichtet und ausge­ formt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der Ausformung der Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) eine mit einem in Wärme akti­ vierbaren Haftvermittler versehene Kaschierfolie mittels Fluiddruck in das formgebende Werkzeug (1) tiefgezogen wird.

13. Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen nach min­ destens einem der vorangegangenen Verfahrensschritte, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach außen abgedichtet ist und über mindestens einen Fluidein- und -auslaß (7), der sich nicht in einem formgebenden Teil der Vorrichtung befindet, verfügt.

14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei nach außen abgedichteten Werkzeugteilen besteht, von denen min­ destens eines formgebend ausgeführt ist und die so gegeneinander preß- und arretierbar sind, daß die zu formenden Zuschnitte (2) oder Vorformteile (2′) mit ihren Rändern umlaufend geklemmt sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeugteil eine umlaufende Quetsch- oder Schneidkante (10) hat.

16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im formgebenden Teil der Vorrichtung zusätzliche Öffnungen sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile beheiz­ bar sind.