用于制造具有不同分区域的塑料成型外壳的方法和设备 技术领域 本发明涉及一种按照权利要求 1 的前序部分所述的、 用于制造具有不同分区域的 塑料成型外壳的方法以及一种按照权利要求 11 的前序部分所述的、 用于制造这样的塑料 成型外壳的设备。 上述的塑料成型外壳特别是设定用于机动车的内饰件和仪表板并且具有 带有不同特性、 特别是不同颜色的分区域。
背景技术 很久以来已知利用所谓的掩模技术来制造多色的塑料成型外壳的的方法。
例如 EP 0972625A1 描述一种用于旋转烧结塑料成型外壳的设备， 以制造机动车 的仪表板或内饰件， 该设备基本上包括一个能加热的成型模具和两个不同地装备的与成型 模具相配的用于塑料粉末的容器， 其中依次在两个不同的工作步骤中分别与成型模具相组 合地使用各容器。 对此， 第一粉末容器具有一壳形的伸进成型模具内部空间的突出部， 利用 该突出部可以遮盖成型模具表面的一部分。 在第一工作步骤中用第一塑料粉末装入该粉末
箱， 其中将第一粉末熔化在被加热的成型模具的自由的表面上， 而成型模具表面的处在壳 形的遮盖下面的区域保持没有粉末。
然后在第二工作步骤中使用第二粉末箱， 该第二粉末箱包含其他颜色的粉末并且 不再具有适用于遮盖的突出部， 从而在重复的旋转烧结时第二粉末熔化在成型模具表面的 先前保持自由的区域上并在那里以另一颜色构成一个成型外壳， 该成型外壳与第一成型外 壳连接成一个多色的成型外壳。
在该设备中成问题的是高的设备费用， 对于盖板 ( 掩模 ) 的密封也尤其如此， 其中 特别在复杂的形状时存在不密封的危险并且可能导致颜色边界的模糊。
在 DE 102005020492A1 和 DE 102005020493A1 中描述一种用于制造多色的塑料成 型外壳的设备或方法， 特别是用于机动车部件， 例如仪表板或门衬里， 其中以烧结方法通过 将不同颜色的塑料粉末相继多次连续地熔化在一被加热的成型模具的表面上来构成塑料 成型外壳。对此， 成型模具表面的要配设不同颜色的塑料粉末的各区域通过突出部或板条 彼此分开。 在这种情况下也结合于粉末容器中的盖板或掩模在其各边缘区域上设有密封件 并且利用该密封件支承在各板条上。另外， 在表面的被遮盖的通过板条限定的各区域内产 生过压。按这种方式解决了精确的颜色分离的问题， 但在这种情况下也需要较高的设备费 用， 特别是以便将掩模以及与其连接的用于掩模在成型模具表面上的锁定和密封的并用于 在被掩蔽的区域内产生过压的能量供应装置结合于一相应的粉末箱中。
作为附加的问题还有， 这样的装备有掩模或附加盖板的粉末容器或其他的用于成 型模具的配合件设有一系列的附加的电缆或软管， 以便保证掩模的良好功能性。这些电缆 和软管组造成不希望的复杂化和在生产时相当大的空间限制。 发明内容
因此还存在这样的问题， 即实现掩蔽技术用于制造具有带有不同特性、 特别是不同颜色的分区域的塑料成型外壳， 该塑料成型外壳没有现有技术的上述缺点。
该问题通过一种具有权利要求 1 的特征的方法和一种具有权利要求 11 的特征的 设备来解决。在各个从属权利要求中说明该方法和设备的其他有利的实施形式。
本发明重要的构思在于， 为成型模具表面的一个分区域配设分离的掩模， 该掩模 是能量自给自足的并且自身可以直接连接于成型模具或成型模具表面而不再与一配合件 相组合。 为此， 必须首先在成型模具的表面上或在掩模中设置这样的装置， 借助这些装置能 将掩模固定和定心在成型模具表面上。同时必须在掩模本身内设置这样的装置， 这些装置 提供用于将掩模锁定和解锁在成型模具表面上以及用于在成型模具表面上密封掩模边缘 的能量。在这些前提条件下， 便能在第一塑料粉末熔化之前通过至少一个分离的掩模遮盖 成型模具表面的一个或多个区域并且保持所述区域没有粉末。
在本发明的一有利的实施形式中， 掩模经由锁定销借助设置在成型模具表面上的 锁定套筒中央地锁定。掩模的精确的位置通过附加的定心销固定。为此， 例如在成型模具 表面上设置有至少一个附加的定心销， 该定心销嵌入掩模中的相应的定心套筒中。在本发 明的一有利的实施形式中设有多个 ( 至少两个 ) 定心销或定心顶尖， 它们确保掩模配合精 确地布置在成型模具表面上。
上述用于使掩模在成型模具表面上固定和定心的各装置或其对应的配合件可以 相互间设置在成型模具表面上或者设置于掩模本身中。 也就是说， 相反的布置也是可能的， 其中定心销结合于掩模中， 而锁定销设置在成型模具表面上， 或者两种销设置在一侧上而 各对应的套筒则设置在相应对置的一侧上。
本发明的一有利的实施形式规定， 成型模具是指电镀 (galvanisch) 制成的成型 模具， 其具有直接电镀 (eingalvanisieren) 的钢质锁定套筒。掩模在成型模具表面上的锁 定有利地经由一锁定销实现， 在该锁定销中设置有利用弹簧偏压的压球， 这些压球能按简 单的方式类似于挂接离合器地实现锁定。在这种情况下这样实现掩模的解锁， 即借助一设 置在掩模内部的压力容器或压力缸脱开这些利用弹簧偏压的压球。
按照本发明的方法的第一步骤在于， 将掩模固定在成型模具表面上。在掩模锁定 和定心在成型模具的表面上以后， 使被掩蔽的区域在掩模的下边缘上朝向成型模具的表面 密封， 其中在本发明的一有利的实施形式中在掩模上设有一密封边缘包括由持久弹性的并 耐热的塑料构成的密封件。本发明的一有利的实施形式规定， 借助一同样设置在掩模内部 的压力容器或压力缸对这些密封件充气。在被掩蔽的区域密封之后， 可以在成型模具表面 的自由的区域上构成第一成型外壳。
该成型外壳的构成优选经由旋转烧结或喷射烧结实现。
在旋转烧结中， 利用一塑料粉末容器作为下面的配合件封闭成型模具、 优选所谓 的 “电铸版 (Galvano)” 并且在闭合的模具旋转时在被加热的成型模具表面上沉积塑料成型 外壳。
为了在此没有粉末进入被掩蔽的区域中， 密封被掩蔽的区域。 为此， 在掩模的边缘 区域中设有密封件， 这些密封件由较硬的、 抗拉的且耐热的材料例如聚氨酯或硅橡胶构成。 为了保证掩模的完全密封， 使用能膨胀的或能充气的密封件。 在一有利的实施形式中规定， 这些密封件的充气借助一定时元件启动， 该定时元件结合于掩模的内部并且与一压力容器 处于作用连接， 并且只有在真正的搪塑 (Slush) 过程、 塑料的熔化之前不久才给密封件充气。 这具有很大的优点， 即， 密封件只很迟地才与热的成型模具表面接触并且在密封件与成 型模具表面之间的接触时间保持尽可能短， 这明显延长密封件的寿命。
关于方法作为能充气的密封件的有利的方案提供两个不同的密封件类型， 两者由 持久弹性的且热稳定的材料例如聚氨酯或硅橡胶构成。 在第一密封件类型中在掩模的下边 缘中构成一凹槽， 一铰链式构造的橡胶密封件夹紧在该凹槽中。 在给密封件充气时， 铰链翻 开并且橡胶密封件从凹槽中出来而密封地贴靠在成型模具的表面上。
在第二密封件类型中涉及一密封圈， 该密封圈设置在掩模边缘上， 其中通过充气 和与之联系的密封圈膨胀实现密封。
在经由第一工作步骤构成具有确定特性的第一成型外壳以后， 重新打开成型模具 并且通过移除掩模露出至少一个被掩蔽的分区域。然后在第二工作步骤 ( 为该第二工作步 骤更换粉末接受物 (Vorlage)) 中对该分区域用另一种塑料粉末进行涂层。因为在全部区 域上均匀地加热用于沉积第二塑料层的 “电铸版” ， 所以同时发生在这两个具有不同特性的 塑料成型外壳之间成为一个唯一的塑料成型外壳的连接锁合。 这以此为前提条件， 即， 塑料 至少是指所采用的具有相当的熔点并且自己或相互熔合的各聚合物。 这样得到的塑料成型 外壳可以紧接着按常用的方式继续加工成用于机动车的内饰件或仪表板。 最初， 掩模技术特别是用于制造多色的塑料成型外壳。在这里通常将相同的基础 塑料用于两个颜色区域， 其中只通过不同的颜料添加物区分粉末混合物。但按照本发明的 方法并不限于制造具有不同的颜色区域的塑料成型外壳， 而是还可以用于得到这样的成型 外壳， 该成型外壳具有包括不同触觉或其他不同的物理特性的分区域。该变化可以这样实 现， 即， 给相应的粉末添加不同的添加剂或者将不同的共聚物用作粉末， 它们虽然在其基础 聚合物方面一致， 从而它们具有相当的熔点， 但在各自的共聚物方面则是不同的。自然也 可以使用化学上完全不同的热塑性塑料， 如果它们具有相当的熔点并且相互连接或相互熔 合。
按照本发明的方法并不限于这样的塑料成型外壳， 该塑料成型外壳具有两个不同 的分区域， 而是可以通过在成型模具表面上布置多个自给自足的掩模， 然后依次地在多个 工序中或全部在下一工作步骤中移除这些掩模， 在成型模具表面的此时露出的各区域上沉 积其他的塑料层， 这些塑料层然后连接成一个具有多个不同分区域的塑料成型外壳。按这 种方式便也有可能， 在多个分别使用其他类型的塑料粉末的工序中制造具有多个不同的分 区域的塑料成型外壳。
本发明的特别优点在于， 相应的掩模作为能量自给自足的掩模可直接设置在成型 模具的表面上并因此没有附加的管线、 电缆或软管出现在成型模具的外部区域内。特别是 在搪塑方法 ( 旋转烧结 ) 中， 在成型模具的外部区域内的附加的电缆或软管意味着该方法 的明显复杂化和空间的限制， 其中全部的电缆和软管在成型模具外部的布置必须匹配于模 具的运动并且同时在模具打开时总是必须可以自由地接近模具内部本身， 但这鉴于大量的 供应管线不能容易地实现。
通过引入能量自给自足的构成为容积体并在其内部具有能调节掩模的锁定和密 封的压力缸和 / 或压力容器的掩模， 取消这些问题， 从而可以按简单的方式全自动地经由 机械手控制塑料成型外壳的整个制造， 其中例如将掩模借助机械手设置在成型模具的表面 上、 定心和锁定在那里， 并且紧接着在成型模具表面的自由的区域上构成用于第一分区域
的成型外壳 ； 在该工序之后重新打开成型模具， 并可用机械手移除并在成型模具区域之外 清洁掩模， 其中同时重新充满结合于掩模中的压力容器。
通过在掩模内部的控制单元调节掩模的密封和锁定， 其中这些过程结合于整个的 工作流程中并且匹配于该工作流程， 从而直接在施加到成型模具表面上时借助机械手实现 例如掩模的锁定， 而只在搪塑过程之前不久才启动密封。然后重新与机械手相配合地进行 解锁。
按照本发明的方法的另一优点在于， 掩模作为单个部件可以比结合于粉末容器或 用于成型模具的其他配合件中的掩模或盖板显著更简单和不复杂地清洁。
如已由以上描述显而易见地， 按照本发明的掩蔽技术特别有利地适合于旋转烧 结， 但也可以用于喷射烧结和各种其他的采用的技术或成型方法， 其中必须加工热塑性塑 料并且必须掩蔽成型模具的各表面区域， 以便首先在这些位置避免构成材料层， 其中然后 在一个接着的工作步骤中应该同样对这些区域涂层。
特别良好地适合于上述的按照本发明的方法的塑料是聚氯乙烯 (PVC) 或热塑性 聚氨酯 (TPU) 或基于 PVC 或聚氨酯的共聚物。 附图说明
以下借助附图详细地说明按照本发明的方法或按照本发明的设备。其中 ： 图 1 示出一成型模具 ( 电铸版 ) 的一局部的透视图 ； 图 2 示出一用于按照本发明的设备的掩模的外观的透视图 ； 图 3 示出一掩模的内观的透视图 ； 图 4 示出一掩模的横剖面图 ； 图 5 示出一按照本发明的用于旋转烧结的设备的示意图， 以及 图 6a 和 6b 示出一能充气的密封件在静止状态下或在充气状态下的横剖面图。具体实施方式
图 1 示出一用于搪塑方法 ( 旋转烧结 ) 的成型模具 1 的一局部。对此涉及用于制 造仪表板的电铸版 22 的一局部， 其中对于该图选择的区域设定用于在方向盘的区域内成 型出所谓的盖罩 (Hutze)。在电铸版 22 的表面 2 上可看到一个电镀的锁定套筒 7 以及两 个定心销 8， 这两个定心销从电铸版的表面伸出。各定心销 8 和锁定套筒 7 设置在电铸版 22 的一个区域上， 该区域为了成型出塑料成型外壳起从属的作用， 因为成型外壳的相应的 区域在继续加工时作为用于仪表显示器的开口被冲裁。
图 2 示出一用于按照本发明的方法的掩模 3 的外观。掩模 3 构成为朝向下方敞开 的容积体， 该容积体在其外侧上具有一个把手 14 和两个操纵钮 15 和 16， 它们设定用于手动 地锁定和解锁或密封掩模。
图 3 示出一掩模 3 的内观， 在该掩模中结合一支架 20， 在该支架上设置有掩模 3 的 大多数功能元件。在支架 20 的中央可看出定心销 6， 而在支架的周边可看出用于各定心销 8 的接纳套筒 9。在掩模内部作为重要的组成部件还可看到两个压力缸 10， 其中一个容器 10 设定用于控制锁定或解锁， 而第二容器 10 提供用于对密封件 13 充气的压缩空气。掩模 边缘构成为密封边缘 12， 该密封边缘通常装备有能充气的密封件 13， 该密封件设置在凹槽21 中， 其中密封件 13 在该图中未示出。
图 4 示出一掩模 3 的横剖面图。 从该视图可看出， 各单个功能元件在掩模 3 内部的 布置是比较紧凑的， 因为为了它们的布置自然可只提供如稍后在成型模具 1 的相应的空腔 中提供的那样多的空间。在掩模 3 的在图 4 中表明的实施形式中， 作为中央的功能元件可 看到各压力缸 10 和锁定销 6。两个压力缸 10 中的较大者设定用于掩模的锁定和解锁并且 出于此原因尽可能接近于锁定销 6 设置。具有稍小直径的第二压力缸 10 在较大的压缩空 气容器 10 旁边设置于一管箍状的支架中并且设定用于提供为密封圈 13 充气的压缩空气。 在锁定销 6 中结合一弹簧 17， 借助该弹簧偏压压球 18 以便锁定掩模 3。掩模边缘构造成密 封边缘 12 并且包括一用于接纳能充气的密封件 13 的凹槽 21。把手 14 和用于解锁或锁定 掩模 3 或密封的操纵钮 15、 16 设置在掩模 3 外部。这些功能元件设定用于手动运行掩模 3 并且对于按照本发明的方法或按照本发明的设备的全自动运行不是一定必需的。 但在掩模 3 的全自动的使用时也一定应该在掩模 3 的外侧上设定至少用于解锁掩模 3 的干预可能性， 以便在操作故障的情况下在需要时可以从成型模具表面 2 移除掩模 3。
图 5 以横剖面图示出一旋转烧结设备的示意的结构。该旋转烧结设备包括一按照 本发明的用于制造具有不同分区域的成型外壳的设备， 该设备具有一成型模具 1 和一掩模 3 以及一粉末容器 4。成型模具表面 2 的一个区域用掩模 3 遮盖， 该掩模经由一锁定销 6 固 定于一在成型模具表面 2 上的锁定套筒 7 中。 掩模 3 通过两个附加的定心销 8 定心， 这两个定心销嵌入支架 20 中的各定心套筒 9 中。在支架 20 上作为附加的功能元件设置有一个定时元件 11 和两个压力缸 10。另外， 掩模 3 配备有一用于手动操纵掩模 3 的把手 14。粉末容器 4 遮盖待涂层的成型模具表面 2 并装有塑料粉末 5。 在旋转烧结设备旋转时， 塑料粉末 5 落到被加热的成型模具表面 2 上并 且在那里沉积为成型外壳。由掩模 3 遮盖的区域首先保持空着。然后在第二制造步骤中移 除掩模 3， 同时在成型模具表面 2 上留下已沉积的成型外壳。 现在用另一种塑料粉末 5 装备 粉末容器 4 并在下一旋转烧结步骤中将成型模具表面 2 的现在空着的分区域同样用塑料 5 涂层。第二塑料 5 虽然具有不同于第一塑料的特性， 但与第一塑料如此有关， 以致它与该第 一塑料共同连接成一个唯一的具有不同分区域的成型外壳。
图 6a 和 6b 示出掩模 3 的密封边缘 12 的一优选实施形式。密封边缘 12 设有凹槽 21， 在该凹槽中置入密封件 13， 其中在密封件 13 与凹槽 21 之间构成一种燕尾槽导向部。 在 充气时， 密封件 13 绕铰链 19 翻开并且形成一圈状的密封件 13， 该密封件紧密地贴紧到成型 模具 1 的表面 2 上。
附图标记清单
1 成型模具
2 成型模具表面
3 掩模
4 粉末容器
5 塑料粉末
6 锁定销
7 锁定套筒
8 定心销
9 定心套筒 10 压力缸 11 定时元件 12 密封边缘 13 密封件 14 把手 15 操纵钮 ( 锁定 ) 16 操纵钮 ( 密封 ) 17 弹簧 18 压球 19 铰链 20 支架 21 凹槽 22 电铸版