WO2024200034A1 - Werkzeug zur herstellung eines polsters im thermoformprozess - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines Polsters für ein Verkehrsmittelsitz in einem Thermoformverfahren. Das Werkzeug ist dabei so ausgestaltet, dass es eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aus einem Fasermaterial zu dem Polster formen kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Polsters mithilfe des Werkzeugs und das Polster selbst.

Description

Werkzeug zur Herstellung eines Polsters im Thermoformprozess

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines Polsters für einen Verkehrsmittelsitz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Polsters mit den Merkmalen nach Anspruch 11 und das Polster selbst nach Anspruch 14.

Polster tür Verkehrsmittelsitze sind allgemein bekannt. Die Polster werden dabei in der Regel aus einem Polymerschaum hergestellt, der in das passende Werkzeug eingebracht und dann im Herstellungsverfahren ausgeschäumt wird. Bei der Herstellung der Polster müssen dabei eine Vielzahl von Werkzeugen verwendet werden, weil die Prozesszeiten und insbesondere die Auskühlzeiten sehr lang sind. Weiterhin bestehen die meisten Polster zu einem überwiegenden Teil oder vollständig aus Polyurethan (PU). PU ist jedoch kaum recycelbar und auch die Herstellung von PU lässt sich in der Regel nur mit Rohstoffen und nicht auch mit recycelten Stoffen erreichen. Daraus resultiert eine schlechte Umweltbilanz, die gegen den Trend eines positiven Materialkreislaufs läuft. Neben einer schlechten Recyclingfähigkeit haben auf PU-Schaum basierende Sitze auch den großen Nachteil, dass ihre Produktion ausgesprochen langwierig ist. PU-Schaum wird im Formwerkzeug durch Mischen einer Polyol-Komponente und einer Isocyanat- Komponente mit einem Schäumungsmittel erzeugt. Isocyanate sind allerdings ausgesprochen toxisch und so muss für eine gefahrlose Handhabung des Polsters sichergestellt sein, dass die Reagenzien komplett ausreagiert sind, wenn das Polster aus dem Formwerkzeug entfernt wird. Hierfür sind nach dem Einbringen der Reagenzien lange Standzeiten erforderlich, die die Herstellung der Polster zeitaufwändig machen. Weiterhin müssen auf die bisherigen Werkzeuge zur Polsterherstellung in der Regel ein Trennmittel aufgebracht werden, damit sich das PU-Polster wieder vom Werkzeug löst. Hierdurch ist ein weiterer Verfahrensschritt bei der Polsterherstellung notwendig, wodurch sich die Prozesszeiten erneut verlängern.

Das Werkzeug zur Herstellung des Polsters soll vorteilhaft die Möglichkeit bieten, das Polster aus anderen, umweltfreundlicheren Materialien herzustellen. Weiterhin ermöglicht das Werkzeug eine sehr kurze Prozesszeit zur Herstellung des Polsters, wobei weiterhin auch die Abkühlzeit im Wesentlichen entfällt. Das so hergestellte Polster weist eine bessere Recyclingfähigkeit auf und kann darüber hinaus auch teilweise oder vollständig aus Rezyklat aufgebaut werden.

Erfindungsgemäß weist das Werkzeug zur Herstellung des Polsters in einem Thermoformprozess ein integriertes Heizsystem und mindestens einen Heizkanal auf. Weiterhin ist die Temperatur des Werkzeuges durch mindestens eine Messvorrichtung einstellbar und das Werkzeug verfügt über mindestens ein Formungselement. Durch das Formungselement kann eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial im Thermoformprozess umgeformt und/oder verdichtet werden, so dass daraus das Polster entsteht.

Ein Thermoformprozess ist ein Verfahren zur Umformung thermoplastischer Materialien unter Wärmeeinwirkung und Druck und/oder Vakuum. Vorzugsweise wird das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur mittels Druckluft gegen die Oberfläche des heißen Werkzeuges gepresst. Dafür weist das Werkzeug vorzugsweise einen abgedichteten Druckluftraum auf, in welchem Druckluft als Form lüft einströmen kann, auf. Alternativ oder additional kann das Werkzeug eine Vakuumpumpe oder einen Vakuumanschluss aufweisen, so dass durch das Vakuum das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur an die Oberfläche des beheizten Werkzeugs gepresst wird. Sofern im Folgenden von einer Thermoverformung berichtet wird ist synonym eine Thermoformung gemeint.

Unter einer dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial soll vorzugsweise ein Textil aus einem Vliesmaterial verstanden werden, wobei das Textil eine Dicke von wenigstens 15 cm hat. Beispielweise kann ein mehrlagiges Wirrfaservlies, in dem zumindest benachbarte Lagen durch Bonding miteinander verbunden sind, eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial bilden. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial kann jedoch auch ein lagenloses Wirrfaservlies beziehungsweise eine Wirrfasermatte sein, wobei die Fasern innerhalb des Textils auch so angeordnet sind, dass das Textil eine Dicke von wenigstens 15 cm erhält. Vorzugsweise wird als dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial das Material BREATHAIR® verwendet, das in Europa und den USA von der Firma PHP Fibers verkauft wird.

Die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial wird beispielweise durch regellos gebundene Maschen eines kontinuierlichen linearen Gebildes gebildet, wobei das oder die kontinuierlichen linearen Gebilde so in Maschen gelegt sind, dass sie eine dreidimensionale Struktur bilden, die durch punktuelle Verschweißungen (beispielsweise via Heißluft) an Kreuzungspunkten in Form gehalten wird. In einer Ausführungsform ist die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial eine sich selbst tragende Struktur, die durch Einwirkung einer äußeren Kraft komprimiert werden kann und beim Komprimieren innere Spannungen ausbildet. Diese inneren Spannungen stellen sicher, dass die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial nach dem Ende der Krafteinwirkung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück federt.

Vorzugsweise besteht die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial vollständig (vorzugsweise zu 90%, noch bevorzugter zu 100%) aus dem Fasermaterial. In einer Ausführungsform besteht das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur vollständig (vorzugsweise zu 90%, noch bevorzugter zu 100%) oder teilweise (vorzugsweise zu 30%, bevorzugter zu 40%, noch bevorzugter zu 50% und ganz besonders bevorzugt zu 70%) aus Polyesterfaserstoff.

In einer Ausführungsform besteht das Fasermaterial der dreidimensionale Netzwerkstruktur vollständig (vorzugsweise zu 90%, noch bevorzugter zu 100%) oder teilweise (vorzugsweise zu 30%, bevorzugter zu 40%, noch bevorzugter zu 50% und ganz besonders bevorzugt zu 70%) aus einem thermoplastischen Elastomer. Thermoplastische Elastomere sind hochmolekulare Verbindungen („Polymere“), die bei einer Temperatur von 298 K elastische Eigenschaften aufweisen, die aber bei höheren Temperaturen wie Thermoplaste thermisch verformbar sind. Im Gegensatz zu klassischen Elastomeren wie zum Beispiel Gummi, die aus gering vernetzten Makromolekülen aufgebaut sind, bestehen thermoplastische Elastomere aus nicht vernetzten, kettenförmigen Makromolekülen und können - im Gegensatz zu klassischen Elastomeren - durch Einwirkung von Wärme ohne chemische Zersetzung verformbar gemacht und geschmolzen werden. Dadurch ist es möglich, thermoplastische Elastomere wie klassische Thermoplaste zu recyceln, was mit klassischen Elastomeren nicht möglich ist.

Typische thermoplastische Elastomere gehören zu den bekannten Familien thermoplastischer Polymere wie zum Beispiel Polyamiden oder Polyestern. Generell sind Polyamide Polymere, die durch die Bildung von Amidgruppen zwischen Aminogruppen und Carbonsäuregruppen ihrer Monomere gebildet werden. Die einfachsten Polyamide entstehen dabei entweder durch Polymerisation einer Dicarbonsäure und eines Diamins wie zum Beispiel Adipinsäure und Hexamethylendiamin, die gemeinsam Polyamid-6,6 bilden oder durch Polymerisation einer Aminocarbonsäure oder eines Lactams wie zum Beispiel s-Caprolactam, das zu Polyamid-6 polymerisiert. Polyamide, die aus einer Dicarbonsäure und einem Diamin oder aus einem Lactam oder einer Aminocarbonsäure bestehen, weisen allerdings keine elastomeren Eigenschaften auf. Hierfür ist die Beteiligung weiterer Monomere nötig, die beim Aufbau des Polymers in die Makromoleküle eingebaut werden und die Bildung allzu großer regelmäßiger und damit kristalliner Bereiche von aggregierten Polymeren verhindern. Vielmehr verfügen thermoplastische Elastomere über kleinere kristalline Bereiche, in denen benachbarte Makromoleküle durch nicht chemisch bindende Wechselwirkungen so miteinander vernetzt sind, dass die Vernetzung durch Einwirkung von Wärme gelöst und beim Abkühlen wieder hergestellt werden kann. Die Ausbildung solcher schwacher Vernetzungen ist bei Copolymeren möglich, deren Ketten mehr verschiedene Monomere aufweisen als für die Bildung der Kette unbedingt notwendig sind. Im Fall der bereits erwähnten Polyamide kann ein thermoplastisches Elastomer beispielsweise aus einer Dicarbonsäure und zwei oder mehr verschiedenen Diaminen oder aus zwei oder mehr verschiedenen Dicarbonsäuren und einem Diamin aufgebaut sein. Auch ein Aufbau aus zwei oder mehr verschieden Aminocarbonsäuren oder zwei oder mehr verschiedenen Lactamen ist möglich.

Die einfachsten Polyester entstehen durch Polymerisation einer Dicarbonsäure mit einem Dialkohol. Auf diesem Wege entsteht beispielsweise aus Ethylengylcol und Terephthalsäure Polyethylenterephthalat (PET). Auch die Polymerisation einer Hydroxycarbonsäure oder eines Lactons ist möglich. Auf diesem Wege entsteht beispielsweise aus Milchsäure Polylactid (PLA) oder aus Caprolacton Polycaprolacton. Polyester, die nur aus einer Dicarbonsäure und einem Dialkohol oder einer Hydroxycarbonsäure bzw. einem Lacton aufgebaut sind, weisen keine elastomeren Eigenschaften auf. Um elastomere Eigenschaften zu erreichen muss auch hier, wie bei den erwähnten Polyamiden, die Anzahl der Monomere erhöht werden, so dass zwei oder mehr Dicarbonsäuren und/oder zwei oder mehr Dialokohole zum Einsatz kommen. Auch die Verwendung von zwei oder mehr Hydroxycarbonsäuren oder zwei oder mehr Lactonen ist möglich. Auf Polyestern basierende thermoplastische Elastomere werden typischerweise in zwei Klassen eingeteilt, Polyester-ester-Blockcopolymere und Polyester-ether- Blockcopolymere.

Beiden Gruppen ist gemein, dass sie „harte“ und „weiche“ Kettensegmente besitzen. Bei thermoplastischen Elastomeren aus der Gruppe der Polyester-ester- Blockcopolymere werden sowohl die harten wie auch die weichen Kettensegemente aus Polyestereinheiten gebildet.

Als Dicarbonsäuren kommen sowohl für die harten wie auch für die weichen Kettensegmente aromatische Carbonsäuren wie Terephthalsäure, Isophthalsäure, Naphthalen-2,6-dicarbonsäure, Naphthalen-2,7-dicarbonsäure und Diphenyl-4,4‘- dicarbonsäure ebenso in Frage wie alicyclische Carbonsäuren wie 1 ,4- Cyclohexyldicarbonsäure und aliphatische Dicarbonsäuren wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Fettsäuredimere („Dimersäuren“). Es können jeweils auch Derivate der genannten Carbonsäure wie Carbonsäureanhydride oder -halogenide zum Einsatz kommen.

Als Diolkomponente kommen für die „harten“ Kettensegmente zum Beispiel aliphatische Diole wie 1 ,4-Butandiol, Ethylenglycol, Trimethylenglycol, Pentamethylenglycol, Hexamethylenglycol, alicyclische Diole wie 1 ,1- Cyclohexandimethanol und 1 ,4-Cyclohexandimethanol zum Einsatz. Ebenso können esterbildende Derivate dieser Diole wie zum Beispiel die entsprechenden Chlor-, Brom- oder lodalkane zum Einsatz kommen.

Weiterhin können sogenannte Polyester-Diole eingesetzt werden. Hierunter werden Oligomere oder Polymere verstanden, die wie Polyester aus Dicarbonsäuren und Diolen, aus Hydroxycarbonsäuren oder Lactonen aufgebaut sind, bei denen aber sichergestellt ist, dass beide Kettenenden Hydroxygruppen enthalten und die sich deswegen wie Diol-Einheiten in Polyesterketten einfügen. Als Polyester-Diole können Polylactone wie Polycaprolacton zum Einsatz kommen, die durch Reaktion mit einem Diol oder einem Precursor dafür wie einem Halogenalkanol so modifiziert werden, dass beide Kettenenden Hydroxygruppen aufweisen. Polyester-Diole haben typischerweise eine durchschnittliche molare Masse von 300 bis 5000 g/mol. Polyester-Diolen liegen normalerweise aliphatische Polyester zugrunde.

Ausführungsformen von Polyester-ester-Blockcopolymeren sind beispielsweise Dreiblock-Copolymere, die Terephthalsäure und/oder Naphthalen-2,6- dicarbonsäure als Dicarbonsäure, 1 ,4-Butandiol als Diolkomponente und Polylacton als Polyester-Diol enthalten. Polyester-ether-Copolymere können auf den gleichen Dicarbonsäuren und Diolen basieren wie Polyester-ester- Copolymere. Darüber hinaus kann die Basis auch eine polymerisierte Hydroxycarbonsäure oder ein polymerisiertes Lacton sein. Allerdings enthalten Polyester-ether-Copolymere anstatt einer Polyester-Diolkomponente eine Polyether-Diolkomponente als „weiches“ Kettensegment. Bei der Polyether- Diolkomponente kann es sich zum Beispiel um Polyalkylendiole wie Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polytetramethylenglycol ebenso handeln wie um Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymere. Die durchschnittliche molare Masse der Polyether-Diolkomponente kann zwischen 300 und 5000 g/mol liegen.

Vorzugsweise kann durch das erfindungsgemäße Werkzeug das Polster für den Verkehrsmittelsitz mit nur einem einzigen Werkzeug (dem hier beschriebenen Werkzeug) aus der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial hergestellt werden.

Mittels des integrierten Heizsystems des Werkzeuges ist das Werkzeug erwärmbar, wobei das Werkzeug vorzugsweise eine einheitliche Temperatur aufweist und innerhalb des Werkzeuges die Temperatur um weniger als 5°C schwankt.

Erfindungsgemäß weist das Werkzeug mindestens ein Heizkanal auf. Vorzugsweise weist das Werkzeug mehr als 10, bevorzugter mehr als 20 und weiter bevorzugt mehr als 30 Heizkanäle auf. Die Heizkanäle verlaufen vorzugsweise im Material des Werkzeugs und sind vom Material des Werkzeugs vollständig umschlossen. Durch die Heizkanäle kann ein Heizmittel durch das Werkzeug geführt werden, um das Werkzeug zu erwärmen. Die Heizkanäle können gleichmäßig verteilt im Werkzeug vorliegen oder es können Bereich im Werkzeug definiert werden, in denen die Anzahl von Heizkanälen höher oder niedriger ist. Beispielsweise können im Werkzeug in Bereichen, in denen im Polster eine starke Krümmung erzeugt werden soll, mehr Heizkanäle vorgesehen werden, als in anderen - krümmungsarmen - Bereichen. Hierdurch kann das dreidimensionale Fasermaterial besonders gleichmäßig in diesen Bereichen erwärmt und so besser und genauer verformt werden. Vorteilhaft sind so auch sehr konturreiche Polster mit nur einem Werkzeug herstellbar.

In einer Ausführungsform ist das Heizsystem des Werkzeugs ein Heißluftsystem. Durch die Verwendung von Heißluft kann vorteilhaft besonders sauber gearbeitet werden. Selbst für den Fall, dass das Heißluftsystem ein Leck aufweist, wird weder das Polstermaterial (dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial) verunreinigt noch kommt es zu einer Kontaminierung der Arbeitsumgebung. Darüber hinaus ist die Verwendung von Heißluft umweltfreundlich.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Erwärmung des Werkzeuges mit Wasserdampf. Vorzugsweise wird das Werkzeug durch die Heizkanäle mit Wasserdampf beheizt. Auch hier ist besonders vorteilhaft, dass ein Leck im Heizkanal nicht zu einer Verschmutzung der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial führt oder zu einer Kontaminierung der Herstellungsstätte. In einer Aufführungsform des Werkzeugs weist das Werkzeug mindestens eine, vorzugsweise mehr als 50 Wärmeabgabeöffnungen auf. Vorzugsweise stehen die Wärmeabgabeöffnungen mit den Heizkanälen in einem direkten Kontakt und die Wärmeabgabeöffnungen sind zur A-Seite des Werkzeuges hin geöffnet. Durch die Wärmeabgabeöffnungen kann vorteilhaft verhindert werden, dass ein Hitzestau im Werkzeug entsteht. Ein solcher Hitzestau könnte das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur ungleichmäßig erwärmen und dadurch die Verformbarkeit beeinflussen oder sogar zu einer Überhitzung des Fasermaterials führen. Die Folge einer Überhitzung könnte beispielsweise die Beschädigung des Fasermaterials (insbesondere der Verlust der federnden Eigenschaften) und auch eine ungewünschte Anhaftung des Fasermaterials am Werkzeug sein. Durch die Öffnung zur A-Seite des Werkzeuges kann die überschüssige Hitze kontrolliert vom Werkzeug abgeführt werden.

Vorzugsweise weist das Werkzeug mindestens eine, vorzugsweise mehr als 2, mehr als 4, Messvorrichtungen auf. In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Messvorrichtung ein Kontaktthermometer. Mittels des Kontaktthermometers ist vorteilhaft die Temperatur des Werkzeuges sehr genau ermittelbar. Bei der Verwendung von mehr als einer Messvorrichtung ist zudem ermittelbar, ob die gewünschte Temperaturverteilung innerhalb des Werkzeuges, wie für die Verarbeitung des Fasermaterials der dreidimensionalen Netzwerkstruktur benötigt, vorhanden ist. Besonders bevorzugt ist, wenn die Messvorrichtung, beispielsweise das Kontaktthermometer, mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise die Temperatur und/oder die Menge an Heißmedium (das durch die Heizkanäle geführt wird) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur der Messvorrichtung steuern. Die Steuereinrichtung kann Teil des Werkzeuges sein oder ein separates Gerät darstellen, das an das Werkzeug angeschlossen wird. Ferner kann die Steuerreinrichtung direkt form- und/oder kraftschlüssig in oder an dem Werkzeug vorgesehen werden. Es können auch eine Mehrzahl von Steuereinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise unterschiedliche Heizkanäle und/oder unterschiedliche Heizsysteme steuern.

Vorzugsweise weist die mindestens eine Messvorrichtung eine Genauigkeit von ± 4 °C, bevorzugter von ± 2 °C und besonders bevorzugt von ± 0,5 °C auf. In einer Ausführungsform weist das mindestens eine Kontaktthermometer eine Genauigkeit von ± 4 °C, bevorzugter von ± 2 °C und besonders bevorzugt von ± 0,5 °C auf.

In einer Ausführungsform weist das Werkzeug mehr als 1 , vorzugsweise mehr als 5, besonders bevorzugt mehr als 10 Formgebungselemente auf. Das mindestens eine Formgebungselement - oder bei einer Mehrzahl von Formgebungselementen mindestens eines - ist ein Schieber. Der Schieber bewirkt im Werkzeug eine Verschiebung des Fasermaterials der dreidimensionalen Netzwerkstruktur, so dass sich innerhalb des Fasermaterials die Faserdichte pro Fläche ändert und/oder die (äußere) Kontur des Fasermaterials. Beispielweise kann das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur durch den Schieber so verschoben werden, dass eine Wulst gebildet wird. Die Wulst weist dabei eine Dicke (senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Netzwerkstruktur) auf, die größer ist als die übrige Dicke des Fasermaterials in der näheren Umgebung der Wulst, so dass eine Erhebung gebildet wird. Es liegt dann eine Änderung der äußeren Kontur des Fasermaterial vor. Durch den Schieber ist es jedoch auch möglich, die Faserdichte des Fasermaterials der dreidimensionalen Netzwerkstruktur zu ändern, indem der Schieber Fasermaterial örtlich begrenzt zusammenschiebt (und/oder presst). Hierdurch können Bereiche mit einer größeren Steifigkeit gebildet werden, die beispielweise eine Kontur des Polsters bilden (und einen Nutzer des Polsters stützen). Durch den Schieber lässt sich jedoch auch sowohl eine Änderung der Faserdichte, als auch eine Änderung der Kontur des Fasermaterials bewirken, beispielsweise wenn eine Wulst mit größerer Dicke gebildet wird, die im Vergleich zum übrigen (Ausgangs-) Fasermaterial zudem eine höhere Faserdichte und eine höhere Steifigkeit besitzt. Die Veränderungen, die mittels des oder der Formgebungselemente während der Formung des Polsters im Werkzeug bewirkt werden, sind vorzugsweise dauerhaft und nicht reversibel.

In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Formgebungselement ein Konturformbauteil, durch das zumindest Teilbereiche des Fasermaterials der dreidimensionalen Netzwerkstruktur irreversibel konturierbar und/oder umbugbar im Werkzeug werden. Bei der Konturierung des Fasermaterials erfolgt im Wesentlichen keine Veränderung der Faserdichte des Fasermaterials. Lediglich die äußere Form des Fasermaterials wird verändert. Dabei erfolgt die Formänderung jedoch weniger ausgeprägt als bei der Bildung von Wulsten. Beim Umbugen wird ein Überstand des Fasermaterials im Werkzeug um eine Trägerkante gelegt und auf der Rückseite des zu entstehenden Polsters befestigt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polsters mittels eines Thermoform prozesses und mittels eines Werkzeuges gemäß der vorherigen Beschreibung. Wo anwendbar sollen daher die Ausführungen zum Werkzeug auch für das Verfahren gelten. Ausführungen zum Verfahren sollen andrerseits auch für das Werkzeug und für das später noch beschriebene Polster gelten, sofern die Ausführungen passend dazu sind.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren so ausgestaltet, dass das Fasermaterial - die in das Werkzeug eingelegte dreidimensionalen Netzwerkstruktur - mittels des Werkzeuges irreversibel umgeformt und/oder verdichtet wird, so dass hierdurch das Polster gebildet wird. Vorzugsweise wird im Verfahren zur Herstellung des Polsters nur ein einziges Werkzeug (mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 ) benötigt. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung des Polsters aus der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial schäumungsfrei. Damit ist gemeint, dass zur Herstellung des Polsters kein Polymerschaum, und insbesondere kein PU- Schaum, verwendet wird. Vorzugsweise ist das Polster für den Verkehrsmittelsitz vollständig (zu mindestens 90%, bevorzugter zu 100%) aus der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial gebildet.

In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Polsters weist das Verfahren einen Spritzgussprozess, Spritzgussschritt oder auch Spritzgussverfahren auf.

Unter einem Spritzgussverfahren sollen alle Verfahren verstanden werden, bei denen eine Schmelze (wie zum Beispiel eine Polymerschmelze) unter Druck in eine aus mindestens zwei Teilen bestehende Form injiziert wird, diese Form ausfüllt und darin zum Erkalten und damit zum Erstarren gebracht wird. Die Form ist dabei so ausgebildet, dass die mindestens zwei Teile so gefügt sind, dass sie dicht abschließen, so dass die Polymerschmelze die Form nicht durch Lücken oder Lecks verlassen kann, um Material zu sparen und um eine gleichbleibende, reproduzierbare Formgebung zu erreichen. Vorzugsweise erfolgt durch das Spritzgussverfahren die Bildung eines Teils (Clipsaufnehmer oder Teile der Clipsaufnehmer) und gelichzeitig auch die Verbindung des Teils mit dem Polster (also vorzugsweise dem Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur).

Der Spritzgussprozess oder der Spritzgussschritt kann vor dem Thermoformprozess, nach dem Thermoformprozess oder zeitgleich mit dem Thermoformprozess erfolgen. Beispielweise kann im Verfahren zur Herstellung des Polsters zunächst in einem Spritzgussprozess Clipsaufnehmer an dem Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur befestigt werden und in einem weiteren Schritt wird das Fasermaterial in das Werkzeug eingelegt zur Thermoverformung (beziehungsweise Thermoformung). Alternativ kann das Werkzeug auch so ausgestaltet sein, dass das Fasermaterial eingelegt werden kann und zunächst ein Spritzgussprozess im Werkzeug ausgeführt wird und anschließend eine Thermoverformung im Werkzeug (beides ohne, dass das Fasermaterial aus dem Werkzeug entfernt werden müsste). In einem anderen Beispiel erfolgt zunächst die Thermoverformung im Werkzeug und anschließend erhält das geformte Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur Clipsaunehmer in einem zusätzlichen Spritzgussverfahren. Für das Spritzgussverfahren kann das geformte Fasermaterial im Werkzeug verbleiben oder aus dem Werkzeug entnommen werden. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Thermoverformung des Fasermaterials in etwa zeitgleich mit dem Spritzgussverfahren, wobei das Fasermaterial im Werkzeug verbleibt. Verbleibt das Fasermaterial nach der Thermoverformung im Werkzeug kann die Prozesszeit des Spritzgussverfahrens zur Auskühlung des Polsters genutzt werden, so dass vorteilhaft die Herstellungszeit des Polsters verringert werden kann. Die Lagerung des Fasermaterials im Werkzeug während des Spritzgussverfahrens vor der Thermoverformung hat den Vorteil, dass nur ein Werkzeug für beide Prozessschritte notwendig ist und zudem die Position der Clips für die Thermoverformung besser händelbar wird, (ein falsches oder ungenaues Einlegen des Fasermaterials mit Clips ins Werkzeug und hierdurch eine schlechte Thermoverformung im Bereich der Clips wird verhindert oder verringert). Besonders wenn ein Teilbereich der Clipsaufnahme im Thermoformprozess besonders ausgestaltet werden soll (beispielweise durch einen Umbug) kann dies zu einer Verbesserung der Qualität und einer Verringerung des Ausschusses führen. Unter dem Begriff „Clipsaufnehmer“ soll ein Befestigungsmittel verstanden werden, das aus mindestens einem Teil bestehen. Das Befestigungsmittel kann eine lösbare mechanische Verbindung mit einem weiteren Befestigungsmittel eingehen. Die Verbindung kann dabei eine kraftschlüssige oder eine formschlüssige Verbindung oder eine Kombination daraus sein. In einer Ausführungsform der Clipsaufnahme wird ein Haken und/oder Zapfen (der von einer Klammer als weiteres Befestigungsmittel ergriffen oder umgriffen wird) verwendet. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Polster für einen Verkehrsmittelsitz für Personen, wobei das Polster nach dem oben beschriebenen Verfahren und mit dem oben beschriebenen Werkzeug hergestellt wurde. Ausführungen zum Verfahren und zum Werkzeug sollen daher auch für das Polster gelten, sofern die Ausführungen passen. Ausführungen zum Polster sollen - soweit passend - auch für das Werkzeug und das Verfahren zur Herstellung des Polsters gelten.

Erfindungsgemäß ist das Polster im Wesentlichen frei von Polyurethanweichschaum. Im Wesentlichen frei bedeutet hierbei, dass das Polster weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und ganz besonders bevorzugt 0% Polyurethanweichschaum aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Polsters ist das Polster im Wesentlichen frei von Polymerschäumen. Auch hier bedeutet im Wesentlichen, dass das Polster weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und ganz besonders bevorzugt 0% Polymerschaum aufweist.

Vorteilhaft ist ein Polster, das kein Polyurethanweichschaum und/oder kein Polymerschaum aufweist, besonders umweltfreundlich, gut zu recyceln und kann zudem zumindest teilweise aus Rezyklat aufgebaut werden.

In einer Ausführungsform des Polsters besteht das Fasermaterial der dreidimensionalen Netzwerkstruktur zur Bildung des Polsters aus wenigstens 20%, wenigstens 30%, wenigstens 40%, wenigstens 50%, wenigstens 60%, wenigstens 70%, wenigstens 80%, wenigstens 90% oder zu 100% aus Rezyklat. Das Werkzeug und das Polster werden im Folgenden an Hand von Figuren beschrieben, wobei die Figuren nur Ausführungsformen des Werkzeuges, beziehungsweise des Polsters, darstellen sollen.

Figur 1 zeigt schematisch ein Werkzeug für die Formung eines Lehnenausschnitts.

Figur 2 zeigt eine Fotografie eines Polsters gebildet aus einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur.

Figur 3 zeigt eine Fotografie eines Werkzeuges zur Formung des Polsters.

Figur 4 zeigt schematisch Werkzeugskizzen.

Figur 5 zeigt schematisch eine Plantinenproduktionsstraße für die Herstellung des Polsters.

Figur 6 zeigt schematisch eine Produktionsstraße für die Sitzformung zur Herstellung des Polsters.

Durch das vorgeformte Halbzeug (Werkzeug) sind Sitzformen (Polster) mit verschiedenen Stauchhärten möglich, bspw. höhere Stauchhärten in Wulstteilen. Die verschiedenen Härten innerhalb des Bauteils (Polster) werden erzielt durch das Umformen und Verdichten von Material im Thermoformprozess.

Tiefziehwerkzeuge ermöglichen bessere Konturgenauigkeit. Die Integration von Schiebern ermöglicht den seitlichen Umbug der Kissen- und Lehnenteile sowie die Integration von Bezugsbefestigungssystemen ohne Materialzugabe mit der zusätzlichen Integration von Injektionsdüsen für das Anspritzen von Clipsaufnahmen. Die Werkzeuge haben ein integriertes Heißluftsystem, weil lediglich ein schmales Temperaturfenster für die optimale Verarbeitbarkeit vorhanden ist. Grund dafür ist eine offene Materialstruktur (der dreidimensionale Netzwerkstruktur). Es wurden im Werkzeug Heizkanäle eingebracht und von der A-Seite Luftlöcher eingebohrt. Damit soll eine bessere und gleichmäßigere Aufheizung des Mattenmaterials (dreidimensionale Netzwerkstruktur) erzielt werden. Die Form wird mit Wasser(dampf) erhitzt. Die Vorlauftemperatur ist bis etwa 170°C einstellbar. Die Werkzeugtemperatur wird mit einem Kontaktthermometer kontrolliert auf 98°C eingestellt. Staudruck wird verringert durch Aufbohren der Austrittslöcher nach hinten. Dadurch kann gleichmäßiger/homogenerer Lufteintritt in das Material (dreidimensionale Netzwerkstruktur) erfolgen, der eine homogene irreversible Verformung gewährleisten. Die Konturen sind klarer dargestellt und die Bauteile (Polster) können leicht aus Werkzeug entformt werden. Auf/Zu Werkzeug ermöglicht deutlich schlankere Prozesse im Werk, viele Schaum übliche Prozesse entfallen (siehe Figuren 5 und 6).

Claims

Ansprüche:

1. Werkzeug zur Herstellung eines Polsters für einen Verkehrsmittelsitz für Personen in einem Thermoformprozess, wobei das Werkzeug ein integriertes Heizsystem und mindestens einen Heizkanal aufweist und die Temperatur des Werkzeuges mittels einer Messvorrichtung einstellbar ist, wobei das Werkzeug mindestens ein Formungselement aufweist, durch das eine in das Werkzeug eingelegte dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial umformbar und/oder verdichtbar ist zur Bildung des Polsters.

2. Werkzeug nach Anspruch 1 , wobei das Heizsystem ein Heißluftsystem ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkzeug durch den mindestens einen Heizkanal mit Wasserdampf beheizbar ist.

4. Werkzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug Wärmeabgabeöffnungen aufweist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, wobei die Wärmeabgabeöffnungen mindestens zur A-Seite des Werkzeuges hin geöffnet sind.

6. Werkzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung ein Kontaktthermometer ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, wobei das Kontaktthermometer eine Genauigkeit von +- 4°C aufweist.

8. Werkzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Formgebungselement mindestens ein Schieber ist, wodurch mindestens Teilbereiche der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial irreversibel zu Wulstteilen formbar und/oder verdichtbar sind.

9. Werkzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Formgebungselement mindestens ein Konturformbauteil ist, wodurch mindestens Teilbereiche der dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial irreversibel konturierbar und/oder umbugbar sind.

10. Werkzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial überwiegend Polyesterfaserstoff als Fasermaterial aufweist.

11 .Verfahren zur Herstellung eines Polsters für einen Verkehrsmittelsitz für Personen mittels eines Thermoformprozess und mittels des Werkzeugs gemäß der Ansprüche 1 bis 10, wobei die eingelegte dreidimensionale Netzwerkstruktur aus Fasermaterial mittels des Werkzeuges zu einem Polster irreversibel umgeformt und/oder verdichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei die Umformung und/oder Verdichtung der eingelegten dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Fasermaterial zum Polster schäumungsfrei erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei vor, nach oder während des Thermoform prozesses zur Herstellung des Polsters ein zusätzlicher Spritzgussprozess erfolgt.

14. Polster für einen Verkehrsmittelsitz für Personen, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 11 bis 13 und mit einem Werkzeug gemäß der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Polster im Wesentlichen frei ist von Polyurethanweichschaum.