AT518860B1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere von Verbundbauteilen, unter Verwendung von wenigstens zwei zu vermischenden Komponenten (A, B) in einer Mischkammer und einer zwischen einer ersten und einer zweiten Hälfte (1, 2) eines Formwerkzeugs ausgebildeten Kavität, wobei die Kavität einen Formteilbereich (3) und einen Angussbereich (4) aufweist, wobei als Mischkammer der Angussbereich (4) oder der Formteilbereich (3) der Kavität verwendet wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Formgebungswerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und eine Formgebungsmaschine mit einem solchen Werkzeug.

[0002] Die im Formwerkzeug ausgebildete Kavität weist einen Angussbereich und einen Formteilbereich, wobei der Formteilbereich wenigstens am Ende des Herstellungsverfahrens im Wesentlichen der Form des fertig hergestellten Kunststoffbauteiles entspricht und sich im Angussbereich am Ende des Herstellungsverfahrens der Anguss befindet.

[0003] Im Bereich der Reaktivverarbeitung geht der Trend vermehrt in Richtung der Verarbeitung bzw. Herstellung stofflich wiederverwertbarer Matrixsysteme. Besonders ist hierbei in diesem Kontext die anionische Polymerisation von Caprolactam als effiziente Leichtbautechnologie zu nennen.

[0004] Zur Herstellung von Polyamid 6 durch anionische Polymerisation werden zumeist Zweikomponentensysteme verwendet, welche im Verhältnis 1:1 miteinander vermischt werden. Komponente 1, im Folgenden als Aktivatorkomponente bezeichnet, besteht aus Caprolactam und einem oder mehreren Stoffe aus der Gruppe der Polymerisationsaktivatoren, beispielsweise Hexamethylen-dicarbamoyl-caprolactam. Zusätzlich können Füllstoffe oder andere Additive, beispielsweise für eine Verbesserung des Flammschutzes, die Einfärbung, etc. beigefügt sein. Komponente 2, im Folgenden als Katalysatorkomponente bezeichnet, besteht aus Caprolactam und einem Polymerisationskatalysator bzw. Initiator. Üblich ist hier die Verwendung von Metallsalzen des Caprolactams.

[0005] Das Hochdruck-Harzinjektionsverfahren wird vermehrt zur Serienfertigung von Faserverbundbauteilen und zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus: [0006] Ein Faserhalbzeug (auch Preform genannt) wird in die Kavität des Formgebungswerkzeuges eingelegt und das Formgebungswerkzeug geschlossen. Nach Entfernen der Restluft aus der Kavität durch Anlegen eines Unterdruckes beginnt der Injektionsprozess. Hierbei werden die reaktiven Komponenten (z.B. Polyol und Isocyanat bei der Polyurethanherstellung) zum Mischkopf gefördert und dort vermischt und in die Kavität ausgetrieben. Dabei wird das vorgelegte Faserverbundhalbzeug imprägniert, anschließend härtet das Reaktivsystem vollständig aus und nach erfolgtem Öffnen des Werkzeugs kann das fertige Faserverbundbauteil entnommen werden.

[0007] Bei der Verarbeitung von Zwei- bzw. Mehrkomponenten Reaktivsystemen im Hochdruck Harzinjektionsverfahren hat sich in der Serienfertigung die Verwendung von Hochdruckgegenstrommischköpfen durchgesetzt. Beispielhafte Ausführungsformen sind unter anderem in der DE102007023239A1 angeführt.

[0008] Grundsätzlich wird bei der Betriebsweise solcher Mischköpfe zwischen verschiedenen Betriebsmodi unterschieden: Im Rezirkulationsmodus werden hierbei die jeweiligen reaktiven Komponenten über den Mischkopf im Kreislauf geführt, jedoch nicht miteinander vermischt, sondern jeweils über eine Nut am Ausräumschieber des Mischkopfes zur Dosiermaschine rückgeführt. Der Ausräumschieber verdeckt somit die Mischkammer.

[0009] Durch rückwärtige Bewegung des Ausräumschiebers kann der Injektionsmodus gestartet werden. Hierbei werden die reaktiven Komponenten unter hohem Druck verdüst und im Gegenstrom in der nun freigelegten Mischkammer vermischt. Auf diese Weise lässt sich auch bei Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften (Viskosität, Oberflächenspannung, eventuelle beigegebene Füllmittel) eine homogene Durchmischung gewährleisten. Zur Beendigung der Injektion wird das noch in der Mischkammer befindliche Material durch Bewegung des Ausräumschiebers (Reinigungsstößel, ...) Richtung Kavität gepresst, sodass die Mischkammer mit jedem Injektionszyklus vollständig gereinigt wird. Die reaktiven Komponenten werden nun wieder rezirkuliert.

[0010] Die Dimensionierung und Ausführungsform des verwendeten Ausräumschiebers hängt in erster Linie mit dem zu verarbeitendem Material und dessen Menge zusammen, so kann dieser Schieber metallisch oder keramisch ausgeführt sein, oftmals wird dieser auch zusätzlich gehärtet. Insbesondere für die Verarbeitung von ε-Caprolactam wird in der DE3238258C2 jedoch eine angepasste Geometrie vorgeschlagen.

[0011] In der Hochdrucktechnik, insbesondere bei der Vermischung von Polyurethanen, hat es sich dabei durchgesetzt die Komponenten entgegen der Auslassrichtung des Mischkopfes zu vermischen, um den Strömungsweg der Komponenten in der Mischkammer zu maximieren.

[0012] Alternativ wurden zur Vermischung von reaktiven Komponenten zur Herstellung massiver oder geschäumter Kunststoffteile bereits werkzeugintegrierte Mischkammern vorgeschlagen: [0013] Die DE1 948 999 offenbart eine solche werkzeugintegrierte Mischkammer, welche in der Werkzeugtrennebene angeordnet ist. Nach erfolgtem Aushärtungsprozess der reaktiven Komponenten können diese gemeinsam mit dem Bauteil entformt werden. Die Zuführung der zwei reaktiven Komponenten ist daher derart realisiert, dass eine über die Oberseite in die Mischkammer geführt wird und die zweite Komponente über die Unterseite. Auf Werkzeugober- und Unterseite findet sich also jeweils eine Anspeisung.

[0014] Eine vergleichbare Anordnung offenbart die DE 2 422 976, die Mischkammer liegt hierbei ebenfalls in der Trennebene und kann mit dem fertigen Bauteil entformt werden, jedoch ist diese nur über eine Bohrung (Gießlochöffnung) mit der Kavität verbunden.

[0015] Die EP1847367A1 offenbart weiters eine entsprechende Mischkammer, welche als Teil des Werkzeugs oder auch der entsprechenden Schließeinheit beschrieben wird, diese kann jedoch auch, vergleichbar zu einem bereits oben beschriebenen Hochdruck-Harzinjektionsverfahren, in Rezirkulation betrieben werden.

[0016] Alternativ kann die Mischkammer bei Niederdruckmischköpfen nach jedem Schuss mit einer Reinigungssubstanz (z. B. Lösungsmitteln oder eine der reaktiven Komponenten) gespült werden was mit zusätzlichen Abfallmengen und Zeitverlust verbunden ist, weshalb diese Verfahren bei Hochleistungssystemen mit kurzen Taktzeiten nicht zum Einsatz kommen.

[0017] Für die Verarbeitung von Polyurethanen bzw. Epoxidharzen hat sich die Verwendung von Hochdruck-Gegenstrom Mischköpfen weitestgehend bewährt, für den Einsatz und die Vermischung niedrigviskoser reaktiver Medien gibt es jedoch noch immer große Herausforderungen: [0018] Als größte Schwachstelle ist hierbei sicherlich die Abdichtung des Ausräumschiebers zu nennen. Hierbei muss mit äußerst genauen Toleranzen im pm Bereich gearbeitet werden. Dies erhöht in enormem Maße die entsprechenden Herstellungs- und Wartungskosten, ferner sind diese Systeme sehr fehleranfällig. Insbesondere der vermehrte Trend zur Herstellung faserverstärkter Bauteile mit bis zu 55% Faservolumsanteil führt weiters dazu, dass erhebliche Drücke zur Formfüllung benötigt werden und somit die entsprechende Abdichtung auch bei bis zu 200 bar gewährleistet sein muss.

[0019] Bereits leichte Leckagen im Bereich des Ausräumschiebers führen dazu, dass Restmaterial in der Mischkammer verbleibt und dort aushärtet, diese somit nichtmehr vollständig gereinigt wird und es beim nächsten Injektionszyklus zu Störungen kommt.

[0020] Die Austreibvorrichtung und deren Antrieb werden nach dem Stand der Technik bei Hochdruck Gegenstrom-Mischköpfen linear hintereinander angeordnet, was sich entsprechend negativ in der Bauhöhe niederschlägt. Letzteres ist bei Schließeinheiten mit hohen Presskräften im Allgemeinen und speziell bei den Schließeinheiten von Spritzgießmaschinen nachteilig, weiters müssen entsprechend großzügige Ausnehmungen im jeweiligen Formgebungswerkzeug berücksichtigt werden.

[0021] Weiters kommt es beim Vermischen der Komponenten in üblichen, auf PUR ausgelegten Mischköpfen zum Eindispergieren von Gasen, welche in späterer Folge zu einem Schäu men und Ausgasen führen können, und somit die Oberflächenqualität der erhaltenen Bauteile beeinträchtigen.

[0022] Auch die bisher offenbarten Ansätze zur Verwendung werkzeugintegrierter Mischkammern lösen das Problem der Vermischung und Verarbeitung niedrigviskoser Lactamschmelzen nicht in befriedigender Weise.

[0023] Zunächst ist hierbei die Anordnung der Injektionsdüsen zueinander zu nennen: Wie auch bei Hochdruck-Gegenstrom Mischköpfen bekannt, begünstigt die direkt gegenüberliegende Stellung der Komponentenzuführung bzw. Einspritzdüsen zueinander ein Querschäumen der Komponenten. Dies bringt ein erhebliches Prozessrisiko mit sich.

[0024] Die Verwendung einer sich verjüngenden Mischkammer und eine Überführung der reaktiven Mischung in die formgebende Kavität über eine Gießlochbohrung können zudem in besonderem Maße als nachteilig angesehen werden, da durch die Verjüngung ein zum benötigten Vermischungs- und Injektionsdruck zusätzlicher Druck seitens der Injektionseinheit aufgebracht werden muss.

[0025] Zusätzlich sind, insbesondere bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, die bisher offenbarten Anordnungen nicht ohne weiteres einsetzbar: So führt ein seitliches Anströmen des eingelegten Fasereinleger/Preform dazu, dass dieser im Formgebungswerkzeug verschoben wird und sich Faseranhäufungen bilden, welche nicht mehr durch die reaktive Mischung imprägniert werden. Ferner können Harzanhäufungen im Angussbereich auf Grund der meist stark exothermen Vernetzungsreaktionen zu einer vorzeitigen Aushärtung des Materials führen. Insbesondere die bereits oben beschriebenen Gießlochöffnungen können dadurch leicht verstopfen.

[0026] Weiters haben jene Anordnungen, bei denen die Komponentenzuführung in verschiedenen Hälften des Formwerkzeugs angeordnet sind, zusätzliche bauliche Nachteile: So müssen in beiden Hälften entsprechende Maßnahmen zur Temperaturisolation getroffen werden, der Platzbedarf für die Zuführung der Komponenten ist erheblich erhöht und auch Vorkehrungen für Düsenansteuerung, Temperierung und Medienführung müssen für beide Hälften realisiert sein.

[0027] Bei der 2K-Verarbeitung von ε-Caprolactam Komponenten für die anionische Polymerisation wurde gezeigt, dass die notwendigen Drücke zur homogenen Vermischung der Komponenten auf Grund der niedrigen Verarbeitungsviskosität eher gering sind. Anders als etwa bei Polyurethan oder Epoxidharzsysteme zeigt das Material nach einmal erfolgter Mischung ferner keinerlei Entmischungstendenzen mehr.

[0028] Nichtsdestotrotz ist es für hochqualitative Bauteile oftmals notwendig möglichst hohe Forminnendrücke bis zu 200 bar zu realisieren. Auch beim Erreichen eines entsprechend hohen Forminnendruckes muss der oben genannte Vermischungsdruck im Angussbereich noch gewährleistet werden.

[0029] Gemäß der US 3,605,183 erfolgt das Mischen von Lactamzusammensetzungen über zwei Kanäle, die in einen gemeinsamen Kanal münden, welcher wiederum mit der Kavität in Verbindung steht.

[0030] Die DE 2 031 737 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausschäumen von Hohlräumen in Werkstücken mit Schaumstoff, wobei eine verlorene Mischkammer in der Wandung des auszuschäumenden Werkstoffs vorgesehen ist.

[0031] Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei den apparativen Voraussetzungen für das Vermischen und Zuführen von flüssiger Reaktivsysteme noch erhebliches Verbesserungspotential besteht.

[0032] Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines gattungsgemäßen Verfahrens, eines Formwerkzeuges zur Verwendung in einem solchen Verfahren und einer Formgebungsmaschine mit einem solchen Formwerkzeug, bei welchen die oben diskutierten Probleme vermieden werden.

[0033] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Formwerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und einer Formgebungsmaschine mit einem solchen Formwerkzeug gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0034] In einer ersten Variante der Erfindung dient der Angussbereich der Kavität als Mischkammer, in einer zweiten Variante der Erfindung dient der Formteilbereich der Kavität als Mischkammer.

[0035] Die Erfindung eignet sich besonders für die Herstellung von Kunststoffbauteilen in Form von Verbundbauteilen, insbesondere aus lactambasierten Zweikomponenten-Reaktivsystemen.

[0036] Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren für Reaktivwerkstoffe mit einer Aktivatorkomponente und einer Katalysatorkomponente und zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen vorgesehen. Die nachfolgende Offenbarung bezieht sich beispielhaft auf ein solches Verfahren.

[0037] Vorgeschlagen wird daher, die Aktivator- und die Katalysatorkomponente direkt im Angussbereich oder im Formteilbereich einer Kavität eines Formgebungswerkzeuges zu vermischen.

[0038] Die mindestens zwei Komponenten werden in der ersten Variante der Erfindung vorzugsweise durch aktiv betätigbare Injektionsdüsen oder vergleichbare Verschlusselemente in den Angussbereich oder den Formteilbereich geleitet. Insbesondere für hochreaktive Systeme mit kurzen Aushärtungszeiten werden somit außerdem die Strömungswege nach der Vermischung erheblich verkürzt.

[0039] Bevorzugt werden bei beiden Varianten der Erfindung Nadelverschlussdüsen eingesetzt, wobei besonders bevorzugt die Düsennadeln in geschlossener Stellung direkt auf dem Angussbereich die Komponentenzuführung abdichten und in offener Stellung eine Austrittsöffnung von zwischen 0,2 und 2 mm für den Materialstrom in den Angussbereich realisiert ist. Eine besonders effektive Vermischung der Komponenten kann erreicht werden, wenn der Austritt der Komponenten aus der jeweiligen Austrittsöffnung nicht als Strahl, sondern als Sprühkonus realisiert wird.

[0040] Besonders bevorzugt sollten bei der Verwendung von Nadelverschlussdüsen Maßnahmen getroffen werden, um eine ausreichend präzise Einstellung des Hubs der Verschlussnadel zu erreichen, insbesondere da durch die Länge des Hubs bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit auch der Vermischungsdruck sehr exakt eingestellt werden kann.

[0041] Neben der Größe der materialzuführenden Bohrungen in den Angussbereich sowie deren Abstand steht für eine strömungstechnische Optimierung des gesamten Angussbereichs der Winkel, mit welchem die Komponenten bei der Injektion aufeinandertreffen, als zu optimierender Parameter zur Verfügung. Dieser Winkel entspricht weitestgehend dem Winkel der Düsen zueinander.

[0042] Bevorzugt ist eine Ausführung des Angussbereichs normal zur Trennebene. Insbesondere bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen hat diese Anordnung den erheblichen Vorteil, dass es beim Imprägnieren des Gewebes zu keiner Verschiebung von Fasern bzw. Rovingen kommt.

[0043] Der gesamte Angussbereich wird in einer Hälfte des Formgebungswerkzeuges realisiert und wird während des Prozess vollständig mit der reaktiven Mischung ausgefüllt und härtet mit dem Bauteil aus. Auf diese Weise kann der im Angussbereich aushärtende Anguss während des Prozess mit dem Bauteil entformt werden.

[0044] Bevorzugt kann der Angussbereich auch als Einsatz ausgeführt werden, um eine, z.B. auf den Fasereinleger abgestimmte, Variation der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Vermischungsdruckes zu erreichen.

[0045] Insbesondere kann es für die Entformung hilfreich sein, einen Auswerfer direkt im An gussbereich anzuordnen.

[0046] Bevorzugt kann auch ein Vakuumbaustein direkt im Angussbereich angeordnet werden.

[0047] Alternativ kann es für die Steuerung des Prozesses vorteilhaft sein, einen direkt im Angussbereich angeordneten Drucksensor zu verwenden.

[0048] Die bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen verwendeten Polymerisationsrezepturen sind hinsichtlich ihrer Additivierung derart eingestellt, dass abhängig von der Temperatur Aushärtungszeiten zwischen 60 und 300s erreicht werden können. Die Wärmekapazität der verwendeten textilen Einleger (Glas- oder Kohlefaser) hat hierbei einen erheblichen Einfluss auf das Reaktionsprofil sodass die optimale Aushärtungstemperatur für Reinharz- bzw. faserverstärkte Bereiche sich unterscheiden. Auf Grund der Harzakkumulation im Angussbereich kann daher eine separate Temperierung von ebendiesem vorgesehen werden.

[0049] Ebenfalls kann die Medienzuführung im bzw. am Werkzeug separat zu temperieren sein, um die thermische Belastung des Materials niedrig zu halten, insbesondere hat sich hierbei ein Temperaturbereich zwischen 90 und 140°C bewährt.

[0050] Da je nach Anordnung im Werkzeug die Zugänglichkeit des Angussbereiches eher diffizil sein kann, wird ferner als Option vorgeschlagen im Angussbereich eine verschließbare Reini-gungs- oder Spülleitung oder eine schaltbare Ablassbohrung vorzusehen.

[0051] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Polyamidbauteilen kann in einer ersten Variante (Vermischung im Angussbereich) wie folgt durchgeführt werden: [0052] Zunächst wird ein Fasereinleger in einen Formteilbereich einer Kavität eines Formgebungswerkzeuges eingelegt und dieses verschlossen und optional evakuiert. Daraufhin werden Aktivator- und Katalysatorkomponente, welche von einer Dosiereinheit mit dem gewünschten Druck- und Volumenstrom in aufgeschmolzener Form bereitgestellt werden, über temperierte Leitungen den Injektionsdüsen zugeführt. Mit dem Beginn der Zuführung der Komponenten werden die Verschlussdüsen geöffnet (dies kann kurz vor, während oder aber auch kurz nach Beginn der Zuführung der Schmelze-Komponenten geschehen). Mit dem Austritt in den Angussbereich erfolgt die Vermischung der reaktiven Komponenten und die Mischung wird in den Formteilbereich des Formgebungswerkzeuges ausgetrieben. Hierbei wird der Fasereinleger imprägniert. Mit steigendem Füllgrad und Druckaufbau im Formgebungswerkzeug wird auch der Angussbereich mit reaktiver Mischung gefüllt. Bei Abschluss der Injektion werden die Verschlussdüsen geschlossen. Die reaktive Mischung härtet unter Temperatur aus. Nach erfolgter Aushärtung wird das Formgebungswerkzeug geöffnet und das Bauteil mit Anguss kann entnommen werden. Optional kann bereits im Werkzeug der Anguss entfernt werden und das Bauteil erst im Nachgang entnommen werden.

[0053] In einer zweiten Variante der Erfindung erfolgt das injizieren und Mischen der Komponenten unmittelbar im Formteilbereich.

[0054] Zum Vermischen der Komponenten werden hier bevorzugt die Düsen des Mischsystems getrennt voneinander in die beiden Hälften des Formwerkzeugs eingebracht, eine Düse wird in der ersten Hälfte und eine Düse wird in die zweite Hälfte eingebracht.

[0055] Die Düsen können direkt aufeinander gerichtet sein oder in einem schrägen Winkel zueinander angeordnet sein. Ebenso können die Düsen mit einem definierten Achsversatz zueinander angeordnet sein. Über die Anordnung der Düsen kann das Mischverhalten im Mischbereich maßgeblich beeinflusst werden.

[0056] Das Vermischen der Komponenten findet unmittelbar in der Bauteilfläche statt. Dabei kann im Mischbereich eine ein- oder zweiseitige Mischkalotte ausgebildet sein. Der Mischbereich kann auch als Paarung aus einer konkaven und einer konvexen Werkzeugwand ausgebildet sein. Schließlich kann der Mischbereich sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite des Bauteils glatt sein, d.h. es werden im Mischbereich keine zusätzlichen geometrischen Anpassungen gemacht.

[0057] Über die geometrische Gestaltung der Werkzeugwand im Mischbereich kann ebenfalls das Mischverhalten beeinflusst werden. Damit wird das resultierende Mischverhalten durch die Düsengeometrie, die Düsenansteuerung, die Anordnung der Düsen zueinander und über die Gestaltung der Werkzeugwand im Bereich der Düsen bestimmt. Hierfür können auswechselbare Einsätze im Formwerkzeug vorgesehen sein.

[0058] Der Mischbereich kann mit einem unverändert durchlaufenden Preform bedeckt werden, d. h. es wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante beim Preform keine besondere Ausbildung im Mischbereich vorgesehen. Alternativ kann der Preform im Mischbereich ganz oder teilweise ausgedünnt oder ausgespart werden. Mit dieser lokalen Anpassung des Preforms kann Einfluss auf das Mischverhalten im Mischbereich genommen werden.

[0059] Der Vorteil der zweiten Variante der Erfindung ist, dass einerseits kein Ausräumschieber oder Reinigungsstößel notwendig ist, der das zum Ende der Injektion das in der Mischkammer noch vorhandene Material verdrängt. Wenn bei konventioneller Düsenanordnung in einer Werkzeughälfte kein Ausräumschieber oder Reinigungsstößel vorgesehen wird, dann bleiben ein Angusszapfen oder eine Angussrippe o. ä. zurück. Mit der hier beschriebenen Lösung, bei der die Injektion und das Mischen direkt in dem Formteilbereich erfolgt, bleibt kein Angussgeometrie zurück, die ggf. abgetrennt werden müsste und Abfallmengen verursacht.

[0060] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert. Es zeigen: [0061] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Formgebungs maschine [0062] Fig. 2 ein Detail zum Formwerkzeug der Formgebungsmaschine nach Fig. 1 in einer ersten Variante der Erfindung [0063] Fig. 3a,b ein Detail zum Formwerkzeug der Formgebungsmaschine nach Fig. 1 in einer ersten Variante der Erfindung für zwei unterschiedliche Zeitpunkte im Herstellungsverfahren [0064] Fig. 4a - 4e ein Detail zum Formwerkzeug der Formgebungsmaschine nach Fig. 1 in einer zweiten Variante der Erfindung für verschiedene unterschiedliche Zeitpunkte im Herstellungsverfahren [0065] Fig. 5 - 8 verschiedene Ausführungsbeispiele für das Formwerkzeug nach der zwei ten Variante der Erfindung [0066] In Fig. 1 ist eine beispielhafte Formgebungsmaschine zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile mit einem Formwerkzeug mit einer ersten und einer zweiten Hälfte 1, 2 gezeigt. Das Formwerkzeug ist auf zwei relativ zueinander bewegbaren Formaufspannplatten 6, 7 aufgespannt. In das geöffnete Formwerkzeug ist bereits ein Einlegeteil in Form eines Preforms eingelegt. Zum Steuern oder Regeln der Formgebungsmaschine ist eine Steuerung 8 vorgesehen, beispielhaft sind nur zwei Steuerleitungen gezeigt. Leitungen, welche Informationen zur Steuerung 8 transportieren, sind nicht dargestellt.

[0067] Es werden die Aktivatorkomponente A und die Katalysatorkomponente B durch ein Dosieraggregat mittels zweier Kolben-Injektionseinheiten 9, 10 bereitgestellt. Alternativ (nicht gezeigt) kann dies auch durch eine Hoch- oder Niederdruck-Dosieranlage erfolgen. Über Zuführleitungen 11,12 (sind z. B. außerhalb des Formwerkzeugs als materialführende Schläuche ausgeführt und im Formwerkzeug als Kanäle) werden die Komponenten A, B zu den Injektionsdüsen (nicht gezeigt) und weiter zur Vermischung in Mischkammer geleitet.

[0068] In Fig. 2 ist jener Teil der Kavität (Angussbereich 4) gezeigt, welcher in der ersten Variante der Erfindung als Mischkammer fungiert und in welchem die Komponenten A, B zusammengeführt werden.

[0069] Fig. 3a, 3b zeigt die Verwendung von durch die Steuerung 8 schaltbaren Düsen mit Verschlussnadeln 13. Die Bewegungsrichtung der Verschlussnadeln 13 ist durch Pfeile illustriert. Fig. 3a zeigt die Stellung der Verschlussnadeln 13 im geschlossenem Zustand, hierbei dichten die Verschlussnadeln 13 direkt am Angussbereich 4 ab, sodass keine fluidleitende Verbindung zwischen Düsenseite und dem Angussbereich 4 besteht. Fig. 3b zeigt die Stellung der Verschlussnadeln 13 während der Injektion, hierbei werden die Verschlussnadeln 13 zumindest soweit rückwärtig bewegt, sodass eine Austrittsöffnung freigelegt wird, durch welche die jeweilige Komponente A, B in den Angussbereich 4 strömen kann.

[0070] Die Fig. 4 bis 8 beziehen sich auf die zweite Variante der Erfindung, bei welcher der Formteilbereich 3 als Mischkammer fungiert. Dabei kann ein im Mischbereich mit einer Durchtrittsöffnung 14 versehenes Faserhalbzeug 5 verwendet werden (alternativ könnte das Faserhalbzeug 5 im Mischbereich ausgedünnt sein). Es kann im Mischbereich eine ein- oder zweiseitige Mischkalotte 15 ausgebildet sein (vgl. Fig. 6 - 7). Es kann alternativ oder zusätzlich ein konvexer Wandbereich 16 vorgesehen sein (vgl. Fig. 8). Schließlich kann der Mischbereich sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite glatt sein, d.h. es werden im Mischbereich keine zusätzlichen geometrischen Anpassungen gemacht.

[0071] Fig. 4a zeigt das Formwerkzeug im geöffneten Zustand. Die Verschlussnadeln 13 verschließen die Zuführleitungen 11, 12.

[0072] Fig. 4b zeigt das Formwerkzeug im Zustand der Fig. 4a, wobei in das Formwerkzeug ein Faserhalbzeug 5 zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils eingelegt wurde.

[0073] Fig. 4c zeigt das Formwerkzeug im geschlossenen Zustand. Die Verschlussnadeln 13 verschließen die Zuführleitungen 11, 12.

[0074] Fig. 4d zeigt das Formwerkzeug im geschlossenen Zustand. Die Verschlussnadeln 13 wurden soweit von den der Kavität zugewandten Öffnungen der Zuführleitungen 11,12 wegbewegt, dass die Komponenten A, B injiziert werden können (Fig. 4e). BEZUGSZEICHENLISTE: 1 erste Hälfte des Formwerkzeuges 2 zweite Hälfte des Formwerkzeuges 3 Formteilbereich der Kavität 4 Angussbereich der Kavität 5 Faserhalbzeug 6 erste Formaufspannplatte 7 zweite Formaufspannplatte 8 Steuerung

9 Kolben-Injektionseinheit für Komponente A

10 Kolben-Injektionseinheit für Komponente B

11 Zuführleitung für Komponente A

12 Zuführleitung für Komponente B 13 Verschlussnadel 14 Durchgangsöffnung im Faserhalbzeug 15 im Formwerkzeug ausgebildete Mischkalotte 16 im Formwerkzeug ausgebildeter konvexer Wandbereich

Claims (14)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere von Verbundbauteilen, unter Verwendung von wenigstens zwei zu vermischenden Komponenten (A, B) in einer Mischkammer und einer zwischen einer ersten und einer zweiten Hälfte (1, 2) eines Formwerkzeugs ausgebildeten Kavität, wobei die Kavität einen Formteilbereich (3) und einen Angussbereich (4) aufweist, wobei als Mischkammer der Angussbereich (4) oder der Formteilbereich (3) der Kavität verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Formteilbereich (3) der leeren Kavität ein Faserhalbzeug (5) eingelegt wird.
2. 2. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das Faserhalbzeug (5) mit einer Durchgangsöffnung (14) versehen oder lokal ausgedünnt ist.
3. 3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Angussbereich (4) gefüllt wird und die Füllung zu einem Anguss auspolymerisiert und der Anguss mit dem Kunststoffbauteil entformt wird.
4. 4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ε-Caprolactam-Komponenten verwendet werden.
5. 5. Formwerkzeug zur Verwendung in einem Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug eine Kavität mit einem Formteilbereich (3) und einem Angussbereich (4) und eine Mischkammer zum Mischen von wenigstens zwei zu vermischenden Komponenten (A, B) aufweist, wobei die Mischkammer durch den Angussbereich (4) oder durch den Formteilbereich (3) der Kavität gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug Zuführleitungen (11, 12) für die wenigstens zwei Komponenten (A, B) aufweist, welche jeweils durch eine Verschlussnadel (13) verschließbar sind.
6. 6. Formwerkzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Verschlussnadeln (13) unmittelbar am Angussbereich (4) abdichten.
7. 7. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug Zuführleitungen (11, 12) für die wenigstens zwei Komponenten (A, B) aufweist, welche gemeinsam mit dem Angussbereich (4) in nur einer der ersten und zweiten Hälfte (1,2) des Formwerkzeugs angeordnet sind.
8. 8. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug Zuführleitungen (11, 12) für die wenigstens zwei Komponenten (A, B) aufweist, welche gegenüber dem Formgebungswerkzeug thermisch entkoppelt sind, vorzugsweise durch Isolierungen oder Ummantelungen, welche besonders bevorzugt aus Kunststoff oder Keramik bestehen.
9. 9. Formwerkzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei für die Zuführleitungen (11, 12) einerseits und die Mischkammer andererseits getrennte Temperierungen vorgesehen sind.
10. 10. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Angussbereich (4) normal zu einer Trennebene der ersten und zweiten Hälfte (1, 2) des Formwerkzeugs angeordnet ist.
11. 11. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mit dem Angussbereich (4) eine verschließbare Reinigungs- oder Spülleitung oder eine schaltbare Ablassbohrung verbunden ist.
12. 12. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für den Angussbereich (4) ein Auswerfer und/oder ein Vakuumbaustein vorgesehen ist bzw. sind.
13. 13. Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug benachbart zu dem die Mischkammer bildenden Teil des Formteilbereichs (3) eine in einer Hälfte (1, 2) oder beiden Hälften (1, 2) ausgebildete Mischkalotte (15) aufweist und/oder eine in dem Formteilbereich (3) hineinragenden, konvexen Wandbereich (16) aufweist.
14. 14. Formgebungsmaschine mit einem Formwerkzeug nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche. Hierzu 11 Blatt Zeichnungen