DE10009343A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-FormteilesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles, bei denen DOLLAR A (a) in eine Kavität (Formhohlraum) ein flächiges oder vorher tiefgezogenes Substrat eingebracht wird, DOLLAR A (b) in dem Formhohlraum eine Schmelze eines Kunststoffes eingebracht wird, wobei DOLLAR A (c) die Schmelze zunächst in einen dem Volumen des Formhohlraumes entsprechenden Depotraum eingebracht wird, der über mindestens einen Übergang mit dem Formhohlraum verbunden ist, und DOLLAR A (d) die Schmelze aus dem Depotraum nahezu drucklos in den Formhohlraum überführt wird, DOLLAR A sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Hinterspritzen von Textilien, Leder und/oder Folien.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-
Formteiles sowie deren Verwendung im Kraftfahrzeugbau mit den in den unabhängigen
Ansprüchen genannten Merkmalen.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Formgebungsverfahren für thermoplastisch
verarbeitbare Kunststoffe bekannt. Zunächst erfolgt im Allgemeinen eine Aufbereitung der
Formmassen, beispielsweise mit Hilfe einer Granuliervorrichtung. Das Granulat kann
anschließend in einem Extruder aufgeschmolzen werden und in eine Kavität
(Formhohlraum) eines Werkzeuges eingespritzt werden (Spritzgießverfahren). Der sich
aufbauende Druck beträgt dabei bis zu mehreren hundert Bar und wird bis zur Erstarrung
der Schmelze beziehungsweise bis zum Versiegeln eines Angusspunktes im Werkzeug
aufrecht erhalten. Der so erzeugte Spritzling wird dem anschließend geöffneten Werkzeug
entnommen beziehungsweise mit Auswerferstiften oder -platten ausgestoßen. Üblicherweise
wird das Werkzeug in einer Schließeinheit aufgespannt und gegen die durch einen
Werkzeuginnendruck erzeugte Kraft mechanisch oder hydraulisch zugehalten
(Zuhaltekräfte). Das Spritzgießverfahren bei sehr hohen Drücken erfordert jedoch erhebliche
konstruktive Maßnahmen, insbesondere wenn qualitativ hochwertige
oberflächenstrukturierte Kunststoff-Formteile gefertigt werden sollen.
Zur Reduzierung eines Prozessdruckes sind Lösungen bekannt, nach denen die Schmelze
vor dem eigentlichen Spritzen in einen Depotraum eingebracht und von diesem Depotraum
in den Formhohlraum überführt wird. Der Depotraum und der Formhohlraum sind dazu über
mindestens einen Übergang miteinander verbunden. Die Schmelze wird anschließend aus
dem Depotraum nahezu drucklos mit Hilfe einer geeigneten Mechanik überführt.
Im Kraftfahrzeugbau bestehen besondere Anfordernisse an die verwendeten Kunststoff-
Formteile. So sind insbesondere die Ausstattungsbauteile für einen Innenraum und eine
Karosserie des Kraftfahrzeuges häufig mit einem flächigen Substrat verkleidet. Das flächige
Substrat besteht dabei aus Textilien, Leder, Lacken oder Folien. Die beiden Komponenten,
nämlich Substrat und Kunststoff, müssen dauerhaft miteinander verbunden werden. Dazu
sind Fügeverfahren bekannt, wie beispielsweise eine Hinter-Spritz-Technik (HST) oder eine
Zwischenschicht-Spritz-Technik (ZST). Das flächige Substrat wird in den Formhohlraum des
Werkzeuges eingelegt und im Falle der Hinter-Spritz-Technik einseitig mit der Schmelze
beschichtet oder bei der Zwischenschicht-Spritz-Technik zwischen zwei Substratschichten
gepresst. Aufgrund der hohen Drücke während des Spritzvorganges kann es jedoch zu einer
Beschädigung des flächigen Substrates kommen. So werden aufgrund der steigenden
Designanforderungen an Material und Formkomplexität Folien mit Dicken von unter 2 mm
mit dem bekannten Verfahren beschädigt und Textilien werden für den plastifizierten
Kunststoff durchlässig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Verfügung zu stellen, mit denen die Herstellung von Kunststoff-Formteilen, die von einem
flächigen Substrat bedeckt sind, verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung und das Verfahren zum
Herstellen eines Kunststoff-Formteiles mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten
Merkmalen gelöst. Dadurch, dass gemäß dem Verfahren
- a) in eine Kavität (Formhohlraum) ein flächiges oder durch Tiefziehen vorgeformtes Substrat eingebracht wird,
- b) in den Formhohlraum eine Schmelze eines Kunststoffes eingebracht wird, wobei
- c) die Schmelze zunächst in einen dem Volumen des Formhohlraumes entsprechenden Depotraum eingebracht wird, der über mindestens einen Übergang mit dem Formhohlraum verbunden ist, und
- d) die Schmelze aus dem Depotraum nahezu drucklos in den Formhohlraum überführt wird,
ist es erstmalig möglich, die Hinter-Spritz-Technologie beziehungsweise Zwischenschicht-
Spritz-Technologie auch mit wesentlich geringeren Drücken zu realisieren. Damit
einhergehend sinken auch die zu beherrschenden Zuhaltekräfte, so dass ein konstruktiver
Aufwand im Bereich des Werkzeuges und der Schließeinheit reduziert werden kann. Ein
geringerer Werkzeuginnendruck gewährt auch eine höhere Formstabilität der Kunststoff-
Formteile, da Spannungsspitzen im Werkzeug vermieden werden. Es können mit kleineren
Anlagen größere Bauteile realisiert werden. Die Herstellung von Türverkleidungen für
Kraftfahrzeuge ist damit beispielsweise bereits auf Spritzgießanlagen von 450 t, statt auf
herkömmlichen 1500-Tonnen-Anlagen, möglich.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Überführung der
Schmelze vom Depotraum in den Formhohlraum dadurch, dass der Depotraum gleichzeitig
als ein Innenraum eines Zylinders ausgebildet ist. Durch eine translatorische Bewegung
eines Zylinderkolbens wird während der Überführung der Depotraum kontinuierlich
verkleinert.
Die Vorrichtung umfasst Mittel, mit denen die vorgenannten Verfahrensschritte durchführbar
sind. So wird beispielsweise durch die konstruktive Ausgestaltung des Depotraumes als
Innenraum eines Zylinders eine besonders vorteilhafte, drucklose Prozessführung
ermöglicht. Die Geometrie eines Zylinderkolbenkopfes kann so genutzt werden, dass
Verrippungen, Clipse, Stege und so weiter über den Kolben in das Bauteil eingebracht
werden können. So können komplexe Werkzeuggeometrien vermieden werden. Der
Zylinderkolbenkopf ist je nach Anforderung auch austauschbar.
Das Verfahren findet bevorzugterweise Verwendung zum Hinterspritzen von flächigen
Substraten aus Textilien, Leder und/oder Folien, insbesondere coextrudierten lackähnlichen
Folien. Die Erfindung beinhaltet die Nutzung des Niederdruck-Spritzgießens auf Hinter-
Spritz-Techniken, wie Stoffe, Leder und andere Textilien, bei Innenverkleidungsbauteilen im
Transportsektor, wie Auto, Bahn, Flugzeug, und für Außenhautanwendungen, wie
Bodypanels und/oder Anbauteile, Stoßfänger, Zierleisten und so weiter für Motorrad,
Automobil, LKW und andere.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den
Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen
Zeichnung, die in einer Prinzipdarstellung eine Vorrichtung 10 zum Herstellen eines
Kunststoff-Formteiles nach einem Spritzgießverfahren zeigt, näher erläutert.
Zunächst wird ein Extruder 12 mit einem granulierten Kunststoff beschickt. Der Kunststoff
wird im Extruder 12 aufgeschmolzen durch eine Extruderdüse 14 durch das Zurückziehen
eines Zylinderkolbens 38 in einen hier nicht dargestellten Schneckenvorraum des Extruders
12 und über einen Heißkanal 16 in einen Depotraum 18 eingebracht. Der Depotraum 18
mündet in einer Kavität (Formhohlraum 20) eines Werkzeuges 22. Der Übergang zwischen
Depotraum 18 und dem Formhohlraum 20 kann wahlweise durch ein reversierbar gelagertes
Sperrelement 24 geöffnet oder geschlossen werden.
Das Werkzeug 22 besteht zumindest aus einer ersten Formplatte 26 und einer zweiten
Formplatte 28. Zwischen die beiden Formplatten 26, 28 wird ein von der Schmelze zu
hinterfütterndes, flächiges Substrat 30 gespannt. Das Substrat 30 besteht beispielsweise
aus Textilien, Leder oder coextrudierten lackähnlichen Folien beziehungsweise Lackfolien.
Selbstverständlich sind die Geometrien des Formhohlraumes 20 und die Bereiche, in denen
das flächige Substrat 30 das herzustellende Kunststoff-Formteil bedeckt, variabel den
jeweiligen Erfordernissen anpassbar. Auf eine Darstellung der Mittel, die die notwendigen
Zuhaltekräfte im Bereich des Werkzeuges 22 aufbringen, ist aus Gründen der
Übersichtlichkeit verzichtet worden. Aus eben gleichem Grunde wurde auf die Darstellung
zusätzlicher Heiz- und Kühlsysteme, mit denen der Verfahrensablauf in bekannter Weise
beeinflusst werden kann, verzichtet.
Der Depotraum 18 ist gleichzeitig als Innenraum eines Zylinders 32 ausgebildet. Eine
kavitätsseitige erste Stirnfläche 34 des Zylinders 32 bildet im geschlossenen Zustand das
Sperrelement 24. Eine zweite Stirnfläche 36 wird durch eine Oberfläche eines axial
verlagerbaren Kolbens 38 des Zylinders 32 geformt. Eine Zylinderkolbenkopfseite 40 bildet
in ihrem Querschnitt die Formteilgebung in der Kavität ab. Zur Herstellung eines Kunststoff-
Formteiles kann wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst wird eine den Kunststoffteil bildende Formmasse im Extruder 12 aufgeschmolzen und das flächige Substrat 30 in dem Formhohlraum 20 in der gewünschten Position platziert. Durch die Extruderdüse 14 und den Heißkanal 16 gelangt die Schmelze während einer Dosierphase in den Depotraum 18, dessen untere Stirnfläche 34 durch das Sperrelement 24 verschlossen sein kann. Infolge des steigenden Innendruckes im Depotraum 18 fährt der Kolben 38 aus und vergrößert den Depotraum 18 kontinuierlich und fördert die Schmelze in den Depotraum 18. Ein maximaler Hub kann durch einen hier nicht dargestellten Anschlag für eine äußere Totpunktstellung des Kolbens 38 vorgegeben werden. Ein Volumen des Depotraumes 18 erreicht zu diesem Zeitpunkt einen maximalen Wert und ist derart ausgelegt, dass es mit dem Volumen des Formhohlraumes 20 unter Berücksichtigung der Materialparameter (zum Beispiel Schwindungsaufmaß) übereinstimmt.
Zunächst wird eine den Kunststoffteil bildende Formmasse im Extruder 12 aufgeschmolzen und das flächige Substrat 30 in dem Formhohlraum 20 in der gewünschten Position platziert. Durch die Extruderdüse 14 und den Heißkanal 16 gelangt die Schmelze während einer Dosierphase in den Depotraum 18, dessen untere Stirnfläche 34 durch das Sperrelement 24 verschlossen sein kann. Infolge des steigenden Innendruckes im Depotraum 18 fährt der Kolben 38 aus und vergrößert den Depotraum 18 kontinuierlich und fördert die Schmelze in den Depotraum 18. Ein maximaler Hub kann durch einen hier nicht dargestellten Anschlag für eine äußere Totpunktstellung des Kolbens 38 vorgegeben werden. Ein Volumen des Depotraumes 18 erreicht zu diesem Zeitpunkt einen maximalen Wert und ist derart ausgelegt, dass es mit dem Volumen des Formhohlraumes 20 unter Berücksichtigung der Materialparameter (zum Beispiel Schwindungsaufmaß) übereinstimmt.
Nach dem Erreichen der äußeren Totpunktstellung des Kolbens 38 ist die Dosierphase
beendet. Die Einbringung der Schmelze in den Depotraum 18 wird nun unterbrochen,
beispielsweise indem ein Ventil - in der Kunststoffverarbeitung oft auch als Rückstromsperre
bezeichnet - im Bereich der Extruderdüse 14 geschlossen wird. Das Sperrelement 24 wird
entfernt und dadurch der Übergang geöffnet. Der Kolben 38 gleitet in den Zylinder 32, bis er
eine innere Totpunktstellung durch einen hier nicht dargestellten zweiten Anschlag erreicht.
Damit einhergehend wird die Schmelze in den Formhohlraum 20 überführt (Spritzphase). Da
der Druck während der Überführung der Schmelze mit Hilfe des Kolbens 38 wesentlich
geringer ist als der Druck der Schmelze während der Einbringung durch die Extruderdüse 14
in den Depotraum 18, kann eine druckbedingte Beschädigung des Substrates 30 vermieden
werden.
Nach dem Erreichen der inneren Totpunktstellung des Kolbens 38 wird der Übergang
zwischen dem Depotraum 18 und dem Formhohlraum 20 durch das Sperrelement 24 wieder
verschlossen und der Depotraum 18 wird durch das Zurückfahren des Zylinderkolbens 38
erneut mit der Schmelze für den nächsten Zyklus gefüllt. Nach dem Auskühlen des
Kunststoff-Formteiles kann dieses in bekannter Weise ausgestoßen und eventuell
nachbearbeitet werden, so dass der Formhohlraum 20 für eine Wiederholung vorgenannter
Verfahrensschritte zur Verfügung steht.
Selbstverständlich können bei komplexen Formhohlräumen auch mehrere Depoträume
vorhanden sein - das heißt, die Schmelze kann an mehreren Stellen gleichzeitig in die
Kavität überführt werden. Ein Gesamtvolumen der Depoträume stimmt dann jeweils mit dem
Volumen des betreffenden Formhohlraumes überein.
10
Vorrichtung
12
Extruder
14
Extruderdüse
16
Heißkanal
18
Depotraum
20
Formhohlraum
22
Werkzeug
24
Sperrelement
26
Formplatte
28
Formplatte
30
Substrat
32
Zylinder
34
Stirnfläche (erste)
36
Stirnfläche (zweite)
38
Zylinderkolben
40
Zylinderkolbenkopfseite
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles, bei dem
- a) in eine Kavität (Formhohlraum) ein flächiges oder vorher tiefgezogenes Substrat eingebracht wird,
- b) in den Formhohlraum eine Schmelze eines Kunststoffes eingebracht wird, wobei
- c) die Schmelze zunächst in einen dem Volumen des Formhohlraumes entsprechenden Depotraum eingebracht wird, der über mindestens einen Übergang mit dem Formhohlraum verbunden ist, und
- d) die Schmelze aus dem Depotraum nahezu drucklos in den Formhohlraum überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung der
Schmelze vom Depotraum (18) in den Formhohlraum (20) dadurch ermöglicht wird,
dass der Depotraum (18) gleichzeitig als ein Innenraum eines Zylinders (32) ausgebildet
ist und durch eine translatorische Bewegung eines Zylinderkolbens (38) der Depotraum
(18) während der Überführung kontinuierlich verkleinert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Einbringen der Schmelze in den Depotraum (18) während der Überführung in den
Formhohlraum (20) unterbrochen wird.
4. Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles, bei der Mittel vorhanden sind,
mit denen
- a) in eine Kavität (Formhohlraum) ein flächiges oder vorher tiefgezogenes Substrat eingebracht wird,
- b) in den Formhohlraum eine Schmelze eines Kunststoffes eingebracht wird, wobei
- c) die Schmelze zunächst in einen dem Volumen des Formhohlraumes entsprechenden Depotraum eingebracht wird, der über mindestens einen Übergang mit dem Formhohlraum verbunden ist, und
- d) die Schmelze aus dem Depotraum nahezu drucklos in den Formhohlraum überführt wird.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Hinterspritzen von
flächigen Substraten aus Textilien, Leder und/oder Folien, insbesondere coextrudierten
lackähnlichen Folien oder Lackfolien.
6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kunststoff-Formteile Ausstattungsbauteile für einen Innenraum und/oder eine
Karosserieaußenhaut eines Kraftfahrzeuges sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000109343 DE10009343B4 (de) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteiles |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10009343A1 true DE10009343A1 (de) | 2001-08-23 |
DE10009343B4 DE10009343B4 (de) | 2008-11-13 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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