DE10011144B4

DE10011144B4 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit einem Hohlraum nach dem Spritzgießverfahren

Info

Publication number: DE10011144B4
Application number: DE2000111144
Authority: DE
Inventors: Christoph Prof.Dr. Jaroschek; Michael Dr. Neumann
Original assignee: ELCO KUNSTSTOFFE GmbH
Current assignee: ELCO KUNSTSTOFFE GmbH
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: DE10011144A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Kunststoffformteilen mit einem Hohlraum nach dem Spritzgießverfahren,
– wobei in eine Form zunächst eine Schmelze eingebracht wird,
– in einem weiteren Schritt in die eingebrachte Schmelze Flüssigkeit injiziert wird, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze entsteht,
– nach dem Erstarren der Schmelze (2) in der Form (1) die Flüssigkeit einen in der Form (1) angeordneten gesonderten Überlauf (9) durchbricht, in einem letzten Schritt die Flüssigkeit mittels eines gasförmigen Mediums wieder ausgespült wird.
– wobei die Flüssigkeit (4) und das Gas (11) über den Überlauf (9) abgeführt werden,
– die Flüssigkeit (4) über den gesonderten Überlauf (9) in einem kreisförmig gebildeten Fließweg (10) kontinuierlich durch den Hohlkörper strömt,
– und über den gebildeten kreisförmigen Fließweg (10) nach Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms das gasförmige Medium (11) zur Entwässerung bzw. zur Trocknung geblasen wird.
– wobei die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit einem Hohlraum nach dem Spritzgießverfahren, wobei in eine Form zunächst eine Schmelze eingebracht wird und in einem weiteren Schritt in die eingebrachte Schmelze Flüssigkeit in die fließfähige Schmelze injiziert wird, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze entsteht, und wobei in einem letzten Schritt die Flüssigkeit nach Erstarren der Schmelze mittels eines gasförmigen Mediums wieder ausgespült wird.

Aus der DE 28 00 482 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem sich Kunststoffkörper herstellen lassen die partiell hohl sind und somit eine geringe Kühlzeit für die Herstellung benötigen, weil besonders die Stellen mit großer Wanddicke weniger Schmelze mit großer Wärmekapazität haben. Bei diesem Verfahren wird entweder mit gasförmigen Fluid aber auch mit Flüssigkeiten im Anschluss an den Kunststoffgießprozess der Hohlraum gebildet. Der Nachteil dieses Verfahrens bei Gebrauch von Flüssigkeiten ist, dass nach der Produktion das Fluid in dem Formteil verbleibt.

In Weiterentwicklung dieses Standes der Technik wurden Verfahren entwickelt, die ausschließlich mit gasförmigen Fluiden arbeiten, auch wenn nicht ausgeschlossen wurde, dass Flüssigkeiten zum Einsatz kommen können. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 39 13 109 C3 bekannt, in dem sich der Entwicklungsaufwand für derartige Kunststoffprodukte erheblich reduzieren lässt, weil der Gasprozess vom Spritzgießprozess entkoppelt wurde. Nach diesem bekannten Verfahren wird mit dem Gas die plastische Seele der erstarrenden Schmelze in eine Nebenkavität gedrückt, um so das Kunststoffformhohlteil zu bilden.

Wegen der zunehmenden Notwendigkeit der Prozessbeschleunigung zur Verringerung der Zykluszeiten wird heute verstärkt wieder mit Wasser als Flüssigkeit anstelle des Gases gearbeitet, denn das Wasser hat eine höhere Wärmekapazität als das Gas und kann eine bessere Kühlfunktion übernehmen. Die Realisierung eines derartigen Wasserinjektionsverfahrens ist in dem Artikel "Gas geben mit Wasser" aus der Zeitschrift "KU Kunststoffe", Ausgabe 4, 1999, beschrieben. Dort wird ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Formteile sequenzartig dargestellt, wobei zunächst in eine Form eine Schmelze eingebracht wird. Befindet sich die Schmelze in der Form,. wird in einem nachgeschalteten Schritt Wasser in die fließfähige Schmelze injiziert, wobei das Wasser neben der Kühlung auch die Formung der Schmelze in der Formenkontur bewirkt, so dass mit dem Wasser letztendlich die herzustellende Form auf Grund seiner Inkompressibilität gebildet wird. Ist der Hohlkörper in der Form durch das Wasser insoweit geformt, wird das Wasser in einem letzten Schritt mittels Druckluft wieder aus bzw. zurück geblasen.

Bei diesem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren ergeben sich dennoch Nachteile dahingehend, weil das Wasser gegen die Injektionsrichtung wieder zurück gedrückt wird, wobei dann das Wasser wieder durch dieselbe Düse zurückströmt, aus der es auch in das Formteil gelangte. Dabei kann es zu Verstopfungen kommen, wenn Restpartikel von der Schmelze mit dem Wasser zurückgefördert werden. Zudem ist bei diesem Verfahren die Zykluszeit noch verbesserungswürdig, weil insbesondere die Verfahrensschritte derart aufeinander abgestellt sind, dass die in die Form eingeführten Medien, ob Schmelze, Wasser oder Gas, zeitlich aufeinander gefahren werden müssen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung vor dem aufgezeigten Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Formteile, insbesondere stab- oder rohrförmige Hohlkörper nach dem Spritzgießverfahren derart weiter zu bilden, dessen Ablauffolge kontinuierlich erfolgt unter Herabsetzung der Zykluszeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach dem Erstarren der Schmelze in der Form durchbricht die Flüssigkeitsfront einen in der Form angeordneten Überlauf, so dass das Wasser in einem kreisförmig gebildeten Fließweg kontinuierlich durch den Hohlkörper strömt, und wobei über den gebildeten kreisförmigen Fließweg nach Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes das gasförmige Medium zur Entwässerung bzw. zur Trocknung geblasen wird.

Dadurch, dass die Schmelze in der Form dazu gezwungen wird, dass sie im Bereich eines Überlaufes durchbricht, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Spülprozess sich in einem Kreislauf vollzieht. Dies führt dazu, dass die Wärme in dem Hohlkörperteil sehr schnell abgefüht wird, was insbesondere zur Verkürzung der Zykluszeiten führt. Auch wird dadurch verhindert, dass gebildete Restpartikel nicht an die Spritzgussöffnungen zurückgedrückt werden, sondern dass sie mit ausgespült werden. Zur Effiziens des Prozesses trägt ebenzu dazu bei, dass durch den gebildeten kreisförmigen Fließweg auch das Gas nachgeleitet werden kann, so dass mit der Entwässerung auch die Trocknung des Hohlkörpers erfolgt. Durch das Verfahren ist es möglich geworden, einen kontinuierlichen Betrieb zu fahren, wobei keine Schmelze bzw. erkaltete Kunststoffmasse den Wasserzulauf im Werkzeug verstopft. Das Verfahren macht es weiterhin möglich, einen geformten Hohlkörper bereitzustellen, der nach seiner Erstellung in der Form keiner weiteren Nachbehandlung bedarf. Als fluide Medien werden vorzugsweise Wasser und Druckluft vorgeschlagen, wobei für das erfindungsgemäße Verfahren auch andere Fluide denkbar sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden insbesondere das Wasser und die Druckluft über einen Injektor zugeführt. Entsprechendes gilt auch für den Abfluss, wobei das Wasser und die Druckluft über den Überlauf abgeführt werden.

Um insbesondere das Aufreißen der erstarrten Schmelze in der Form zu begünstigen, ist im Überlaufkanal ein bewegbarer Stift vorgesehen, der zunächst von der erstarrten Schmelze umschlossen wird und in Folge seiner Bewegung das Anreißen bzw. Aufreißen der Schmelze begünstigt, so dass das unter Druck stehende Wasser, insbesondere an dieser Unstetigkeitsstelle das Durchbrechen der Schmelze bewirkt. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Injektion von Schmelze, Wasser und Druckluft in die gleichen Fließ- bzw. Strömungsrichtungen.

Nach der Erfindung wird weiter eine Form zur Durchführung des Verfahrens mit Injektionsöffnungen für eine Schmelze, Flüssigkeit und gasförmigen Medium vorgeschlagen, die eine Überlauföffnung aufweist, durch die ein Teil der Schmelze entweichen kann und über die insbesondere das Wasser zur Kühlung in einen Strömungskreis fließen kann.

Dabei ist in zweckmäßiger Weise die Überlauföffnung kanalartig ausgebildet, wobei in dem Kanal ein bewegbarer Stift angeordnet ist, der einerseits die hautartig erstarrte Schmelze auf reist und andererseits einen Abzweig zur Abführung des Wassers freigibt. Auf Grund dieser Ausführung wird erreicht, dass der Stift zwei Aufgaben gerecht wird; einmal, dass er einen Unstetigkeitsbereich in der Schmelze hervorruft, damit die Schmelze durch den Wasserdruck an dieser Unstetig keitsstelle durchbricht und dass er zweitens eine Ventilfunktion einnimmt, wobei der Stift den Strömungsweg frei gibt, damit das Wasser abströmen kann. Dabei kann das Wasser und die Druckluft durch eine Injektionsöffnung in die Form einströmen und wobei eine Weiche entweder den Wasserstrom oder den Druckluftstrom steuert.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen eins bis fünf vorgeschlagen mit einer Form, die aus einer Spritzgießeinrichtung, einem Wasserhydraulikaggregat und einem Ölhydraulikaggregat besteht sowie einer Druckluftpumpe. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, die hydraulische Druckerzeugung des Wassers mittels eines in einer Pumpe angeordneten doppelt wirkenden Kolbens erfolgt, der ölhydraulisch angetrieben wird. Diese Ausbildung ermöglicht insbesondere eine äusserst kostengünstige Bau-weise der Vorrichtung, wobei über den doppelt wirkenden Kolben einerseits die Ölhydraulik gefahren bzw. andererseits die Wasserdruckeinrichtung gefahren werden kann. Die Wasserdruckerzeugung kann mit einer marktüblichen Pumpe erzeugt werden. Die Literleistung der Pumpe muss hoch sein, damit dass Wasser die Schmelze durchbrechen kann, wozu ein hoher Druck erforderlich ist. Grundsätzlich läßt sich die Anlage auch mit einer preiswerten kleinen Pumpe und einem nachgeschalteten Hydraulikspeicher realisieren. Derartige Druckspeicher sind aber wegen der Anforderung der Korrisionsbeständigkeit teuer. Eine Anlage, die den Anforderungen des Prozesses gerecht wird, beinhaltet zwei einfache Hydraulikzylinder, von denen einer für die Anforderungen der Wasserhydraulik ausgelegt ist. Durch die Reihenanordnung ist eine Entkopplung der Ölseite und der Wasserseite garantiert. Für die zweite Niederdruckprozessstu-fe kann eine kleine Wasserkreiselpumpe ausreichen, die für das Durchströmen des Hohlkörpers sorgt. Zeitgesteuert kann mittels Druckluft das Hohlteil ausgeblasen und getrocknet werden.

Der doppelt wirkende Kolben besteht dabei aus einer Kolbenstange mit jeweils einem endseitig angeordenten Kolbensegment, die in jeweils separat angeordneten Zylindern geführt sind. Die Kolbenstange ist dabei mit einem Aggregat zur Erzeugung der translatorischen Bewegung der Kolbensegmente verbunden. Die Wasserhydraulik selbst gestaltet sich der Art, dass sie einen Kreislauf aufweist, wobei das durchströmende Wasser in einen Wassertank fließt, der widerum mit der Wasserpumpe in Verbindung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der nachstehenden 1a bis 1e für das Verfahren und 2 für die Anlagentechnik näher erläutert, dabei zeigen:
01a – e: die einzelnen Verfahrensschritte und
02: ein schematisches Blockschaltbild eines Anlagenkonzeptes zur Durchführung des Verfahrens.
Die 1a – e zeigen in zeitlichen Abschnitten die unterschliedlichen Verfahrensschritte, die in einer Spritzgießform 1 erfolgen. Bei dem Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Formteile, wie insbesonde-re in der 1e dargestellt ist, wird zunächst gemäß der 1a in die Form 1 eine Schmelze 2 über einen Injektor 3 eingebracht. Nachdem die Schmelze 2 eingebracht ist, wird, gemäß wie in der 1b dargestellt, in einem weiteren Schritt in die eingebrachte Schmelze 2 Wasser 4 in die fließfähige Schmelze 2 injiziert. Das Wasser 4 hat dabei die Aufgabe, insbesondere die Schmelze 2 einerseits zu kühlen aber auch in Folge der Inkompressibi-lität des Wassers 4 wird erreicht, dass die Schmelze 2 in die Kontur 5 der Form 1 gedrückt wird, wie dies in der 1c verdeutlicht wird. Mit dem Wasser 4 kann auch plastische Seele der erstarrenden Schmelze 2 aus der Form 1 gedrückt werden. In diesem Zustand ist bereits ein dünnwandiges Formteil 6 gebildet, wobei die Wände 7 des Formteils 6 teilerstarrt sind. In die-sem Stadium wird ein Stift 8 im Bereich eines Überlaufkanals 9 bewegt, der es ermöglicht, dass die Wasserfront im Bereich des Überlaufs 9 durchbrechen kann, so dass das Wasser 6 in einem kreisförmig gebildeten Fließweg 10 kontinuierlich durch den Hohlkörper strömen kann. Dies ist insbesondere in der 1d dargestellt. Ist die Kühlung des Hohlkörpers der Art weit fortgeschritten, wird in einem Nachfolgeschritt über den gebildeten kreis förmigen Fließweg 10 nach Unterbrechung des Wasserstromes Druckluft 11 zur Entwässerung bzw. zur Trocknung durch den Hohlkörper geblasen, wie dies insbesondere in der 1e dargestellt ist.
Wie aus der Zusammenschau der 1a – e zu erkennen ist, wird das Wasser 6 und die Druckluft 11 über einen Injektor 12 geführt. Die entsprechende Abfuhr dieser beiden Medien erfolgt über den Überlauf 9, so dass für diese Medien jeweils ein Eingang und ein Ausgang im Formenbereich geschaffen wird. Im Überlaufkanal 9 ist der bewegbare Stift 8 angeordnet, der von der erstarrten Schmelze 6 zunächt umschlossen wird, und in Folge seiner Bewegung die erstarrte Masse anreist, so dass an dieser Stelle die Wasserfront durchbrechen kann zur Bildung des kreisförmigen Fließweges 10.
In Folge dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich geworden, dass die Injektion von Schmelze 2, Wasser 4 und Druckluft 11 in einer Fließ- bzw. Strömungsrichtung erfolgt.
Dabei ist in zweckmäßiger Weise die Überlauföffnung 9 kanalartig ausgebildet, wobei in dem Kanal ein bewegbarer Stift 8 angeordnet ist, der einerseits die hautartig erstarrte Schmelze 2 aufreist und andererseits einen Abzweig 13 freigibt zur Abführung des Wassers 6. Auf Grund dieser Ausführung wird erreicht, dass der Stift 8 zwei Aufgaben gerecht wird; einmal, dass er einen Unstetigkeitsbereich in der Schmelze 2 hervorruft, damit die Schmelze 2 durch den Wasserdruck an dieser Unstetigkeitsstelle durchbricht und dass er zweitens eine Ventilfunktion einnimmt, und den Strömungsweg frei gibt, damit das Wasser aber auch die nachträglich nachgeführte Druckluft 11 abströmen kann. Dabei kann das Wasser 4 und die Druckluft 11 durch eine Injektionsöffnung 12 in die Form 1 einströmen und wobei eine Weiche 14 entweder den Wasserstrom oder den Druckluftstrom steuert.
In der 2 ist ein beispielhaftes Anlagenkonzept schematisch dargestellt, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hinsichtlich der hydraulischen Druckerzeugung des Wassers 4 mittels eines in einer Pumpe 15 angeordneten doppelt wirkenden Kolben 16 er folgt. Der doppelt wirkende Kolben 16 besteht dabei aus einer Kolbenstange 17 mit jeweils einem endseitig angeordneten Kolbensegment 16.1 und 16.2, die in jeweils separat angeordenten Zylinder 18.1 und 18.2 geführt sind. Dabei bildet die Wasserhydraulik einen Kreislauf entsprechend des Fließweges 10 wobei das durchströmende Wasser 4 in einen Wassertank 19 fließt, der wiederum mit der Wasserpumpe 15 die über des Kolbensegment 16.1 angetrieben wird in Verbindung steht.

Claims

Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Kunststoffformteilen mit einem Hohlraum nach dem Spritzgießverfahren, – wobei in eine Form zunächst eine Schmelze eingebracht wird, – in einem weiteren Schritt in die eingebrachte Schmelze Flüssigkeit injiziert wird, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlraum innerhalb der Schmelze entsteht, – nach dem Erstarren der Schmelze (2) in der Form (1) die Flüssigkeit einen in der Form (1) angeordneten gesonderten Überlauf (9) durchbricht, in einem letzten Schritt die Flüssigkeit mittels eines gasförmigen Mediums wieder ausgespült wird. – wobei die Flüssigkeit (4) und das Gas (11) über den Überlauf (9) abgeführt werden, – die Flüssigkeit (4) über den gesonderten Überlauf (9) in einem kreisförmig gebildeten Fließweg (10) kontinuierlich durch den Hohlkörper strömt, – und über den gebildeten kreisförmigen Fließweg (10) nach Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms das gasförmige Medium (11) zur Entwässerung bzw. zur Trocknung geblasen wird. – wobei die Injektion von Schmelze (2), Flüssigkeit (4) und Gas (11) in die gleiche Fließ- bzw. Strömungsrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (4) und das Gas (11) über einen Injektor (12) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlaufkanal (9) ein bewegbarer Stift (8), der von der erstarrten Schmelze (2) umschlossen wird, die erstarrte Masse aufreisst.
Form zur Durchführung des Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit Injektionsöffnungen für eine Schmelze, Flüssigkeit und gasförmigen Medium, wobei im vorderen Einströmbereich der Form Injektionsöffnungen für die Flüssigkeit, die Schmelze und das gasförmige Medium vorgesehen sind, mit einer Überlauföffnung, durch die ein Teil der Schmelze und das gasförmige Medium entweicht und Flüssigkeit zur Kühlung strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlauföffnung (9) als Kanal ausgebildet ist, wobei in dem Kanal ein bewegbarer Stift (8) angeordnet ist, der einerseits die hautartig erstarrte Schmelze (2) aufreisst und andererseits einen Abzweig (13) freigibt zur Abführung der Flüssigkeit (4).
Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (4) und das gasförmige Medium (11) durch eine Injektionsöffnung (12) in die Form (1) einströmen, und eine Weiche (14) entweder den Flüssigkeitsstrom oder den Gasstrom steuert.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einer Form nach den Ansprüchen 4 und 5, bestehend aus einer Spritzgießeinrichtung, einem Wasserhydraulik-Aggregat und einem Ölhydraulik-Aggregat sowie einer Pumpe für gasförmiges Medium, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugung in der Flüssigkeit mittels eines doppelt wirkenden Kolbens (16) erfolgt, der ölhydraulisch angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelt wirkende Kolben (16) aus einer Kolbenstange (17) mit jeweils einem endseitg angeordneten Kolbensegment (16.1) und (16.2) besteht, die in jeweils separat angeordneten Zylindern (18.1) und (18.2) geführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserhydraulik einen Kreislauf aufweist, wobei die durchströmende Flüssigkeit (4) in einen Tank (19) fließt, der wiederum mit der Pumpe (15) zur Druckerzeugung in der Flüssigkeit in Verbindung steht.