DE10018905A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils durch Einspritzen von flüssigem Kunststoff in eine Spritzform, mit wenigstens einem hohlen Abschnitt, beispielsweise innerhalb eines Handgriffs, insbesondere eines Handgriffs für einen Kasten aus Kunststoff, wobei der Hohlraum durch Eindrücken eines flüssigen Mediums in den noch flüssigen Kunststoff erzeugt wird. Dabei wird die Flüssigkeit unter einem verhältnismäßig hohen Druck und/oder mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit in die Spritzform eingebracht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils durch Einspritzen von flüssigem Kunststoff in eine Spritzform, mit wenigstens einem hohlen Abschnitt, beispielsweise innerhalb eines Handgriffs, insbesondere eines Handgriffs für einen Kasten aus Kunststoff, wobei der Hohlraum durch Eindrücken eines flüssigen Mediums in den noch flüssigen Kunststoff erzeugt wird.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, bei denen ein gasförmiges Medium in die Spritzform eingepreßt wird, um den Hohlraum herzustellen. Es wurde auch schon vorgeschlagen Wasser in die Spritzform einzupressen um einen Hohlraum auszubilden. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, das einfacher und kostengünstiger durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit (Fluid) unter einem verhältnismäßig hohen Druck und/oder mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit in die Spritzform eingebracht wird.
Dabei tritt trotz der hohen Temperatur des Kunststoffes keine Verdampfung der Flüssigkeit ein, sondern diese wirkt unmittelbar auf den noch flüssigen Kunststoff ein und verdrängt diesen. Die mit der Flüssigkeit in Verbindung gebrachten Wand- Oberflächen werden dabei glatt und verhältnismäßig dünn ausgebildet, was gegenüber dem Aufweiten mit einem gasförmigen Medium, bei dem rauhe Oberflächen und unregelmäßige Wanddicken entstehen, eine erhebliche Festigkeitssteigerung ergibt. Nach dem Abkühlen des Kunststoffes kann die Flüssigkeit dann aus dem entsprechend gebildeten Raum entfernt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß als Flüssigkeit Wasser eingesetzt wird, das mit einem Druck von wenigstens 100 bar, vorzugsweise 200 bar und mehr eingepresst wird.
Da Wasser ein sehr preiswertes Medium ist, das darüber hinaus auch noch wiederverwendet werden kann, wird die Herstellung des Hohlraumes sehr günstig. Durch den hohen Druck wird erreicht, daß das Wasser flüssig bleibt und daß kein Wasserdampf entsteht. Insbesondere bei der Verwendung von Wasser erhalten die den Hohlraum begrenzenden Wände eine sehr glatte Oberfläche, was wiederum die Festigkeit des entsprechenden Kunststoffteils erhöht. Das Wasser ist zudem ein sehr gutes Kühlmittel für den Kunststoff, weshalb die Zykluszeiten bei der Herstellung und insbesondere Abkühlung des Kunststoffteiles erheblich reduziert werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß im wesentlichen wenigstens soviel Flüssigkeit unter Druck in die Spritzform eingebracht wird, wie der Kunststoff beim Abkühlen in seinem Volumen abnimmt.
Damit kann der Schrumpf des Kunststoffes ausgeglichen werden ohne weiteren Kunststoff nachspritzen zu müssen. Die Wände des Kunststoffteils sind glatt ausgebildet und enthalten auch auf der Außenseite keinerlei Einfallstellen.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß während des Einspritzens des flüssigen Kunststoffes der Raum der Spritzform vergrößert und gleichzeitig in den Innenraum Flüssigkeit eingepresst wird.
Der ursprünglich vorhandene Raum wird dabei vollständig mit Kunststoff gefüllt und beim Vergrößern des Raums wird das zusätzliche Volumen durch die eingepreßte Flüssigkeit ausgefüllt, wodurch eine einwandfreie Formung des Kunststoffes erzielt wird. Bei dieser Formgebung ergeben sich im Bereich der Außenkanten des das Volumen verändernden Schiebers sogenannte Kaltstellen, die ein vorzeitiges Abkühlen des Kunststoffes beinhalten. Bei der Verwendung eines gasförmigen Mediums zum Herstellen des Hohlraumes treten in diesem Bereich Verwirbelungen des Gases ein, die ihrerseits ein Eindringen des Gases in den Kunststoff begünstigen. Der Kunststoff verliert dadurch in diesem Bereich seine Festigkeit wenigstens teilweise.
Durch die Verwendung einer Flüssigkeit zum Herstellen des Hohlraumes wird dies vermieden, da keinerlei Verwirbelungen der Flüssigkeit entstehen und diese nicht in den Kunststoff eindringt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flüssigkeitsmenge während des Einpressvorganges gesteuert wird.
Dadurch kann die Flüssigkeitsmenge genau an die jeweiligen Gegebenheiten beim Herstellen des Kunststoffteils angepasst werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser mit Kohlensäure (CO2- Zugabe) versetzt wird.
Dabei ist es möglich, die Kohlensäure bereits vor dem Einpressen der Flüssigkeit in die Spritzform in der Flüssigkeit zu lösen. Es ist aber auch möglich, die Kohlensäure erst nach dem Einpressen der Flüssigkeit dieser zuzugeben.
Kohlensäure entwickelt unter den Einfluß von Wärme einen sehr hohen Druck, der dazu führt, daß Kohlensäure und Flüssigkeit nach Beendigung des Einpressvorganges durch eine entsprechende Öffnung des Hohlraumes herausbefördert werden. Es können auch andere Mittel der Flüssigkeit beigegeben werden, die einen ähnlichen Druck erzeugen. Darüber hinaus ist es möglich, die Flüssigkeit nach Abschluß des Formgebungsprozesses durch Pressluft oder dergleichen aus dem Hohlraum auszublasen.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Hohlraum mit wenigstens einer Öffnung versehen wird.
Diese Öffnung kann auf verschiedene Art angebracht werden. Zum einen kann die Einpressöffnung der Flüssigkeit offen gehalten werden, um die Flüssigkeit wieder austreten zu lassen. Es kann in der Spritzform aber auch eine Öffnung vorgesehen werden und weiter ist es möglich, eine Öffnung nach dem Entformen des Kunststoffteils anzubringen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß der sich durch die eingepresste Flüssigkeit bildende Hohlraum in beiden Endbereichen mit Öffnungen versehen wird.
Erfindungsgemäß kann bei einem Flaschenkasten vorgesehen sein, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen in einen bzw. mehrere senkrechte und hohl ausgebildete Holme münden.
Dadurch sind diese Öffnungen am fertigen Kasten nicht sichtbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenkavität vorgesehen wird, in welche ebenfalls flüssiger Kunststoff eingespritzt wird, der nach Bedarf in die Spritzform geleitet werden kann.
Mit diesem Kunststoff aus der Nebenkavität ist es möglich die beim Herstellen des Kunststoffteils entstandene Öffnung nach dem Austritt der Flüssigkeit zu verschließen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß zwei oder mehr im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Hohlraum-Abschnitte ausgebildet werden.
Dabei können erfindungsgemäß beim Einpressen der Flüssigkeit wenigstens einTeil der Hohlraum-Abschnitte miteinander verbunden werden.
Ebenfalls sehr vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung sich der Hohlraum mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt ausbildet.
Derartige Hohlraum-Formen haben, vorallem wenn der größere Durchmesser senkrecht verläuft, eine erheblich größere Festigkeit als mit kreisrundem Querschnitt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Flüssigkeit direkt in den Hohlraum-Abschnitt des Handgriffs erfolgt.
Weiterhin sehr vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Flüssigkeit über mehrere Einlaßstellen, wenigstens annähernd gleichzeitig, in den Hohlraum-Abschnitt eingepreßt wird.
Insbesondere bei größeren oder mehreren Hohlraumabschnitten ist das Vorsehen mehrerer Einpreßstellen sehr vorteilhaft.
Als besonders vorteilhaft hat es sich ergeben, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der bzw. jeder Hohlraum sich am Ende des Herstellungsverfahrens nur über einen Teil der Länge der entsprechend geformten Abschnitte des Handgriffs erstreckt.
Insbesondere wenn die Hohlräume nur in dem Maße erzeugt werden, wie es der Ausgleich des Schrumpfes erfordert, hat sich dies sehr bewährt.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
Beim Herstellen eines Flaschenkastens aus Kunststoff wird in eine Spritzform flüssiger Kunststoff eingespritzt. Dabei entstehen Wände mit verhältnismäßig geringer Dicke. Lediglich im Bereich der Handgriffe ist zum besseren Tragen insbesondere des mit vollen Flaschen bestückten Kastens eine dickere Ausgestaltung notwendig. Dies erfolgt durch Bildung von Hohlräumen, die von verhältnismäßig wenig Kunststoffmaterial umschlossen sind. Zum Herstellen der Hohlräume wird in den flüssigen Kunststoff Wasser eingepresst, wobei der Wasserdruck so hoch ist, daß auch bei den Temperaturen des flüssigen Kunststoffs kein Verdampfen des Wassers eintritt. Die Menge des eingepressten Wassers wird dabei gesteuert, so daß entweder genau die vorgesehene Hohlraumgröße entsteht oder durch das Wasser soviel Kunststoff verdrängt wird wie dieser beim Abkühlen schrumpft.
Der Druck wird auf die herrschende Temperatur eingestellt, damit sichergestellt ist, daß kein Wasserdampf entsteht.
Das Wasser wird in Längsrichtung der zu bildenden Hohlräume eingepresst, wobei eine oder mehrere Einpreßstellen vorgesehen sein können.
Es ist dabei möglich die Einpreßstellen in den senkrechten, hohlen Holmen des Kastens vorzusehen, so daß sie nach dem Entformen des Kastens nicht sichtbar sind.
Es ist jedoch auch möglich, die Einpreßstellen an jeder beliebigen Position des späteren Hohlraumes anzuordnen.
Wird die Außenkontur des Handgriffs durch einen Schieber bestimmt, der in der Ausgangsstellung eine verhältnismäßig kleine Kammer bildet, so ist es zweckmäßig, die Einpreßstelle des Wassers im Bereich dieser Kammer vorzusehen. Gleichzeitig mit dem Zurückziehen des Schiebers wird dann Wasser in die Kammer eingepresst, so daß sich bezüglich des Kunststoffs ein Hohlraum bildet, der nach dem Ablassen des Wassers tatsächlich hohl ist.
Bei allen Ausgestaltungen ist es möglich, die Ablaßöffnungen des Wassers am Ende zu verschließen.
Dazu kann eine Nebenkavität vorgesehen sein, aus der flüssiger Kunststoff in die Öffnungen eingedrückt wird um diese zu verschließen. Zweckmäßigerweise erfolgt dies solange auch das Wandmaterial noch flüssig ist, damit eine innige Verbindung erzielt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein Flaschenkasten mit hohl ausgebildeten Handgriffen im Spritzguß-Verfahren hergestellt wurde, lag der Wasserdruck bei 210 bar. Es wurden im Bereich der durch das Wasser gebildeten Hohlräume die gleichen Wandstärken erzielt wie sie auch im übrigen Kastenbereich durch die Spritzform vorgegeben waren. In den Eckbereichen war die selbe gute Ausformung erreicht, wobei die Innenseiten der Wände absolut glatt waren und keinerlei Porositäten oder Aufschäumungen enthielten. Dem Wasser war Kohlendioxyd beigefügt, so daß die entstandene Kohlensäure nach dem Beendigen des Formvorganges und dem Freigeben einer Öffnung das Wasser aus dem Hohlraum heraustrieb.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel war dem Wasser kein Treibmittel zugefügt. Statt dessen wurden an den beiden Enden des Hohlraumes Öffnungen angeordnet, wobei durch die eine Öffnung Druckluft eingebracht und durch die andere Öffnung das Wasser-Druckluft-Gemisch ausgeblasen wurde.
Bei einem dritten Beispiel wurde im Spritzwerkzeug ein Schieber vorgesehen, der den Raum des späteren Handgriffs auf ein kleines Volumen reduzierte. In diesen kleinen Raum wurde der benötigte Kunststoff eingespritzt, worauf der Schieber zur Vergrößerung des Volumens zurückgezogen wurde. Gleichzeitig wurde Wasser mit einem Druck von etwa 210 bar in die Kunststoffmasse eingespritzt, so daß im Kunststoff ein Hohlraum gebildet wurde. Der fertige Hohlraum hatte überall annähernd gleiche Wandstärken, die innen und außen glatt ausgebildet waren. Der Hohlraum wurde nachträglich mit einer Öffnung versehen, aus der das Wasser abgesaugt wurde.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils durch Einspritzen von flüssigem Kunststoff in eine Spritzform, mit wenigstens einem hohlen Abschnitt, beispielsweise innerhalb eines Handgriffs, insbesondere eines Handgriffs für einen Kasten aus Kunststoff, wobei der Hohlraum durch Eindrücken eines flüssigen Mediums in den noch flüssigen Kunststoff erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unter einem verhältnismäßig hohen Druck und/oder mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit in die Spritzform eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser eingesetzt wird, das mit einem Druck von wenigstens 100 bar, vorzugsweise 200 bar und mehr eingepresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen wenigstens soviel Flüssigkeit unter Druck in die Spritzform eingebracht wird, wie der Kunststoff beim Abkühlen in seinem Volumen abnimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Einspritzens des flüssigen Kunststoffes der Raum der Spritzform vergrößert und gleichzeitig in den Innenraum Flüssigkeit eingepresst wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsmenge während des Einpressvorganges gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser mit einem Treibmittel, vorzugsweise Kohlensäure (CO2-Beigabe), versetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel unter dem Einfluß der im Spritzwerkzeug enthaltenen Wärme einen höheren Innendruck in der Flüssigkeit erzeugt und dadurch beim Freigeben einer Öffnung die Flüssigkeit aus dem Hohlraum herausdrückt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit wenigstens einer Öffnung versehen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich durch die eingepresste Flüssigkeit bildende Hohlraum in beiden Endbereichen mit Öffnungen versehen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen während des Herstellungsverfahrens entstehen.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen nach Abschluß des Herstellungsverfahrens angebracht werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. Öffnungen bei einem Flaschenkasten in senkrechten hohlen Holmen angeordnet sind und von dort in Hohlräume im Handgriff einmünden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenkavität vorgesehen wird, in welche ebenfalls flüssiger Kunststoff eingespritzt wird, der nach Bedarf in die Spritzform geleitet werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ende des Herstellungsverfahrens hin aus der Nebenkavität flüssiger Kunststoff in die Öffnungen eingeführt wird um diese zu verschließen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Hohlraum-Abschnitte ausgebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Hohlraum-Abschnitte beim Einführen der Flüssigkeit miteinander verbunden werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hohlraum mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt ausbildet.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Flüssigkeit direkt in den Hohlraum- Abschnitt des Handgriffs erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit über mehrere Einlaßstellen, wenigstens annähernd gleichzeitig, in den Hohlraum-Abschnitt eingepreßt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Hohlraum sich am Ende des Herstellungsverfahrens nur über einen Teil der Länge der entsprechend geformten Abschnitte des Handgriffs erstreckt.
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