DE10063579A1

DE10063579A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kleinstbauteilen aus Elastomeren und Duroplasten

Info

Publication number: DE10063579A1
Application number: DE2000163579
Authority: DE
Inventors: Hendrik Wehr; Christian Ziegmann; Eckart Driesen
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: DE10063579C2

Abstract

Die Herstellung von Kleinstbauteilen (Gewicht < 1 g) aus Kunststoff durch Spritzgießen ist im allgemeinen mit einem gesteigerten technischen Aufwand verbunden. Zum einen sind die Anforderungen an die Dosiergenauigkeit der Spritzgießmaschine hoch, so daß meist speziell für diesen Einsatzzweck konstruierte Maschinen zum Einsatz kommen. Zum anderen ist es bei herkömmlicher Prozessführung und herkömmlichem Formwerkzeug nötig zur Abdichtung der Kleinstformen extrem enge Toleranzen einzuhalten, was im Betrieb häufig nicht gelingt und die Bildung von Fehlstellen nach sich zieht. DOLLAR A Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die nachbearbeitungsfreie Fertigung kleinster Teile aus Elastomeren und Duroplasten auch auf herkömmlichen Maschinen ermöglicht, durch Ausnutzung der thermischen Expansion des Kunststoffes in einem Formwerkzeug, das neben den Formbereichen der Kleinstteile einen Reservoirbereich aufweist. Wird der Reservoirbereich, der vom Anguß eindeutig zu unterscheiden ist, ebenfalls als Formteil gestaltet, ergibt sich eine im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wesentlich bessere Materialausnutzung.

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses dient insbesondere der Herstellung von Kleinstteilen aus warmvernetzenden Formmassen auf kunststofftechnischen Anlagen, wie z. B. Spritzgießmaschinen.

Stand der Technik Herstellung von Kleinstteilen

Zur Herstellung von Kleinstteilen aus Kunststoff im Bereich von unter ein Gramm stehen im Bereich des Spritzgießens zur Zeit im wesentlichen zwei Möglichkeiten zur Verfügung, welche aber spezifische Nachteile aufweisen. Zum einen können Spezialmaschinen eingesetzt werden, die in den Abmessungen und der Steuerung auf diese Problemstellung angepaßt sind, Patente aus diesem Bereich berücksichtigen jedoch in erster Linie die Verarbeitung von thermoplastischen Materialien /2, 3/. Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz herkömmlicher Maschinen mit Mehrfachwerkzeug und konventionellem Angußsystem. Die Verwendung von Mehrkavitätenwerkzeugen ist nötig, um über ein ausreichend großes Schußvolumen die Dosierungenauigkeiten der Maschine auszugleichen. Aber selbst bei einem Mehrkavitätenwerkzeug ist ein konventionell ausgelegter Anguß im Verhältnis zur Gesamtzahl der Kleinstformteile überdimensioniert.

Zudem ist im Bereich der Herstellung von Artikeln mittels Spritzguß das weggesteuerte volumetrische Füllen des Formwerkzeugs üblich.

Nachteile des Standes der Technik

Die Nachteile der oben genannten Vorgehensweisen bei der Produktion von Kleinstteilen liegen bei der Verwendung spezieller Maschinen in den erhöhten Kosten für die Beschaffung und den Unterhalt dieser Anlagen sowie in deren eingeschränkter Einsatzbereich. Bei der Nutzung einer herkömmlichen Maschine mit Mehrfachwerkzeug und konventionellem Anguß erhält man eine unverhältnismäßig große Menge des eingesetzten Materials als Abfall.

Das verbreitete volumetrische Füllen der Form ist im Hinblick auf die Herstellung eines fehlerfreien Kleinstteils zusätzlich von Nachteil. Insbesondere durch ungenaue Dosierung ergeben sich schnell unerwünschte Druckspitzen im Formwerkzeug, die ein Überspritzen der Formteile nach sich ziehen können. Bei der Verarbeitung warmvernetzender Formmassen wie Duroplasten und Elastomeren, kommt ein weiterer Aspekt hinzu. Diese Formmassen werden zur Verfestigung erwärmt und dehnen sich dabei je nach Material unterschiedlich stark aus. Bei Flüssigsilikonkautschuk beispielsweise kann die Volumenzunahme im verarbeitungsrelevanten Temperaturbereich bis zu 5% betragen. Kann das Material nicht frei expandieren, wird es komprimiert und der Druck im Werkzeug steigt an. Bei den warmvernetzenden Formmassen kann also, neben der Dosierungenauigkeit, der Druckanstieg auf Grund der Erwärmung des Materials zum Überspritzen der Form führen. Die so entstehenden Grate oder am Formteil haftenden Materialfilme sind bei der Kleinstteilefertigung besonders fatal, denn aufgrund der Abmessungen der Teile ist eine Nachbearbeitung zur Beseitigung der Fehlstellen im allgemeinen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, dessen Aufgabe es ist, mittels geeignet gestalteter Vorrichtungen die Produktion kleinster, fehlerfreier Teile auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen zu vereinfachen bzw. überhaupt erst möglich zu machen.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem Formwerkzeug nach Anspruch 2 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat im Vergleich zum Stand der Technik folgende Vorteile:

- Zur Fertigung kleinster Teile können herkömmliche Spritzgießmaschinen verwendet werden.
- Das Werkzeug kann aufgrund der vorgesehenen Prozessführung auf niedrigem Druckniveau gefüllt werden.
- Die Entstehung von Druckspitzen im Formwerkzeug wird vermieden, so daß
- keine Gratbildung erfolgt,
- keine Nachbearbeitung der Kleinstteile nötig ist, bzw.
- kein Ausschuß entsteht.
- Bei Gestaltung des Reservoirs als gewolltes Formteil ergibt sich eine im Vergleich zu herkömmlicher Technik bessere Materialausnutzung.

Literatur

/1/ Verfahren zum Spritzgießen von Mikroformteilen aus thermoplastischen Kunststoffen mit geringer Angußmasse Patentschrift DE 198 46 710 A1 Deutsches Patent- und Markenamt, 2000
/2/ Thermoplastics plasticising and injection machine for accurate repeated shots with very low volume Patentschrift DE 197 24 331 A1 Deutsches Patent- und Markenamt, 1998

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Beispielhaft ist die Nutzung der thermisch initiierten Expansion des in Form zu bringenden Werkstoffes mittels eines geeignet gestalteten Formwerkzeugs in den Fig. 1 bis 4 wiedergegeben. Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine entsprechend dem Anspruch 2 gestaltete Spritzgießform vor der Befüllung mit dem fließfähigen Material (1). Diese besteht aus einer düsenseitigen (2) und einer schließseitigen Hälfte (3) mit geeigneten Heizelementen (4), in diesem Fall elektrische Heizpatronen. In deren Zentrum befindet sich das gegenüber den Kleinstteilformräumen großzügig gestaltete zylindrische Reservoir (5). Um das Reservoir sind durch Anschnitte (6) mit dem Reservoir verbundene Formhohlräume für Kleinstteile (7) gruppiert.

Fig. 2 zeigt das Formwerkzeug am Ende der Injektionsphase und kurz vor dem Verschließen durch den Nadelverschluß (8).

Fig. 3 gibt den Zustand nach der Befüllung und vor der Expansion des injizierten Materials wieder.

Fig. 4 zeigt die Expansion und das Überströmen des Materials in die Kavitäten der Kleinstteile.

Bezugszeichenliste

1

In Form zu bringender Werkstoff

2

Düsenseitige Formwerkzeughälfte

3

Schließeseitige Formwerkzeughälfte

4

Heizpatronen

5

Reservoirbereich

6

Anschnitt des Kleinstformteils

7

Formbereich des Kleinstteils

8

Nadelverschluß

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kleinstteil auf niedrigem Druckniveau in einem formgebenden Prozeß derart hergestellt wird, daß der in Form zu bringende Werkstoff in einem Reservoir erwärmt wird, auf Grund der Erwärmung expandiert, durch eine geeignete Verbindung in den Formhohlraum des Kleinstteils überströmt, diesen vollständig ausfüllt und sich verfestigt.

2. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche zur Formgebung des in Form zu bringenden Werkstoffes verwendet werden und dadurch gekennzeichnet sind, daß
eine Form so gestaltet wurde,
daß sie aus mindestens einem größeren teilbaren formgebenden Hohlraum besteht, der mit einem oder mehreren kleineren teilbaren formgebenden Hohlräumen durch Anschnitte verbunden ist,
und bei der die Gesamtzahl der kleineren Hohlräume einen solchen Volumenbruchteil des großen besitzt,
daß ein im größeren Hohlraum befindlicher in Form zu bringender Werkstoff, der zu seiner Verfestigung erwärmt werden muß,
bei der Erwärmung derart expandiert,
daß er die kleineren formgebenden Hohlräume vollständig ausfüllt, dort erstarrt und
man im Anschluß alle so entstandenen Formteile entnehmen kann.

3. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche zur Formgebung des Formwerkstoffes verwendet werden und dadurch gekennzeichnet sind, daß eine Form nach Anspruch 2 hergestellt wurde, bei der durch das Verfahren nach Anspruch 1 nicht nur in den kleineren Hohlräumen, sondern auch im größeren ein gewünschtes Formteil entsteht.

4. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nach einer Vorgehensweise die dem Anspruch 1 entspricht und unter Verwendung eines Werkzeugs nach Anspruch 2, auf kunststofftechnischen Anlagen durchgeführt werden, insbesondere auf Anlagen zum Spritzgießen von Elastomeren.

5. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nach einer Vorgehensweise die dem Anspruch 1 entspricht und unter Verwendung eines Werkzeugs nach Anspruch 2, auf kunststofftechnischen Anlagen durchgeführt werden, insbesondere auf Anlagen zum Spritzgießen von Duroplasten.

6. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nach einer Vorgehensweise die dem Anspruch 1 entspricht und unter Verwendung eines Werkzeugs nach Anspruch 2, auf kunststofftechnischen Anlagen durchgeführt werden, insbesondere auf Anlagen zum Spritzpressen von Elastomeren.

7. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nach einer Vorgehensweise die dem Anspruch 1 entspricht und unter Verwendung eines Werkzeugs nach Anspruch 2, auf kunststofftechnischen Anlagen durchgeführt werden, insbesondere auf Anlagen zum Spritzpressen von Duroplasten.

8. Verfahren zur Herstellung von Kleinstteilen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nach einer Vorgehensweise die dem Anspruch 1 entspricht und unter Verwendung eines Werkzeugs nach Anspruch 2, auf kunststofftechnischen Anlagen durchgeführt werden, insbesondere auf Anlagen zum Gießen von Elastomeren.