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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fertigen
eines zwei Komponenten aufweisenden Kunststoff-Formteils durch Spritzgießen.
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Zur
Herstellung von Kunststoff-Formteilen werden Spritzgussverfahren
eingesetzt. Dabei wird die das Formteil bildende Kunststoffmasse
in eine zwischen zwei Formplatten ausgebildete Kavität eingespritzt
und verfestigt sich dort. Nach der Verfestigung des Kunststoff-Formteils
werden die Formplatten getrennt und das Formteil entnommen.
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Es
ist bekannt, dass das Formteil zwischen der Verfestigung und der
Abkühlung
auf Umgebungstemperatur einen Schwund erleidet. Insbesondere bei
flächigen,
groß dimensionierten
Kunststoff-Formteilen wie beispielsweise Kunststoffscheiben kann der
Schwund des Kunststoff-Formteils Werte im Bereich von einigen Millimetern
annehmen.
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Mehrkomponentige
Kunststoff-Formteile können
durch Anspritzen einer zweiten Kunststoffkomponente an die bereits
gefertigte erste Kunststoffkomponente hergestellt werden. Es hat
sich gezeigt, dass bei dieser Herstellungsweise Spannungen und Verzug
in dem mehrkomponentigen Kunststoff-Formteil auftreten können. Grund
hierfür
ist, das die erste Komponente beim Anspritzen der zweiten Komponente
bereits abgekühlt
und daher zumindest teilweise bereits geschwunden ist, so dass durch
den späteren
Schwund der zweiten Komponente nach dem Anspritzen derselben im
Kontaktbereich der beiden Komponenten eine Spannung („Bimetalleffekt") entsteht. Dieser
Effekt verstärkt
sich mit zunehmenden Abmessungen des Kontaktbereichs der beiden Komponenten.
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Besonders
große
Schwierigkeiten treten bei der Herstellung von transparenten, großflächigen, mehrkomponentigen
Kunststoff-Formteilen wie beispielsweise Verscheibungen für Kraftfahrzeuge
auf. Verscheibungen werden im Randbereich mit einer die Schreibe
rahmenartig umlaufenden zweiten Kunststoffkomponente – einem
sogenannten Schwarzrand – gefertigt.
Aufgrund der großen
Bauteildimensionen und des oben erläuterten „Bimetalleffekts" beim Anspritzen
der zweiten Komponente (Schwarzrand) liegen von Haus aus schwierige
Fertigungsbedingungen vor. Hinzu kommt, dass bei transparenten Kunststoffprodukten
erhöhte
Anforderungen an die Spannungsfreiheit einzuhalten sind, da einerseits
bereits relativ geringfügige
Spannungen im Endprodukt sichtbar sind, und andererseits das Vorhandensein
von Spannungen zu gravierenden Problemen bei der später erfolgenden
Beschichtung der Scheibe mit einer Hartschicht (zum Schutz gegen Verkratzen)
führt.
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Eine
weitere durch den Schwund der ersten Komponente hervorgerufene Schwierigkeit
tritt auf, wenn die zweite Komponente auf einen an den Rand der
ersten Komponente angrenzenden Bereich der ersten Komponente aufgebracht
werden soll. Zum Zeitpunkt des Anspritzens der zweiten Komponente an
die erste Komponente hat sich die letztere aufgrund der Abkühlung bereits
zusammengezogen, so das zwischen dem Rand der ersten Komponente
und der Formplatte, in welcher die erste Komponente hergestellt
wurde, mittlerweile ein Spalt aufgetreten ist. Beim Anspritzen der
zweiten Komponente an die erste Komponente gelangt Kunststoffmasse
der zweiten Komponente in den Spalt zwischen der die erste Komponente
haltenden Formplatte und den Rand der ersten Komponente, wodurch
dieser Spalt mit Kunststoff der zweiten Komponente gefüllt wird.
Dies hat zur Folge, dass die zweite Komponente in unerwünschter
Weise eine randseitige Umfassung der ersten Komponente ausbildet.
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In
der Schrift
DE 38 20
232 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines zweikomponentigen
Spritzgießteils
(Kraftfahrzeug-Fensterscheibe)
beschrieben. Um die durch Schrumpfung der ersten Komponente bewirkte
Deformation zu vermeiden, wird die zweite Komponente unter einer
besonderen Druckanwendung an die erste Komponente angespritzt.
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Die
Druckschrift
DE 101
04 554 A1 beschreibt ein Zweikomponenten-Spritzgießverfahren, bei
welchem eine erste Komponente (Fensterscheibe) in einer ersten Station
gespritzt wird, die fertige erste Komponente in eine zweite Station
transportiert wird und dort eine zweite Komponente (Rahmen) an die
erste Komponente angespritzt wird. Dabei wird beim Transport der
ersten Komponente von der ersten Station in die zweite Station der
ersten Komponente mittels einer Wärmequelle Wärme zugeführt, wodurch eine Abkühlung der
ersten Komponente auf dem Transportweg entgegengewirkt wird.
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Die
Schrift
US 2,360,023
A offenbart ein Formwerkzeug, welches dort, wo Kunststoffströme aufeinander
treffen, mit Heizelementen versehen ist. Durch die Heizelemente
wird verhindert, dass an den aufeinander treffenden Kunststoffströmen Nahtstellen
entstehen.
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In
der Schrift
DE 199
29 182 A1 ist die Herstellung eines zweikomponentigen Kunststoffteils
bestehend aus einem Kernteil und einer Beschichtung des Kernteils
beschrieben. Die Schrumpfung der angespritzten Komponente (Beschichtung)
wird durch eine temperaturgesteuerte Expansion des Kernteils ausgeglichen.
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Der
Schrift
JP 05318527
A ist ein Spritzgießwerkzeug
zur Herstellung eines zweikomponentigen Spritzgießteils zu
entnehmen. Die Anspritzplatte für das
Anspritzen der zweiten Komponente ist dabei mit einer Heizung zum
Aushärten
der zweiten Komponente ausgestattet.
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Die
Schrift
JP 05301251
A zeigt ebenfalls ein Werkzeug für die Herstellung eines zweikomponentigen
Spritzgießteils.
Es ist jedoch keine Wärmequelle zur
Beheizung der ersten Komponente vorhanden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Fertigen eines zwei Komponenten aufweisenden Kunststoff-Formteils
anzugeben, bei welchem bzw. welcher die genannten Schwierigkeiten
nicht oder nur in geringerem Umfang auftreten.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß Anspruch
1 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch Spritzgießen
zunächst
die erste Komponente des Formteils hergestellt. Nach einer Verfestigung
derselben wird die zweite Komponente des Formteils an einen Teilbereich
der ersten Komponente des Formteils angespritzt. Im Zeitraum zwischen
der Verfestigung der ersten Komponente und dem Verfestigen der zweiten
Komponente wird der ersten Komponente an einem außerhalb
des Teilbereichs liegenden Bereich mittels einer in einer Anspritz-Formplatte
zum Anspritzen der zweiten Komponente an die erste Komponente angeordneten Wärmequelle
Wärme zugeführt.
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Durch
die Wärmezuführung wird
verhindert, dass die erste Komponente nach ihrer Verfestigung rasch
(oder überhaupt)
abkühlt
und dabei schwindet, noch bevor oder während die zweite Komponente
angespritzt wird und sich an der ersten Komponente verfestigt. Da
sich die zweite Komponente somit an der verfestigten aber noch nicht
signifikant geschwundenen ersten Komponente verfestigt, tritt der „Bimetalleffekt" nicht oder nur in
geringem Maße
auf, weil beide Komponenten bei der Abkühlung gemeinsam schwinden können.
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Die
Wärmezufuhr
muss nicht notwendigerweise über
die gesamte Zeitdauer zwischen der Verfestigung der ersten Komponente
und dem Verfestigen der zweiten Komponente erfolgen, und andererseits
kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmezufuhr bereits vor der Verfestigung
der ersten Komponente einsetzt und/oder gegebenenfalls auch erst nach
dem Verfestigen der zweiten Komponente beendet wird. Entscheidend
für die
vorliegende Erfindung ist lediglich, dass in dem genannten Zeitraum (zwischen
dem Verfestigen der ersten Komponente und dem Verfestigen der zweiten
Komponente) durch eine Wärmezufuhr
eine unerwünschte
Abkühlung
der ersten Komponente verhindert wird oder dass die bereits abgekühlte erste
Komponente spätestens
zum Zeitpunkt des Verfestigens der zweiten Komponente wieder auf
eine erhöhte
Temperatur gebracht wird, bei welcher der Schwund durch Materialausdehnung wieder
rückgängig gemacht
ist.
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Vorzugsweise
erfolgt die Wärmezufuhr
bereits vor dem Anspritzen der zweiten Komponente. Mittels der in
diesem Fall zwingend bereits vor dem Anspritzen der zweiten Komponente
vorgenommenen Wärmezufuhr
kann erreicht werden, dass die erste Komponente nach dem Öffnen des
Werkzeugs zur Herstellung der ersten Komponente entweder auf einer
ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um zu verhindern, dass
ein Spalt zwischen der die erste Formplatte halternden Formplatte
und dem Rand der ersten Komponente auftritt, oder dass die erste
Komponente nach einem Schwund durch die Wärmezufuhr soweit wieder aufgeheizt
wird, dass sich vor dem Anspritzen der zweiten Komponente ein bereits
aufgetretener Spalt zwischen der die erste Formplatte halternden
Formplatte und dem Rand der ersten Komponente wieder schließt. In beiden
Fällen erfolgt
ein "spaltfreies" Anspritzen der zweiten
Komponente an die erste Komponente, wodurch eine unerwünschte randseitige
Umfassung der ersten Komponente durch die zweite Komponente verhindert wird.
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Vorzugsweise
wird die erste Komponente durch die Wärmezufuhr auf einer Temperatur
bei oder kurz unterhalb ihrer Verfestigungstemperatur gehalten oder
(spätestens
zum Zeitpunkt der Verfestigung der zweiten Komponente, vorzugsweise
jedoch bereits zum Zeitpunkt des Anspritzens der zweiten Komponente)
auf eine solche Temperatur gebracht. Je näher die Temperatur der ersten
Komponente zum Zeitpunkt des Verfestigens der zweiten Komponente
an ihrer Verfestigungstemperatur liegt, desto günstigere Voraussetzungen liegen
für ein spannungsarmes,
gemeinsames Abkühlen
der beiden miteinander verbundenen Komponenten vor.
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Der
Zufluss von Wärme
auf die erste Komponente lässt
sich auf verschiedenen Wegen bewerkstelligen. Eine besonders bevorzugte
Vorgehensweise besteht darin, dass die Wärmequelle ein Leuchtmittel
ist, wobei die Wärmezufuhr
hauptsächlich über Wärmestrahlung
erfolgt. Bei dieser Lösung
ist eine gute Variabilität
der Wärmezufuhr
(über eine
Veränderung
der Bestrahlungsintensität
bzw. des Bestrahlungsbereichs) gegeben. Ferner weist ein solches Wärmezufuhrsystem
eine geringe Trägheit
bezüglich An-
und Ausschaltvorgängen
und den Vorteil eines berührungsfreien
Wärmeübertrags
auf. Da das Leuchtmittel in der Anspritz-Formplatte zum Anspritzen
der zweiten Komponente an die erste Komponente untergebracht ist,
kann auf diese Weise noch beim Schließen des Anspritz-Werkzeugs
und darüber
hinaus auch noch bei geschlossenem Anspritz-Werkzeug eine intensive
Bestrahlung der ersten Komponente erreicht werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Wärmequelle
auch durch eine Heizung realisiert sein, wobei die Wärmezufuhr
in diesem Fall zwischen einer von der Heizung beheizten Fläche und
der von dieser Fläche
kontaktierten oder bestrahlten ersten Komponente erfolgt. Diese
Lösung
ermöglicht
ebenfalls eine gezielte und gut definierbare Wärmebeaufschlagung der ersten
Komponente, wobei im Vergleich zu der vorstehend genannten Lösung (Leuchtmittel)
jedoch eine größere Trägheit des
Wärmezufuhrsystems
hingenommen werden muss.
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Bei
der Wärmebeaufschlagung
der ersten Komponente kann diese bereits aus den Formplatten entnommen
sein und sich in einer separaten Halterung befinden. Sofern der
Wärmeübertrag über einen Festkörperkontakt
erfolgt, kann die Heizung in thermischem Kontakt mit dieser separaten
Halterung stehen. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass die erste Komponente nach ihrer
Verfestigung in der zur Herstellung der ersten Komponente verwendeten
Formplatte (vorzugsweise der sogenannten Matrizenplatte) verbleibt,
d.h. dass diese gleichzeitig das Haltemittel für die erste Komponente beim
Anspritzschritt bildet. In diesem Fall kann die erste Komponente
an einer beheizten Fläche
dieser Formplatte (Matrizenplatte) anliegen und über diesen Festkörperkontakt
erwärmt
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Erwärmung
der ersten Komponente besteht darin, die erste Komponente über die
in einer Anspritz-Formplatte zum Anspritzen der zweiten Komponente
an die erste Komponente vorgesehenen beheizten Fläche zu erwärmen. In
diesem Fall ist die beheizte Fläche
vorzugsweise über
einen in der Regel schmalen Spalt von der ersten Komponente beabstandet
und erwärmt diese über Wärmestrahlung
und Konvektion.
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Eine
dritte Möglichkeit
zur Realisierung des erforderlichen Wärmeübertrags auf die erste Komponente
besteht darin, ein Heißluftgebläse als Wärmequelle
vorzusehen, wobei die Wärmezufuhr
im Wesentlichen allein über
Konvektion erfolgt. Dieses Verfahren bietet ebenfalls eine geringe
Systemträgheit.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Fertigen eines zwei Komponenten aufweisenden Kunststoff-Formteils
weist ein Haltemittel zur Halterung einer ersten Komponente des
zu fertigenden Kunststoff-Formteils und eine Anspritz-Formplatte
mit einer vertieften Zone und einer in die vertiefte Zone mündenden Kunststoffzuführung zum
Anspritzen der zweiten Komponente an einen der vertieften Zone gegenüberliegenden
Teilbereich der ersten Komponente auf. Ferner umfasst die Vorrichtung
eine in der Anspritz-Formplatte untergebrachte Wärmequelle, welche in der Anspritz-Formplatte
derart angeordnet ist, dass der ersten Komponente in einem außerhalb des
Teilbereichs liegenden ersten Bereich Wärme zuführbar ist.
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Sofern
die Wärmequelle
ein die erste Komponente bestrahlendes Leuchtmittel ist, kann vorgesehen
sein, dass dieses vorzugsweise in einem zentralen Bereich der Anspritz-Formplatte
untergebracht ist.
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Vorzugsweise
ist in der Anspritz-Formplatte eine Kühleinrichtung zum Abführen von
durch die Wärmequelle
erzeugter Wärme
nach der Verfestigung der zweiten Komponente vorgesehen. Dadurch können kurze
Maschinenzyklen und eine Verkürzung der
Zeitdauer der thermischen Belastung des Formteils erreicht werden.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Fertigen eines zwei Komponenten aufweisenden Kunststoff-Formteils
ist die das Haltemittel darstellende Formplatte um eine Achse senkrecht zur
Normalen der Plattenerstreckung drehbar gelagert. Die Besonderheit
dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass die Wärmequelle eine
sich mit der das Haltemittel darstellenden Formplatte mitdrehbar
angeordnete Wärmequelle,
insbesondere Leuchtmittel oder Heißluftgebläse, ist.
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Mit
besonderem Vorteil wird die Erfindung bei der Herstellung von optischen
Formteilen, beispielsweise bei der Herstellung von transparenten Kfz-Kunststoff-Fensterscheiben,
eingesetzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen näher
erläutert;
in diesen zeigt:
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1 ein
zweikomponentiges Kunststoff-Formteil in Form einer Verscheibung
mit Schwarzrand für
ein Kraftfahrzeugfenster in Draufsicht;
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2 eine
Teilschnittansicht des in 1 dargestellten
Kunststoff-Formteils entlang der Schnittlinie X-X in 1;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Fertigen der ersten Komponente
des Kunststoff-Formteils;
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4 eine
Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Anspritzen der zweiten Komponente
an die bereits gefertigte erste Komponente; und
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5 eine
schematische Darstellung eines Spritzgießwerkzeugs zum Fertigen eines
zweikomponentigen Kunststoff-Formteils
in einer Spritzgießmaschine.
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1 zeigt
in beispielhafter Weise ein zweikomponentiges Kunststoff-Formteil,
welches gemäß der vorliegenden
Erfindung gefertigt wurde. Die erste Komponente 1 des Formteils
ist eine transparente Kunststoffscheibe 1 mit im wesentlichen
rechteckiger Kontur. Die zweite Komponente 2 wird als Schwarzrand
bezeichnet, welcher die transparente Kunststoffscheibe 1 in
Art eines geschlossenen Rahmens umläuft. Wie in 2 erkennbar,
wird der Schwarzrand 2 durch Anspritzen einer gefärbten (gegebenenfalls
aber dennoch transparenten) Kunststoffmasse an die bereits fertiggestellte
transparente Scheibe 1 realisiert. Der Rand der beiden
Komponenten 1, 2 ist bündig, d.h. die zweite Komponente 2 umfasst
den Rand der ersten Komponente 1 nicht.
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Die
Dicke der transparenten Scheibe 1 kann beispielsweise 4
mm betragen. Die Seitenlängen
der transparenten Scheibe 1 bewegen sich in den üblichen
Dimensionen für
Kfz-Fenster bzw. Schiebedächer,
d.h. sind in der Regel um mehr als den Faktor 50 größer als
die Dicke der Scheibe 1. Die Dicke des Schwarzrands 2 kann
unterschiedlich dimensioniert sein, je nachdem, ob der Schwarzrand 2 lediglich
optische oder auch mechanische Funktionen, wie beispielsweise die
Ausbildung eines Versteifungsrahmens mit integral angebrachten Befestigungselementen
(nicht dargestellt), zu erfüllen
hat. Die Dicke des Schwarzrands 2 kann beispielsweise zwischen
1 und 5 mm betragen.
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3 zeigt
ein Werkzeug zur Herstellung der ersten Komponente 1 des
mehrkomponentigen Kunststoff-Formteils 1, 2. Das Werkzeug
weist eine erste Formplatte 10 und eine zweite Formplatte 20 auf.
Die erste Formplatte 10 ist als Matrizenplatte ausgeführt, d.h.
sie weist an ihrer der zweiten Formplatte 20 zugewandten
Plattenseite eine Aussparung 11 auf. In optionaler Weise
kann in der ersten Formplatte 10 eine Heizeinrichtung 13 untergebracht
sein, auf deren Funktion später
noch näher
eingegangen wird. Die zweite Formplatte 20 weist an ihrer
der ersten Formplatte 10 zugewandten Seite einen vorstehenden
Abschnitt auf, der als Formkern 21 bezeichnet wird. Die
zweite Formplatte wird daher auch als Formkernplatte 20 bezeichnet.
Die Formgebung des Formkerns 21 ist an die Kontur der Aussparung 11 angepasst.
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In
der zweiten Formkernplatte 20 ist eine Kunststoff-Zuführungseinheit 22 vorgesehen.
Die Kunststoff-Zuführungseinheit 22 ist
beispielsweise in Form eines Heißkanals realisiert, welcher
beispielsweise in einen Randbereich des vorspringenden Formkerns 21 mündet.
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Zur
Herstellung der ersten Komponente 1 wird das Werkzeug 10, 20 zwischen
den Aufspannplatten (nicht dargestellt) einer Spritzgießmaschine betrieben.
Durch ein Aufeinander-zu-Bewegen
der Aufspannplatten kann das Werkzeug 10, 20 geschlossen
werden.
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Die
Funktionsweise des in 3 dargestellten Werkzeugs 10, 20 zur
Herstellung der ersten Komponente (Kunststoffscheibe) 1 ist
wie folgt:
Zunächst
wird das Werkzeug 10, 20 geschlossen, d.h. die
beiden Formplatten 10 und 20 werden in Anlage
zueinander gebracht. Beim Schließen des Werkzeugs taucht der
Formkern 21 in die Aussparung 11 ein. Im geschlossenen
Zustand des Werkzeugs 10, 20 liegen Anlageflächen 12 der
Matrizenplatte 10 an Anlageflächen 23 der Formkernplatte 20 an.
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Im
geschlossenen Zustand ist der Formkern 21 vollständig in
die Aussparung 11 eingetaucht. Die Aussparung 11 und
der Formkern 21 begrenzen eine Kavität, deren Form der Formgebung
der herzustellenden ersten Komponente 1 entspricht. Der Dichtspalt
zwischen dem Formkern 21 und der Aussparung 11 wird
als Tauchkantenspalt bezeichnet. Das Werkzeug 10, 20 wird
nun mittels der Spritzgießmaschine
mit einer hohen Zuhaltekraft (z.B. 1500 t) beaufschlagt, die gewährleistet,
dass das Werkzeug beim folgenden Einspritzschritt geschlossen bleibt.
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Anschließend wird über die
Kunststoff-Zuführungseinheit 22 die
(hier transparente) Kunststoffmasse für die erste Komponente 1 in
die Kavität
eingespritzt. Das Einspritzen erfolgt mit hohem Druck, damit die
langen Fließwege
bewältigt
werden können,
d.h. die Kunststoffmasse sich überall
in der Kavität
verteilt und diese vollständig
füllen
kann.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, den Einspritzvorgang
bei noch nicht vollständig
geschlossenem Werkzeug 10, 20 einzuleiten und
gegebenenfalls auch abzuschließen,
und erst während
und/oder nach Beendigung des Einspritzvorgangs das Werkzeug 10, 20 durch
eine Formplattenbewegung vollständig
zu schließen.
Spritzgießverfahren,
bei welchen bei teilweise oder vollständig gefüllter Kavität noch eine Plattenbewegung
durchgeführt
wird, werden als Spritzpräge
bezeichnet. Es ist vorteilhaft, die erste Komponente 1 mittels
Spritzprägen
herzustellen, da aufgrund der vergrößerten Kavität während des
Einspritzvorgangs und der Nachdruckphase die Herstellung einer besonders spannungsarmen
ersten Komponente 1 des mehrkomponentigen Kunststoff-Formteils 1, 2 ermöglicht wird.
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Nach
dem Einspritzen der Kunststoffmasse und der Verfestigung derselben
wird das Werkzeug 10, 20 geöffnet. Anschließend wird
die erste Komponente 1 entweder aus der Matrizenplatte 10 entnommen
und in eine separate Halterung (nicht darge stellt) überführt oder
in der Aussparung 11 der Matrizenplatte 10 belassen.
Für den
zweiten Fall (die erste Komponente 1 verbleibt in der Aussparung 11 der Matrizenplatte 10)
ist in 4 ein Werkzeug zum Anspritzen der zweiten Komponente 2 an
die erste Komponente 1 gezeigt.
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Wie
in 4 erkennbar, befindet sich die bereits hergestellte
erste Komponente 1 an ihrem Herstellungsort in der Aussparung 11 der
Matrizenplatte 10. Die Formkernplatte 20 wird
nun gegen eine Formkernplatte 120 ausgetauscht, die im
folgenden auch als Anspritz-Formplatte 120 bezeichnet wird.
Der Formkern 121 der Anspritz-Formplatte 120 weist
eine vertiefte Zone 124 auf, die im vorliegenden Beispiel als
stufenförmiger
Randstreifenbereich ausgebildet ist, der entsprechend dem Verlauf
des Schwarzrandes 2 (zweite Komponente) einen den Formkern 121 umlaufenden
Vertiefungsrahmen bildet. In der Anspritz-Formplatte 120 ist
eine Anspritz-Kunststoff-Zuführungseinheit 122 in
Form eines Heißkanals
vorgesehen. Der Heißkanal
mündet
in die vertiefte Zone 124.
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Zum
Anspritzen der zweiten Komponente 2 (Schwarzrand) an die
erste Komponente 1 (transparente Kunststoffscheibe) werden
die Formplatten 10, 120 geschlossen, wobei die
Anschlagflächen 12 mit Anschlagflächen 123 der
Anspritz-Formplatte in Anlage gelangen. Das Schließen des
Werkzeugs 10, 120 kann wiederum mittels der Spritzgießmaschine erfolgen.
Bei geschlossenem Werkzeug 10, 120 ist zwischen
der Oberfläche
der ersten Komponente 1 und der vertieften Zone 124 des
Formkerns 121 eine Anspritz-Kavität ausgebildet, in welche über die
Anspritz-Kunststoff-Zuführungseinheit 122 Kunststoffmaterial
(im vorliegenden Beispiel schwarz gefärbte Kunststoffmasse) eingespritzt
wird. Beim Einspritzen der schwarzen Kunststoffmasse kommt es im
Kontaktbereich zwischen der Oberfläche der verfestigten ersten
Komponente 1 und der eingespritzten heißen Kunststoffmasse zu einem
Aufschmelzen der ersten Komponente 1 in Oberflächennähe, so dass
eine untrennbare Verbin dung zwischen der ersten Komponente 1 und
der zweiten Komponente 2 realisiert wird.
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Erfindungsgemäß wird durch
eine Erwärmung
der ersten Komponente 1 dafür gesorgt, dass diese vorzugsweise
bereits beim Anspritzen der Kunststoffmasse für die zweite Komponente 2,
spätestens
jedoch beim Verfestigen der zweiten Komponente 2, eine
möglichst
hohe Temperatur hat, die jedoch höchstens der Verfestigungstemperatur
der ersten Komponente 1 entspricht. Die Verfestigungstemperatur
verschiedener Polycarbonate ist unterschiedlich. Beispielsweise
kann die Temperatur der ersten Komponente 1 zum Zeitpunkt
der Verfestigung der zweiten Komponente bzw. bereits zum Anspritz-Zeitpunkt
etwa im Bereich zwischen 130°C
und 160°C
liegen. Allgemein gesagt wird eine möglichst geringe Temperaturdifferenz
zwischen der festen ersten Komponente 1 und der flüssigen (d.h.
plastischen) zweiten Komponente 2 beim Verfestigungsschritt
angestrebt. Dadurch wird erreicht, dass der durch ein Erkalten der
ersten Komponente bewirkte Schwund beim Verfestigen der zweiten
Komponente 2 noch nicht oder nur in geringem Maße eingetreten ist.
Dies bewirkt, dass nach dem Verfestigen der zweiten Komponente 2 beide
Komponenten 1, 2 gemeinsam schwinden, so dass
keine oder nur geringfügige
Spannungen im Kontaktbereich der beiden Komponenten 1, 2 auftreten.
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In
der Regel wird mit der Wärmezufuhr
bereits vor dem Anspritzen der zweiten Komponente begonnen. Sofern
verhindert werden soll, dass Kunststoffmasse der zweiten Komponente
den Rand der ersten Komponente umgreift, ist eine Wärmezufuhr
vor dem Anspritzen der zweiten Komponente vorteilhaft, da auf diese
Weise verhindert werden kann, dass zum Zeitpunkt des Anspritzens
ein Spalt zwischen dem Rand der (bereits geschwundenen) ersten Komponente
und dem Rand der Aussparung 11 vorhanden ist. Es ist dabei
durchaus möglich, nach
dem Öffnen
des Werkzeuges 10, 20 zur Herstellung der ersten
Komponente 1 zunächst
eine gewisse Abkühlung
der ersten Komponente 1 (und damit auch einen gewissen
Schwund der ersten Komponente 1 und das Auftreten eines
Spaltes zwischen dem Rand der ersten Komponente 1 und dem
Rand der Aussparung 11) ohne Wärmezufuhr zuzulassen, sofern
kurz vor dem Anspritzschritt ausreichend Wärme zugeführt wird, damit sich die erste
Komponente 1 wieder ausdehnt und dadurch der Spalt zwischen dem
Rand der ersten Komponente 1 und dem Rand der Aussparung 11 wieder
geschlossen wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei einem Anspritzen der zweiten Komponente 2 auf
die Oberfläche
der ersten Komponente 1 (siehe 1, 2) allein
der Längsschwund
in Erstreckungsrichtung der ersten Komponente 1 für das Auftreten
von Spannungen von Bedeutung ist. Sofern die zweite Komponente 2 die
erste Komponente 1 auch seitlich umfassen soll, sind Längsschwund
und Schwund in Dickenrichtung der ersten Komponente 1 in
Bezug auf die Spannungsfreiheit zu berücksichtigen.
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Eine
erste Möglichkeit,
die erste Komponente 1 nach ihrer Verfestigung mit Wärme zu versorgen, besteht
darin, in der Matrizenplatte 10 die Heizeinrichtung 13 vorzusehen.
Auf diese Weise wird eine Rückflächenbeheizung
der ersten Komponente 1 über eine die Rückseite
der ersten Komponente 1 kontaktierende Fläche der
Matrizenplatte 10 ermöglicht.
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Eine
zweite, bevorzugte Möglichkeit
besteht darin, eine Heizeinrichtung 125 in der Anspritz-Formplatte 120 vorzusehen.
Die Heizeinrichtung 125 erwärmt den vorspringenden Formkern 121.
Dieser ist im zentralen Bereich der Anspritz-Formplatte 120 optional
mit einer großflächige, flachen
Ausnehmung 128 versehen, so dass von dem Formkern 121 lediglich
eine umlaufende Dichtrippe 127 benachbart der vertieften
Zone 124 stehen bleibt. Durch die flache Ausnehmung 128 wird
verhindert, dass der Formkern 121 bei geschlossenem Werkzeug 10, 120 vollflächig an
der ersten Komponente 1 anliegt. Ein vollflächiges Anliegen
des Formkerns 121 an der ersten Komponente 1 wird
vorzugsweise vermieden, um Abdruckstellen, die bei einer Anlage
des Formkern 121 an der ersten Komponente 1 auftreten können, zu
vermeiden. Die erste Komponente 1 wird durch Wärmezufluss
auf die gewünschte
Temperatur erwärmt.
Der Wärmezufluss
erfolgt durch Konvektion und Wärmestrahlung über den
schmalen Zwischenraum zwischen dem Boden der flachen Ausnehmung 128 und der
ersten Komponente 1. Sollte keine flache Ausnehmung 128 im
Formkern 121 vorgesehen sein erfolgt der Wärmezufluss über die
vollflächige
Anlage, d.h. Festkörperkontakt.
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Die
Heizeinrichtungen 13, 125 können als elektrische Heizungen
ausgeführt
sein. Es ist es auch möglich,
Heizbohrungen in die Formplatten 10, 120 zu integrieren,
durch die heiße
Fluide (Öl,
Wasserdampf etc.) geleitet werden.
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Anstelle
oder zusätzlich
zu der Erwärmung mittels
einer Heizeinrichtung 13, 125 kann auch vorgesehen
sein, die erste Komponente 1 über ein Leuchtmittel zu erwärmen. Beispielsweise
kann im zentralen Bereich des Formkerns 121 der Anspritz-Formplatte 120 eine
großflächige Vertiefung 126 ausgebildet
sein, die in 4 durch unterbrochene Linien
veranschaulicht ist. In diesem Fall bleibt von dem Formkern 121 ebenfalls
lediglich eine umlaufende Dichtrippe 127 benachbart der
vertieften Zone 124 stehen. Dort, wo in 4 die
Heizeinrichtung 125 eingezeichnet ist, ist innerhalb der
Vertiefung 126 nunmehr ein Leuchtmittel 125' angeordnet, das
Wärmestrahlung
emittiert. Die Wärmestrahlung bestrahlt
und erwärmt
die erste Komponente 1 möglichst ganzflächig. Damit
die erste Komponente 1 über
ihre gesamte Oberfläche
erwärmt
wird, ist es wünschenswert,
die Abstrahlfläche
des Leuchtmittels 125' groß zu dimensionieren.
Vorzugsweise erstreckt sich die Abstrahlfläche des Leuchtmittels 125' über nahezu
die gesamte Abmessung des Formkerns 121. Die Erwärmung der
ersten Komponente 1 erfolgt in diesem Fall hauptsächlich über Wärmestrahlung.
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Ferner
kann vorgesehen sein, innerhalb der Vertiefung 126 oder
im seitlichen Bereich außerhalb der
Formplatten 10, 120 ein Gebläse anzuordnen, welches heiße Luft über die
erste Komponente 1 streichen lässt. In diesem Fall erfolgt
der Wärmezufluss
vornehmlich durch Konvektion.
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Um
nach dem Verfestigen der zweiten Komponente 2 eine möglichst
rasche Abkühlung
des Formteils 1, 2 zu erreichen, empfiehlt es
sich, die durch die Wärmequelle 125, 125' eingebrachte
Wärme möglichst
rasch abzuführen.
Zu diesem Zweck können
z.B. Belüftungs-
und Entlüftungsbohrungen 129a bzw. 129b mit
der Vertiefung 126 oder der Ausnehmung 128 in
Verbindung stehen. Nach der Verfestigung der zweiten Komponente 2 und
dem Abschalten der Wärmequelle 125, 125' wird über die Belüftungsbohrung 129a ein
Luftstrom in die Vertiefung 126 bzw. in die Ausnehmung 128 eingeleitet
und über
die Entlüftungsbohrung 129b die
erwärmte
Luft aus der Vertiefung 126 ausgeleitet. Dadurch wird eine
rasche Abkühlung
des Formteils 1, 2 nach seiner Verfestigung erreicht.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Formplatte 20 sowie die
Anspritz-Formplatte 120 auch als Matrizenformplatten und
die Formplatten 10 als Formkernplatten ausgeführt sein
können.
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5 zeigt
in schematischer Darstellung ein Spritzgießwerkzeug zum Fertigen des
zweikomponentigen Kunststoff-Formteils 1, 2. Das
Spritzgießwerkzeug
umfasst eine erste Formkernplatte 200, die in Art der Formkernplatte 20 ausgebildet
sein kann. Gegenüberliegend
der ersten Formkernplatte 200 ist eine Werkzeugplatte 300 angeordnet,
deren beide einander gegenüberliegenden
Plattenseiten jeweils als baulich identische Matrizenplatten – z.B. in
Art der Matrizenplatte 10 – ausgebildet sind. Die Werkzeugplatte 300 ist
drehbar gelagert, d.h. durch eine Drehung um 180° lassen sich die beiden als
Matrizenplatten ausgeführten
Plattenseiten vertauschen. Eine beispielsweise in Art der Anspritz-Formplatte 120 ausgeführte zweite
Formkernplatte 400 befindet sich auf der der ersten Formkernplatte 200 abgewandten Seite
der Werkzeugplatte 300.
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Das
Werkzeug 200, 300, 400 ist zwischen die
Aufspannplatten 501, 502 einer Spritzgießmaschine
(nicht dargestellt) montiert. 5 zeigt
das Werkzeug 200, 300, 400 in geöffneter
Stellung. Im Betrieb werden die Aufspannplatten 501, 502 der Spritzgießmaschine
verfahren, wodurch die beiden außenliegenden Formkernplatten 200 und 400 in Richtung
zur Werkzeugplatte 300 hin und weg von dieser verlagert
werden können.
In vollständig
geschlossener Stellung liegen die Formkernplatte 200 an
der Werkzeugplatte 300 und die Werkzeugplatte 300 an
der Anspritz-Formplatte 400 an. Auch hier ist es bei geeigneter
Halterung der ersten Komponente 1 möglich, die Werkzeugplatte 300 als
Doppel-Formkernplatte und die Formplatten 200, 400 als
Matrizenplatten auszuführen.
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In
einem ersten Schritt wird die erste Komponente 1 zwischen
der Formkernplatte 200 und der Werkzeugplatte 300 gespritzt.
Anschließend
werden die Aufspannplatten 501, 502 der Spritzgießmaschine
zurückgezogen
und das Werkzeug geöffnet.
Die Werkzeugplatte 300 wird um 180° gedreht, so dass die darin
befindliche erste Komponente 1 in eine der Anspritz-Formplatte 400 zugewandte
Position gebracht wird. Das Werkzeug 200, 300, 400 wird
nun durch erneutes Verfahren der Aufspannplatten 501, 502 der
Spritzgießmaschine
geschlossen. Anschließend
wird zwischen der Werkzeugplatte 300 und der Anspritz-Formplatte 400 die
zweite Komponente 2 an die erste Komponente 1 angespritzt.
Gleichzeitig wird eine weitere erste Komponente 1 zwischen
der Formkernplatte 200 und der Werkzeugplatte 300 gefertigt. Das
Werkzeug 200, 300, 400 wird nun geöffnet, das fertige,
mehrkomponentige Formteil 1, 2 wird entnommen
und die Werkzeugplatte 300 wird wiederum um 180° gedreht.
In jedem Öffnen-Schließen-Zyklus der
Spritzgießmaschine
kann somit ein zweikomponentiges Formteil 1, 2 hergestellt
werden.
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Die
Beaufschlagung der ersten Komponente 1 mit Wärme kann
gemäß den anhand 4 erläuterten
Möglichkeiten
zur Realisierung der Werkzeugplatte 300 (entspricht einer
Doppel-Matri zenplatte 10) und der Anspritz-Formplatte 400 (entspricht
der Anspritz-Formplatte 120) durchgeführt werden. Zusätzlich oder
alternativ können
im Bereich außerhalb des
Werkzeugs 200, 300, 400 Gebläse 600 und/oder Leuchtmittel 700 zur
Wärmebeaufschlagung
der ersten Komponente 1 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind
die Gebläse 600 und/oder
Leuchtmittel 700 an der drehbaren Werkzeugplatte 300 oder
einem Träger
derselben montiert, so dass sie sich mit der Werkzeugplatte 300 mitdrehen.
Dadurch wird erreicht, dass die erste Komponente 1 während des
gesamten Drehtransportes bei gleichbleibenden Verhältnissen mit
Wärme versorgt
werden kann.
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Eine
weitere Möglichkeit,
den Wärmeabfluss von
der ersten Komponente 1 deutlich zu verringern oder dieser
Wärme zuzuführen besteht
darin, Wärmeschilde 800 vorzusehen,
welche nach dem Öffnen des
Werkzeugs 200, 300, während des Rotationsschrittes
und vor dem Schließen
des Werkzeugs 300, 400, die die erste Komponente 1 halternde
Matrizenplatte 10 in der Werkzeugplatte 300 abdecken
und dabei thermisch abschotten. Die Wärmeschilde 800 können über eine
geeignete Mechanik (nicht dargestellt) in den Verfahrweg der Werkzeugplatten 200, 300, 400 gebracht
und vor dem Schließvorgang
des Werkzeugs 300, 400 wieder aus diesem herausbewegt
werden. Durch die Wärmeschilde 800 wird
der Wärmeabfluss
durch Konvektion nach dem Öffnen des
Werkzeugs 200, 300 bis zum Schließen des Werkzeugs 300, 400 deutlich
reduziert. Ferner können
die Wärmeschilde 800 an
ihrer der ersten Komponente 1 zugewandten Seite mit einer
Verspiegelung 900 versehen sein, welche Wärme-Abstrahlungsverluste
minimiert. Darüber
hinaus können
die Wärmeschilde 800 in
erfindungsgemäßer Weise
eine Wärmequelle 1000 (Leuchtmittel,
Heizung, Gebläse etc.)
zur Beaufschlagung der ersten Komponente 1 mit Wärme enthalten.
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Durch
beide Lösungen
(Gebläse 600 und/oder
Leuchtmittel 700 bzw. Wärmeschilde 800) ist
erreichbar, dass sich in der Transportphase der ersten Komponente 1 (d.h.
zwischen dem Öffnen
des Werkzeugs 200, 300 und dem Schließen des
Werkzeugs 300, 400) die Temperatur der ersten
Komponente 1 erhöht
oder nicht oder nur geringfügig
verringert.
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Bei
den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
verbleibt die erste Komponente 1 nach ihrer Herstellung
in der Vertiefung 11 der Matrizenplatte 10, 300,
die damit gleichzeitig die Halterung für die erste Komponente 1 zur
Durchführung
des Anspritzschrittes darstellt. Es ist prinzipiell jedoch auch
möglich,
dass die erste Komponente 1 nach ihrer Herstellung aus
der Matrizenplatte 10 bzw. 300 entnommen und zunächst gelagert
wird. Zum Anspritzen der zweiten Komponente 2 wird dann
eine separate Halterung (nicht dargestellt) benötigt, in welcher die erste
Komponente 1 vor der Durchführung des Anspritz-Schrittes
fixiert wird. Die in 4 dargestellte Heizeinrichtung 13 kann
in diesem Fall in dieser separaten Halterung untergebracht sein.
Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die erste
Komponente 1 dann vor oder spätestens während des Anspritzschrittes
mit Wärme
versorgt, so dass nach Beendigung des Anspritzschrittes eine gemeinsame
Abkühlung
der ersten und zweiten Komponenten 1, 2 mit ungefähr gleichen oder
zumindest einander angenäherten
Temperaturen ermöglicht
wird. Prozesstechnisch vorteilhafter ist jedoch die in 5 erläuterte Prozessierung
ohne Entnahme und Abkühlung
der ersten Komponente 1 nach ihrer Herstellung.
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Die
Temperatur, bei welcher flüssiger
(d.h. plastischer) Kunststoff (Polycarbonat) sich verfestigt, liegt
typischerweise bei 150°C-180°C (Verfestigungstemperatur).
Die erste Komponente 1 sollte durch die Wärmezufuhr
bei der Verfestigung der zweiten Komponente 2 oder vorzugsweise
bereits mit Beginn des Anspritzschrittes eine Temperatur aufweisen,
die weniger als etwa 50°C,
besser weniger als 30°C,
20°C oder
vorzugsweise weniger als nur 10°C
unter der Verfestigungstemperatur der ersten Komponente 1 liegt.
Da zum Zeitpunkt des Öffnens
des Werkzeugs 10, 20 bzw. 200, 300 die
erste Komponente 1 typischerweise bereits auf eine Temperatur
(sog. Ent formungstemperatur) unterhalb ihrer Verfestigungstemperatur
abgekühlt
ist, kann die Temperatur der ersten Komponente 1 zum Anspritz-
bzw. Verfestigungszeitpunkt der zweiten Komponente 2 über der
Entformungstemperatur liegen, z.B. indem während der Transportphase die
Temperatur der ersten Komponente 1 erhöht wird. Da innerhalb der Zeitdauer
zwischen dem Öffnen
des Werkzeugs 10, 20 bzw. 200, 300 für die Herstellung
der ersten Komponente 1 und dem Schließen des Werkzeugs 10, 120 bzw. 300, 400 für das Anspritzen
der zweiten Komponente 2 ohne die erfindungsgemäße Wärmequelle
eine rasche Abkühlung
der ersten Komponente 1 auftreten würde, liegt die genannte Temperatur
in jedem Fall signifikant höher
als diejenige Temperatur der ersten Komponente 1, die ohne
die Wärmezufuhr
unmittelbar vor dem Anspritzschritt oder auch zum Zeitpunkt der
Verfestigung der zweiten Komponente 2 erreichbar wäre.