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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anspritzen
einer Kunststoffkomponente an ein vorgefertigtes Kunststoffteil.
Ferner betrifft die Erfindung ein mehrkomponentiges Kunststoff-Formteil.
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Zur
Herstellung von einkomponentigen Kunststoff-Formteilen werden die
in der Kunststoffverarbeitung bekannten Spritzguss- und Prägeverfahren
eingesetzt. Herkömmliche
Spritzgussverfahren ohne Prägetechnik
werden insbesondere für
die Herstellung von kleineren Spritzgießteilen verwendet, bei welchen
kurze Fließwege
auftreten und mit moderaten Spritzdrücken gearbeitet werden kann. Beim
herkömmlichen
Spritzgussverfahren wird die Kunststoffmasse in eine zwischen zwei
geschlossenen lagefesten Formplatten ausgebildete Kavität eingespritzt
und verfestigt sich dort.
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Prägeverfahren
unterscheiden sich von herkömmlichen
Spritzgussverfahren dadurch, dass der Einspritz- und/oder Verfestigungsvorgang
unter Ausführung
einer Formplattenbewegung durchgeführt wird. Beim bekannten Prägeverfahren
sind die Formplatten vor dem Einspritzvorgang bereits etwas geöffnet, um
den bei der späteren
Verfestigung auftretenden Schwund zu berücksichtigen. Schon zu Beginn des
Einspritzvorgangs ist daher eine vorvergrößerte Kavität vorhanden. Die Tauchkanten
des Werkzeugs garantieren auch bei etwas geöffneten Formplatten noch eine
ausreichende Dichtigkeit der vorvergrößerten Kavität. Die Kunststoffmasse
wird in diese vorvergrößerte Kavität eingespritzt
und anschließend
unter Ausführung
einer Werkzeugbewegung in Schließrichtung verpresst. Insbesondere
bei der Herstellung von großflächigen Formteilen
ist die (aufwändigere) Prägetechnik
bevorzugt oder gegebenenfalls sogar zwingend erforderlich, da nur
auf diese Weise eine Er niedrigung der bei großflächigen Formteilen erforderlichen
hohen Spritzdrücke
erreicht werden kann. Verspannungen bzw. Verzug im Spritzgießteil, welche
infolge hoher Spritzdrücke
auftreten, können durch
die Prägetechnik
vermieden werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von
optischen Kunststoffprodukten, wie beispielsweise Verscheibungen
(Fenster) in Kraftfahrzeugen, wichtig, da bei optischen Kunststoffprodukten
erhöhte
Anforderungen an die Spannungsfreiheit einzuhalten sind. Gründe hierfür sind,
dass bei optischen Teilen einerseits bereits relativ geringfügige Spannungen
im Endprodukt sichtbar sind, und dass andererseits das Vorhandensein
von Spannungen zu gravierenden Problemen bei der später erfolgenden
Beschichtung der Scheibe mit einer Hartschicht (zum Schutz gegen Verkratzen)
führen
kann.
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Mehrkomponentige
Kunststoff-Formteile können
durch Anspritzen der zweiten Komponente an die vorgefertigte erste
Komponente des Kunststoff-Formteils hergestellt werden. Hierfür wird eine Anspritz-Formplatte
an die bereits vorgefertigte erste Komponente des Kunststoff-Formteils
angesetzt, wobei zwischen der ersten Komponente des Kunststoff-Formteils
und der Anspritz-Formplatte eine Kavität zur Bildung der zweiten Komponente
entsteht.
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Auch
beim Anspritzen der zweiten Komponente an die erste Komponente ist
es wichtig, Verspannungen bzw. Verzug und Einfall in der zweiten Komponente
zu vermeiden, wobei beim Anspritzen der zweiten Komponente Verspannungen,
Verzug und Einfall auch in der ersten Komponente entstehen können. Die
nahe liegende Vorgehensweise, zur Vermeidung von Verzug und Einfall
auch für
das Anspritzen der zweiten Komponente ein herkömmliches Prägeverfahren (Einspritzen des
Kunststoffes für
die zweite Komponente in eine vorvergrößerte Anspritz-Kavität) einzusetzen,
ist jedoch problematisch, da aufgrund des nicht vollständig geschlossenen Werkzeugs
(die Anspritz-Formplatte ist zur Ausbildung einer vorvergrößerten Anspritz-Kavität zu Beginn
des Einspritz-Vorgangs um einen gewissen Weg aus der Schließstellung
zurückgezogen)
Undichtigkeiten der Anspritz-Kavität entstehen
können.
Der Grund hierfür
besteht darin, dass zumindest dann, wenn die zweite Komponente nicht
konturgleich mit der ersten Komponente ist, Dichtabschnitte auftreten,
die nicht von Tauchkanten des Werkzeugs gebildet sind und daher
bei beabstandeten Formplatten zu Undichtigkeiten führen.
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Beispielsweise
werden Verscheibungen im Randbereich mit einer die Verscheibung
rahmenartig umlaufenden zweiten Kunststoffkomponente – einem sogenannten
Schwarzrand – gefertigt.
Der umlaufende Schwarzrand erzeugt an der ersten Komponente ein
Fenster, wobei der Dichtübergang
zwischen Schwarzrand und Fenster nicht wie bereits erwähnt mit
einer Tauchkante abgedichtet werden kann. Aufgrund der großen Bauteildimensionen
liegen von Haus aus schwierige Fertigungsbedingungen vor.
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Bisher
erfolgt das Anspritzen eines solchen Schwarzrandes an eine Scheibe
bzw. Verscheibung mit herkömmlichen
Spritzgussverfahren (ohne Prägetechnik),
wobei die genannten Nachteile (Verzug und Einfall) auftreten. Es
ist davon auszugehen, dass bei Verwendung eines Prägeverfahrens
(d. h. beim Einspritzen mit geöffneten
Formplatten) für
das Anspritzen der zweiten Komponente auch bei hoher Justagegenauigkeit
Undichtigkeiten im Dichtbereich (Schwarzrandübergang zur ersten Komponente) praktisch
nicht zu vermeiden sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Anspritzen einer Kunststoffkomponente an ein vorgefertigtes Kunststoffteil
zu schaffen, mit welchem bzw. welcher hochqualitative mehrkomponentige
Kunststoff-Formteile
kostengünstig
produziert werden können.
Insbesondere sollen Dichtigkeitsprobleme beim Anspritzen der Kunststoffkomponente
vermieden werden. Ferner soll ein hochqualitatives mehrkomponentiges Kunststoff-Formteil
geschaffen werden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die
Merkmale der Ansprüche 1,
8, 23 und 32 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Anspritzen
einer Kunststoffkomponente an ein vorgefertigtes Kunststoffteil
die folgenden Schritte: Schließen
einer ersten Formplatte und einer zweiten Formplatte, wobei zwischen
den geschlossenen Formplatten eine Kavität ausgebildet ist, in welcher
sich das vorgefertigte Kunststoffteil befindet, wobei eine der Formplatten
mit einer vertieften Zone und einer in die vertiefte Zone mündenden Kunststoffzuführung zum
Anspritzen der Kunststoffkomponente an einen der vertieften Zone
gegenüberliegenden
Bereich des vorgefertigten Kunststoffteils ausgebildet ist; bei
anfänglich
geschlossenen Formplatten Einspritzen von Kunststoffmasse in die vertiefte
Zone; während
des Einspritzens von Kunststoffmasse in die vertiefte Zone Auseinanderfahren der
Formplatten.
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Da
die Formplatten zu Beginn des Einspritzvorgangs zum Anspritzen der
Kunststoffkomponente geschlossen sind, treten zu Beginn der Einspritzphase
keine Dichtigkeitsprobleme auf. Die Vergrößerung der Anspritz-Kavität (d. h.
der zwischen der vertieften Zone und dem vorgefertigten Kunststoffteil
gebildeten Kavität)
findet erst während
des Einspritzvorgangs statt. Dadurch kann das Auftreten von Undichtigkeiten
bei der Kavitätsvergrößerung deutlich
reduziert werden. Zur Erhöhung
der Dichtigkeit trägt
auch der Effekt bei, dass die Spaltbildung beim Auseinanderfahren
der Formplatten gleichzeitig bzw. nach einer beginnenden Verfestigung
der Kunststoffmasse für
die Kunststoffkomponente im Bereich des entstehenden Spaltes erfolgt.
Optimalerweise wird das Auseinanderfahren der Formplatten in der
Weise gesteuert, dass im Bereich des sich ausbildenden Spalts bereits
eine so weitgehende Verfestigung der Kunststoffkomponente eingetreten
ist, dass dadurch zumindest teilweise eine "Selbstabdichtung" der sich vergrößernden Anspritz-Kavität realisiert
werden kann.
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Durch
das "nachträgliche" Auseinanderfahren
der Formplatten wird erreicht, dass die für den Schwundausgleich erforderliche
zusätzliche
Kunststoffmasse in die Anspritz-Kavität eingebracht werden kann.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit,
Nachdruck anwenden zu können,
ohne hierfür
ein klassisches Prägeverfahren
(d. h. Einspritzen von Kunststoffmasse in eine vorvergrößerte Kavität) mit den angesprochenen
Dichtigkeitsproblemen durchführen zu
müssen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist besonders dann geeignet, wenn der der vertieften Zone gegenüberliegende
Bereich nur einen Teilbereich einer Oberfläche des vorgefertigten Kunststoffteils
bildet. In diesem Fall tritt (zumindest) ein kritischer Dichtabschnitt
zwischen der Oberfläche
des vorgefertigten Kunststoffteils und der mit der vertieften Zone
ausgeführten
Formplatte (Anspritz-Formplatte) auf, an welchem Undichtigkeiten
bzw. Überspritzungen
vermieden werden müssen.
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Im
Regelfall beginnt zur Vermeidung von Undichtigkeiten das Auseinanderfahren
der Formplatten erst dann, wenn die zwischen der vertieften Zone
und dem gegenüberliegenden
Bereich des vorgefertigten Kunststoffteils vorhandene Anspritz-Kavität vollständig mit
Kunststoffmasse gefüllt
ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Maßnahme kennzeichnet
sich dadurch, dass beim Auseinanderfahren der Formplatten Randbereiche
der vertieften Zone mit gegenüberliegend
angeordneten Dichtelementen am vorgefertigten Kunststoffteil in
dichtender Anlage verbleiben. Durch das Vorsehen derartiger Dichtelemente
am vorgefertigten Kunststoffteil wird die Dichtigkeit des Dichtabschnitts
zwischen der Oberfläche
des vorgefertigten Kunststoffteils und der Anspritz-Formplatte wesentlich
verbessert. Dadurch kann ferner erreicht werden, dass mit dem Auseinanderfahren
der Formplatten bereits dann begonnen wer den kann, wenn die zwischen
der vertieften Zone und dem gegenüberliegenden Bereich des vorgefertigten
Kunststoffteils vorhandene Anspritz-Kavität noch nicht vollständig mit
Kunststoffmasse gefüllt
ist. Dadurch kann das Befüllen
der Anspritz-Kavität
verbessert werden.
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Durch
das Vorsehen derartiger Dichtelemente am vorgefertigten Kunststoffteil
wird ferner erreicht, daß die
eingespritzte Kunststoffkomponente seitlich von den Dichtelementen
zumindestens teilweise eingefasst wird. Diese seitliche Einfassung wirkt
isolierend und vermeidet ein zu schnelles Abkühlen an den Randzonen der eingespritzten
Kunststoffkomponente. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil ansonsten
durch das Nachdruckprägen
die bereits abgekühlten
und somit zumindestens teilweise ausgehärteten Randzonen in das vorgefertigte
Kunststoffteil gedrückt
würden,
was zu optischen Mängeln
am vorgefertigten Kunststoffteil führen würde.
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Insbesondere
können
die am vorgefertigten Kunststoffteil angeordneten Dichtelemente
endseitig mit flexiblen Verlängerungen
in Art von Dichtlippen ausgeführt
sein. Diese werden durch den eingespritzten Kunststoff besonders
gut an die Randbereiche der vertieften Zone angedrückt.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Anspritzen
einer Kunststoffkomponente an ein vorgefertigtes Kunststoffteil, welches
sich in einer zwischen zwei Formplatten ausgebildeten Kavität befindet,
wobei eine der Formplatten mit einer vertieften Zone und einer in
die vertiefte Zone mündenden
Kunststoffzuführung
zum Anspritzen der Kunststoffkomponente an einen der vertieften
Zone gegenüberliegenden
Bereich des vorgefertigten Kunststoffteils ausgebildet ist, den
Schritt des Einspritzens von Kunststoffmasse in die vertiefte Zone.
Dabei ist am vorgefertigten Kunststoffteil gegenüberliegend zumindest eines
Randbereiches der vertieften Zone ein Dichtelement ausgebildet,
welches dichtend an dem Randbereich der vertieften Zone anliegt.
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Bei
dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Dichtigkeit
der Anspritzkavität (zumindest
an demjenigen Randbereich, der nicht durch eine Tauchkante gebildet
wird) durch das Dichtelement an dem vorgefertigten Kunststoffteil
gewährleistet.
Dies erlaubt es, anders als beim Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung,
die Formplatten bereits zu Beginn des Einspritzens von Kunststoffmasse
zu beabstanden – d.
h. ein Prägeverfahren
mit vorvergrößerter Anspritz-Kavität durchzuführen. Weiterbildungen
des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wurden bereits
im Zusammenhang mit dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung
besprochen.
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Für beide
erfindungsgemäße Verfahren
gilt, dass das Auseinanderfahren der beiden Formplatten während der
Füll- bzw.
Einspritzphase mit einer hohen Reproduzierbarkeit und Genauigkeit
in Bezug auf das maximale Öffnungsmaß und seinen
zeitlichen Ablauf erfolgen muss. Das maximale Öffnungsmaß ist in der Regel durch den
Schwund vorgegeben, d. h. wenn das zweikomponentige Kunststoffteil beim
Verfestigen einen Schwund in Dickenrichtung von z.B. 3/10 mm erleidet,
muss das maximale Öffnungsmaß ebenfalls
etwa 3/10 mm (genauer gesagt etwas mehr, da der zum Schwundausgleich
zugegebene Kunststoff ebenfalls schwindet) betragen.
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Das
maximale Öffnungsmaß kann aber
auch mehr als für
den Schwundausgleich erforderlich, z.B. einige Millimeter betragen,
sofern entsprechend hohe Dichtelemente am vorgefertigten Kunststoffteil vorhanden
sind. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass die exakt benötigte Kunststoffmenge
(Bauteilvolumen + Schwundvolumen) in die erweiterte Anspritz-Kavität eingespritzt
wird.
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Ferner
sollte das Auseinanderfahren nicht allzu rasch oder schlagartig
vonstatten gehen. Insofern kennzeichnet sich eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante
der erfindungsgemä ßen Verfahren
dadurch, dass die Formplatten während
des Auseinanderfahrens unter der Krafteinwirkung einer Schließkraft-Erzeugungseinrichtung
stehen, und das Auseinanderfahren der zunächst geschlossenen Formplatten
durch Beaufschlagen derselben mit einer von einer Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung erzeugten,
die Formplatten voneinander weg drückenden Öffnungskraft erreicht wird.
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Durch
die Verwendung einer Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
zum Auseinanderfahren der Formplatten lässt sich erreichen, dass die Formplatten
während
des Einspritzvorgangs gezielt und in gut definierbarer Weise geöffnet werden.
Dies ermöglicht
es, den erfindungsgemäßen Füll-Prägeprozess,
bei welchem sich die Formplatten während der Befüllung der
Anspritz-Kavität
voneinander entfernen, prozesssicher durchzuführen. Beim Befüllen der
sich vergrößernden
Anspritz-Kavität
kann dadurch auch gezielt eine sogenannte "Werkzeugatmung" aufrechterhalten werden, wodurch Druckspitzen
beim Befüllvorgang
vermieden werden.
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Wie
bei jedem Prägeverfahren
wird auch bei den erfindungsgemäßen Verfahren
durch Zusammenfahren der Formplatten ein Prägen zum Zwecke des Schwundausgleichs
vorgenommen. Das Zusammenfahren der Formplatten in der Nachdruckphase (d.
h. nach Beendigung des Füllvorgangs)
kann ebenfalls über
die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
gesteuert werden. Eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante
kennzeichnet sich insoweit dadurch, dass zum Schließen der
Formplatten die von der Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
erzeugte Öffnungskraft
wieder reduziert wird.
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Sofern
keine Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
vorgesehen ist, kann das Auseinanderfahren der Formplatten während des
Befüllvorgangs auch
durch eine Reduzierung der von der Schließkraft-Erzeugungseinrichtung
ausgeübten
Schließkraft
vorgenommen werden.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Anspritzen einer Kunststoffkomponente an ein vorgefertigtes
Kunststoffteil weist eine erste Formplatte und eine zweite Formplatte
auf, zwischen denen eine Kavität
ausgebildet ist, in welcher sich das vorgefertigte Kunststoffteil
befindet, und wobei eine der Formplatten mit einer vertieften Zone
und einer in die vertiefte Zone mündenden Kunststoffzuführung zum
Anspritzen der Kunststoffkomponente an einen der vertieften Zone
gegenüberliegenden
Bereich des Kunststoffteils ausgestattet ist. Die vertiefte Zone
weist Randbereiche auf, von denen zumindest ein Randbereich mit
einem gegenüberliegend
angeordneten Dichtelement am vorgefertigten Kunststoffteil bei voneinander
gelösten
Formplatten abdichtend zusammenwirkt.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kennzeichnet sich dadurch, dass der oder die Randbereiche der vertieften
Zone als Rund- oder Schrägflächenbereiche
ausgebildet sind. Als Rund- oder Schrägflächenbereiche ausgestaltete
Randbereiche bewirken, dass beim Zusammenfahren der Formplatten
die Dichtelemente bzw. deren endseitige Verlängerungen umgelegt werden.
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Vorzugsweise
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Krafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer die Formplatten
beaufschlagenden Kraft, welche ausgelegt ist, die geschlossenen
Formplatten während
des Füllvorgangs
der vertieften Zone mit Kunststoffmasse auseinander fahren zu lassen.
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Sofern
eine externe Schließkraft
auf die Formplatten wirkt (dies ist z.B. der Fall, wenn das Werkzeug
in einer Spritzgießmaschine
eingesetzt wird), umfasst die Krafterzeugungseinrichtung vorzugsweise
eine Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen einer die Formplatten voneinander weg drückenden Öffnungskraft,
welche ausgelegt ist, die Öffnungskraft
so zu steuern, dass sich die geschlossenen Formplatten entgegen
der externen Schließkraft
während
des Füllvorgangs
der vertieften Zone mit Kunststoffmasse auseinander bewegen.
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Wie
bereits erläutert,
kann während
der Einspritzphase (erfindungsgemäßes "Füllprägen") und/oder der Nachdruckphase
("Nachprägen") die Stellung der
beweglichen Formplatte durch die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
beeinflusst werden. Insgesamt ist sowohl das Auseinanderfahren der
Formplatten des Werkzeugs beim Befüllvorgang als auch die Schließbewegung
des Werkzeugs beim Nachprägen
wesentlich besser kontrollierbar als im Fall ohne Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung. Dies
ermöglicht
die prozesssichere Herstellung qualitativ verbesserter Kunststoff-Formteile.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
die Durchführung
des oben beschriebenen Prägeprozesses
in jeder herkömmlichen
Spritzgießmaschine.
Beispielsweise kann die von der Spritzgießmaschine auf die Formplatten
ausgeübte
Schließkraft
während
des gesamten Prozesses im Wesentlichen konstant bleiben. Die Werkzeugbewegung
wird dann allein durch die der Schließkraft entgegenwirkende Öffnungskraft
der Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
sowie die von dem Spritzdruck bewirkte Kraft (die ebenfalls in Öffnungsrichtung
gerichtet ist) gesteuert.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "Öffnungskraft" und "Schließkraft" lediglich die Richtung
der wirkenden Kraft (in Schließrichtung bzw.
in Öffnungsrichtung)
definieren. Der Betrag der jeweiligen Kräfte wird durch diese Bezeichnung
nicht bestimmt, d. h. eine Öffnungskraft
muss nicht zur Öffnung
der Vorrichtung und eine Schließkraft
nicht zum Schließen
der Vorrichtung ausreichen.
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Die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
ist vorzugsweise durch ein oder mehrere Zylinder-Kolbenanordnungen
realisiert, die mechanisch und/oder kraftschlüssig mit den beiden Formplatten
gekoppelt, insbesondere in einer der Formplatten oder in einer Basisplatte,
an welcher sich eine der Formplatten abstützt, untergebracht sind. Dadurch
wird ein Werkzeug ge schaffen, mit welchem das oben beschriebene
Verfahren in jeder herkömmlichen
Spritzgießmaschine
durchführbar
ist.
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Eine
vorteilhafte Maßnahme
besteht darin, mittels eines Anschlags den Maximalabstand zwischen
den Formplatten im auseinander gefahrenen Zustand der Formplatten
vorzugeben. Die Öffnungsbewegung
der Formplatten kann bis zu diesem Anschlag erfolgen, so dass dieser
bis zum Beginn der Schließbewegung
den Abstand zwischen den beiden Formplatten definiert. Der Anschlag
ist vorzugsweise im Zylinder der Zylinder-Kolbenanordnungen integriert
und begrenzt den maximalen Hub des Kolbens.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
kennzeichnet sich dadurch, dass die mit der vertieften Zone ausgebildete
Formplatte einen verschieblichen Prägeeinsatz aufweist, welcher
zumindest einen Teil des Bodens der vertieften Zone bildet. In diesem
Fall ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein Doppel-Prägeverfahren
zum Anspritzen der Kunststoffkomponente an das vorgefertigte Kunststoff-Formteil:
Es kann in einer Anfangsphase des Füllvorgangs der vertieften Zone
durch den beweglichen Prägeeinsatz
ein "Füllprägen" (durch Zurückziehen
der Prägeeinsätze) durchgeführt werden,
ohne dass hierfür
zunächst
eine Bewegung der beiden geschlossenen Formplatten benötigt wird.
Dadurch kann ein gleichmäßiger und
druckspitzenarmer Befüllvorgang
realisiert werden. Aufgrund der zunächst lagefesten Formplatten
treten dabei keine Undichtigkeiten an den Rändern der vertieften Zone auf.
Durch die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung
kann dann beim weiteren Befüllen
der Anspritz-Kavität für den Schwundausgleich
in der beschriebenen Weise eine Öffnungsbewegung
der beiden Formplatten ausgeführt
werden. Dabei werden die Prägeeinsätze entlastet,
so dass sie ohne Schwierigkeiten in ihre Endstellung (d. h. bündig mit
dem Boden der vertieften Zone) gelangen können.
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Der
für die
Prägetechnik
charakteristische Nachdruck zum Schwundausgleich (Nachdruckphase)
kann durch das Zusammenführen
der beiden Formplatten durch Reduzierung der Öffnungskraft bewirkt werden,
wobei zumindest in der Endphase des Schließvorgangs der Prägeeinsatz
in seiner Endstellung fixiert ist, um am Ende der Nachdruckphase ein
die angespritzte Komponente über
ihre gesamte Fläche
beaufschlagendes "Flächenprägen" für den Schwundausgleich
zu garantieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 ein
zweikomponentiges Spritzgießteil in
Form einer Verscheibung mit Schwarzrand für ein Kraftfahrzeug in Draufsicht;
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2 eine
Teilschnittansicht des in 1 dargestellten
zweikomponentigen Spritzgießteils
entlang der Schnittlinie X-X in 1;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Herstellen des vorgefertigten
Kunststoffteils;
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4 eine
Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Anspritzen der Kunststoffkomponente
an das vorgefertigte Kunststoffteil;
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5 eine
Teilansicht der Formplatte zum Anspritzen der Kunststoffkomponente
an das vorgefertigte Kunststoffteil in Draufsicht;
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6 eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 5;
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7 eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B in 5;
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8 eine
Schnittdarstellung entsprechend 7 bezüglich einer
alternativen Ausgestaltung der Formplatte zum Anspritzen der Kunststoffkomponente
an das vorgefertigte Kunststoffteil; und
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9 eine
Variante der in 8 gezeigten Vorrichtung.
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1 und 2 zeigen
beispielhaft ein zweikomponentiges Spritzgießteil, welches gemäß der vorliegenden
Erfindung gefertigt wurde. Die erste Komponente des Spritzgießteils ist
eine transparente Kunststoffscheibe oder Verscheibung 101 mit
im Wesentlichen rechteckiger Kontur. Die zweite Komponente wird
als Schwarzrand 102 bezeichnet, welcher die transparente
Verscheibung 101 in Art eines geschlossenen Rahmens umläuft. Wie
in 1 erkennbar, wird der Schwarzrand 102 durch
Anspritzen einer gefärbten
(gegebenenfalls transparenten) Kunststoffmasse an die bereits fertiggestellte
transparente Verscheibung 101 realisiert.
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Die
Dicke der transparenten Verscheibung 101 kann beispielsweise
4 mm betragen. Die Seitenlängen
der transparenten Verscheibung 101 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 Verscheibung 101. Die Dicke des Schwarzrands 102 kann
unterschiedlich dimensioniert sein, je nachdem, ob der Schwarzrand 102 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 102 kann beispielsweise
zwischen 1 und 5 mm betragen.
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3 zeigt
in teilweise geschnittener Darstellung ein Werkzeug zur Herstellung
der ersten Komponente 101 des mehrkomponentigen Kunststoff-Formteils 101, 102.
Das Werkzeug weist eine erste Formplatte 1 und eine zweite
Formplatte 2 auf. Die erste Formplatte 1 ist als
Matrizenformplatte ausgeführt,
d. h. sie weist an ihrer der zweiten Formplatte 2 zugewandten
Plattenseite eine Aussparung 3 auf. Die Aussparung 3 weist
eine vorgegebene, dem herzustellenden Artikel angepasste dreidimensionale Form
auf. Die zweite Formplatte 2 ist als Formkernplatte ausgeführt, d.
h. sie weist an ihrem vorderen Ende einen sogenannten Formkern 4 auf,
dessen äußere Formgebung
an die Kontur der Aussparung 3 angepasst ist. In der zweiten
Formplatte 2 ist eine Kunststoffzuführungseinheit 5 vorgesehen.
Die Kunststoffzuführungseinheit 5 ist
beispielsweise in Form eines Heißkanals realisiert und mündet beispielsweise
in einen Randbereich des vorspringenden Formkerns 4.
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In
Bereichen seitlich außerhalb
der Aussparung 3 weist die erste Formplatte 1 zwei
senkrecht zu der Formplatte 1 orientierte Durchgangsbohrungen 6, 7 auf.
Die in 3 oben dargestellte Durchgangsbohrung 7 ist
so angeordnet, dass sie bei geschlossenem Werkzeug einer Anschlagfläche 8 der
zweiten Formplatte 2 gegenüberliegt, welche in dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
der Austrittsöffnung 9 der
Kunststoffzuführungseinheit 5 benachbart
ist. Die Austrittsöffnung 9 der
Kunststoffzuführungseinheit 5 kann
jedoch auch an anderer Stelle angeordnet sein. Die andere Durchgangsbohrung 6 befindet
sich an der gegenüberliegenden
Seite der Aussparung 3 und liegt einer Anschlagfläche 16 der
zweiten Formplatte 2 gegenüber. Zusätzlich umfasst das Werkzeug
eine (in Seitenansicht dargestellte) Basisplatte 10, welche rückseitig
der ersten Formplatte 1 angeordnet ist und diese abstützt.
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Das
Werkzeug wird zwischen den Aufspannplatten (nicht dargestellt) einer
Spritzgießmaschine betrieben.
Im eingebauten Zustand befindet sich die Basisplatte 10 also
zwischen der einen Aufspannplatte der Spritzgießmaschine und der ersten Formplatte 1.
Die andere Aufspannplatte liegt an der Rückseite der zweiten Formplatte 2 an.
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In
der Basisplatte 10 sind bei 11 und 12 Zylinder-Kolbenanordnungen
ausgebildet. Dabei erstrecken sich die Kolben 13 bzw. 14 der
Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12 durch die Durchgangsbohrungen 6 bzw. 7 in
der ersten Formplatte 1.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass anstelle der zweiten Formplatte 2 auch
die erste Formplatte 1 mit der Kunststoffzuführungseinheit 5 ausgestattet sein
kann. Ferner ist es möglich,
die Zylinder-Kolbenanordnungen 11 und 12 vollständig in
der ersten Formplatte 1 oder in der zweiten Formplatte 2 auszubilden,
wobei die Basisplatte 10 entfallen kann. Eine andere Lösung besteht
darin, die Formplatte 1 als Wendeplatte auszuführen, die
zunächst
zur Herstellung der ersten Komponente 101 (siehe 3)
und dann zur Halterung der ersten Komponente 101 beim Anspritzen
der zweiten Komponente 102 dient, siehe 4.
In diesem Fall ist die Hydraulik 11, 12 vorzugsweise
weder in der ersten noch in der zweiten Formplatte 2, sondern
nur in der Anspritz-Formplatte 105 (s. 4)
vorgesehen, da sie ansonsten zweifach erforderlich wäre. Die
Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12 können auch
externe Anordnungen sein, die an die Formplatten 1, 2 bzw.
die Basisplatte 10 mechanisch bzw. kraftschlüssig angekoppelt
werden. Wichtig ist lediglich, dass die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12 dafür ausgelegt
sein müssen,
eine die Formplatten 1, 2 von der durch die Spritzgießmaschine
ausgeübten
Schließkraft
entlastende, in Öffnungsrichtung
wirkende Öffnungskraft
zu erzeugen.
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Zur
Herstellung der ersten Komponente (Kunststoffverscheibung) 101 werden
die beiden Formplatten 1 und 2 vorzugsweise durch
ein Verfahren der Aufspannplatten der Spritzgießmaschine (nicht dargestellt),
zwischen welchen das Werkzeug 10, 1, 2 eingespannt
ist, in eine Anfangsposition (entweder geschlossene oder etwas geöffnete Stellung der
Formplatten) gebracht. In der Anfangsposition ist der Formkern 4 in
die Aussparung 3 eingetaucht und definiert eine Kavität, in welcher
die erste Komponente 101 des Formteil erzeugt werden soll.
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Die
Herstellung der ersten Komponente (Kunststoffverscheibung) 101 erfolgt
nun mittels eines Spritzgieß-
oder (vorzugsweise) eines Prägeverfahrens.
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Wie
in 4 erkennbar, befindet sich die bereits hergestellte
erste Komponente 101 an ihrem Herstellungsort in der Aussparung 3 der
Matrizenplatte 1. Die Formkernplatte 2 wird nun
gegen eine Formplatte 105 ausgetauscht, die im folgenden
auch als Anspritz-Formplatte 105 bezeichnet wird. Bei einer
Wendeplattenmaschine erfolgt dies durch ein Wenden der Matrizenplatte 1 um
180°, wodurch
diese in eine der Anspritz-Formplatte 105 gegenüberliegende
Stellung gebracht wird. Die Vorderfläche 107 der Anspritz-Formplatte 105 geht über eine
Stufe 109 in eine vertiefte Zone 108 über, die
im vorliegenden Beispiel einen umlaufenden Vertiefungsrahmen bildet
(siehe auch 5, 7). Der
Verlauf und die Formgebung der vertieften Zone 108 entspricht
der komplementären
Form des anzuspritzenden Schwarzrandes 102 (zweite Komponente).
In der Anspritz-Formplatte 105 ist eine Anspritz-Kunststoff-Zuführungseinheit
in Form eines Heißkanals 115 vorgesehen.
Der Heißkanal 115 mündet in
die vertiefte Zone 108.
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Zum
Anspritzen der zweiten Komponente 102 (Schwarzrand) an
die erste Komponente 101 (transparente Kunststoffverscheibung)
werden die Formplatten 1, 105 bei einer ersten
Verfahrensvariante gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung geschlossen, wobei Anschlagflächen 23 der
ersten Formplatte 1 mit Anschlagflächen 124 der Anspritz-Formplatte 105 in
Anlage gelangen. Das Schließen
des Werkzeugs 1, 105 kann wiederum durch ein Verfahren
einer oder beider Aufspannplatten der Spritzgießmaschine (nicht dargestellt)
erfolgen. Bei geschlossenem Werkzeug 1, 105 ist
zwischen der Oberfläche
der ersten Komponente 101 und der vertieften Zone 108 der
Vorderfläche 107 eine
dichte Anspritz-Kavität 110 ausgebildet.
Die Abdichtung der Anspritz-Kavität 110 erfolgt außenseitig durch
die Tauchkante 20 (d. h. zwischen zwei Werkzeugflächen) und innenseitig
zwischen der Stufe 109 der Anspritz-Formplatte 105 und
der Oberfläche
des vorgefertigten Kunststoffteils 101.
-
Das
Werkzeug 1, 10, 105 wird nun mittels der
Spritzgießmaschine
mit einer ausreichend hohen Schließ- bzw. Zuhaltekraft (z.B.
1500 t) beaufschlagt.
-
Anschließend wird über den
Heißkanal 115 die
Kunststoffmasse in die vertiefte Zone 108 eingespritzt.
Das Einspritzen erfolgt mit relativ hohem Druck, damit die einen
geringen Querschnitt aufweisenden Fließwege bewältigt werden können, d.
h. die Kunststoffmasse sich überall
in der Anspritz-Kavität 110 verteilen
und diese vollständig
füllen
kann. Beim Einspritzen der Kunststoffmasse kommt es im Kontaktbereich
zwischen der Oberfläche
der bereits verfestigten ersten Komponente 101 und der
eingespritzten heißen
Kunststoffmasse zu einem Aufschmelzen der ersten Komponente 101 in
Oberflächennähe, so dass
eine untrennbare Verbindung zwischen der ersten Komponente 101 und
der zweiten Komponente 102 realisiert wird.
-
Bei
dem Einspritzvorgang entsteht aufgrund des Einspritzdrucks eine
Spritzdruck-Öffnungskraft, die
der Zuhaltekraft entgegengerichtet ist. Solange die Spritzdruck-Öffnungskraft
geringer als die Zuhaltekraft ist, kommt es jedoch nicht zu einem
Auseinanderbewegen (Öffnen)
der beiden Formplatten 1, 2.
-
Erfindungsgemäß werden
nun während
des Einspritzvorgangs die beiden Formplatte 1, 105 auseinander
bewegt. Üblicherweise
erfolgt das Auseinanderbewegen der Formplatten erst dann, wenn die Einspritz-Kavität 110 vollständig gefüllt ist.
Vorzugsweise erfolgt das Auseinanderbewegen der beiden Formplatten 1, 105 mittels
der Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14,
welche eine Öffnungskraft
erzeugt. Diese Öffnungskraft
wird so eingestellt, dass die Gesamt-Öffnungskraft (Summe aus der
durch die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 er zeugten Öffnungskraft
und der durch den Einspritzdruck erzeugten Spritzdruck-Öffnungskraft)
einen etwas höheren
Betrag aufweist als die Zuhaltekraft der Spritzgießmaschine.
Dadurch öffnet
sich das Werkzeug, d. h. die bewegliche Formplatte (hier z.B. die Formplatte 1)
wird von der stationären
Formplatte (hier z.B. die Formplatte 105) weg verfahren.
Das Öffnen
des Werkzeugs kann in der Nähe
des Kräftegleichgewichtes
erfolgen. Bei einer solchen Prozessführung ist die Lage der beweglichen
Formplatte 1 bereits durch geringe Änderungen der von den Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 erzeugten Öffnungskraft
(oder auch Druckschwankungen der Spritzdruck-Öffnungskraft)
veränderbar.
Die Zuhaltekraft der Spritzgießmaschine
kann z.B. während
des gesamten Prägeverfahrens
konstant bleiben.
-
Vorzugsweise
sollte eine bestimmte Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die
Anspritz-Kavität 110 vollständig gefüllt ist,
und dem Beginn der Aktivierung der Zylinder-Kolbenanordnungen 10, 11, 12, 13 liegen,
um zu gewährleisten,
dass im Bereich der Stufe 109 bereits eine gewisse Verfestigung
bzw. Plastifizierung der Kunststoffmasse stattgefunden hat, welche
bewirkt, dass dort beim Auseinanderfahren der Formplatten 1, 105 keine
oder nur geringe Undichtigkeiten auftreten können.
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Beim Öffnen des
Werkzeugs 1, 105 muss sichergestellt werden, dass
ein bestimmter Maximalabstand zwischen den Formplatten 1, 105 eingehalten
wird. Dieser ist durch den zu erwartenden Schwund des mehrkomponentigen
Kunststoffteils 101, 102 vorgegeben. Die einfachste
Möglichkeit
besteht darin, den im geöffneten
Zustand vorgesehenen Maximalabstand durch einen mechanischen Anschlag 19 zu
definieren. Der mechanische Anschlag 19 kann an geeigneter
Stelle vorgesehen sein und gegenüber
der beweglichen Formplatte (hier 1) wirken. Vorzugsweise wird der
Anschlag jedoch in die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 integriert und
begrenzt den Kolbenhub. Die Öffnungsbewegung
wird mittels einer Steuerung durch geführt. Die Druckerhöhung in
den Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 erfolgt – gegebenenfalls
nach einer vorgegebenen Kurve über
der Zeit – auf
einen zuvor durch Messungen bestimmten Wert.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, die Öffnungsbewegung
mittels einer Regelung zu überwachen.
Dabei kann die Position der beweglichen Formplatte 1 durch
eine Wegerfassungseinrichtung 17 z.B. optisch erfasst werden.
Das Positionssignal wird einer Regeleinrichtung 18 zugeleitet,
die die Ist-Position der beweglichen Formplatte 1 mit einer Soll-Position
vergleicht. Je nach Abweichung zwischen Ist- und Soll-Position wird
eine Druckerhöhung-
oder Druckerniedrigung in der Zylinder-Kolbenanordnung 11, 12, 13, 14 vorgenommen.
Auf diese Weise kann die bewegliche Formplatte 1 um einen vorgegebenen Öffnungsweg
zurückgefahren
und in einer Endstellung gehalten werden. Die Endstellung kann ebenfalls
durch einen Anschlag 19 gesichert werden.
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In
beiden Fällen
(Steuerung oder Regelung) kann durch die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 erreicht
werden, dass der Befüllvorgang
zum Schwundausgleich unter "Werkzeugatmung" durchführbar ist,
wodurch Druckspitzen durch eine Werkzeugbewegung kompensiert werden.
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Das
Phänomen
der "Werkzeugatmung" ist als solches
bereits bekannt. Wenn die infolge des Spritzdrucks auftretende Öffnungskraft
vergleichbar mit der von der Spritzgießmaschine ausgeübten Schließkraft ist,
kommt es zu einem Kräftegleichgewicht,
bei welchem die Lage der beweglichen Formplatte durch relativ geringfügige Variationen
der auf sie wirkenden Kräfte
stark beeinflussbar ist. Sofern das Befüllen der Kavität zu diesem
Zeitpunkt noch nicht abgeschlossen ist, reichen die beim Befüllen der
Anspritz-Kavität 110 auftretenden
Druckschwankungen für
das Auftreten von geringfügigen
Lageveränderungen
der beweglichen Formplatte aus. Man spricht anschaulich von einer "Werkzeugatmung". Durch die Werkzeugat mung
können
unerwünschte Druckspitzen
bei der Befüllung
der Anspritz-Kavität 110 reduziert
werden.
-
Nach
der Beendigung des Befüllvorgangs werden
in der für
das Spritzprägen
typischen Nachdruckphase die beiden Formplatten 1, 105 einander wieder
angenähert.
Zu diesem Zweck wird die von den Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 erzeugte Öffnungskraft
reduziert. Das Annähern
der beiden Formplatten 1, 105 kann analog zu dem
oben beschriebenen Auseinanderfahren der beiden Formplatten 1, 105 entweder
durch eine Regelung der Öffnungskraft
oder durch eine ungeregelte Ansteuerung der Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 realisiert
werden.
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Nach
Beendigung der Prägephase
liegen die Anschlagflächen 124 der
Anspritz-Formplatte 105 auf den Gegenanschlagflächen 23 der
ersten Formplatte 1 auf (4). Um eine
maximale Effizienz der Maschinenzuhaltung zu gewährleisten, sollten die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 nach dem
vollständigen
Schließen
des Werkzeugs 10, 1, 105 vollständig entlastet
werden.
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Es
kann auch die Formplatte 1 stationär sein und die Formplatte 105 als
bewegliche Formplatte ausgeführt
sein (dies ist z.B. bei der im folgenden näher erläuterten Wendeplattentechnik
der Fall). In diesem Fall erfolgt die Wegerfassung an der Formplatte 105.
Ebenso wirkt dann ein Anschlag 19 gegenüber der beweglichen Formplatte 105,
sofern die Begrenzung nicht über
einen bevorzugten integrierten Anschlag in den Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 erfolgt.
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Bei
einer Wendeplattenmaschine (nicht dargestellt) sind die Formplatte 4,
eine Wendeplatte und die Formplatte 105 zueinander parallel
und in Normalrichtung zur Schließbewegung der Spritzgießmaschine
zwischen den Aufspannplatten derselben angeordnet. Die Wendeplatte
entspricht zwei an ihren Rückseiten
zusammengefügten
Platten 1 und ist um 180° drehbar
gelagert.
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Mit
einer Wendeplattenmaschine wird in einem einzigen Maschinenzyklus
eine erste Komponente 101 (zwischen der Platte 4 und
der Wendeplatte 1) gespritzt und eine zweite Komponente 102 (zwischen
der Wendeplatte 1 und der Platte 105) an eine im
vorhergehenden Maschinenzyklus gespritzte erste Komponente 101 angespritzt.
Bei einer solchen 3-Platten-Anordnung ist eine zwischen der Wendeplatte 1 und
der Anspritz-Formplatte 105 wirkende Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung 11, 12, 13, 14 zwingend
erforderlich, um zu bewirken, dass trotz zugehaltener Platten 4, 1 ein
Auseinanderbewegen der Platten 1, 105 ermöglicht wird.
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5 zeigt
die Anspritz-Formplatte 105 in Draufsicht. Schnittdarstellungen
durch die Schnittlinien A-A und B-B sind in den 6 und 7 gezeigt. Die
Anspritz-Formplatte 105 weist eine zentrale Fläche 107 auf,
welche über
die sie umgebende Fläche, zu
welcher auch die bereits erwähnte
vertiefte umlaufende Randflächenzone 108 gehört, vorsteht.
Der Übergang
zwischen der vertieften Randflächenzone 108 und
der zentralen Fläche 107 ist
als Stufe 109 ausgebildet. Die Stufenhöhe D kann beispielsweise 3 mm
betragen und entspricht der Dicke des zu fertigenden Schwarzrands 102.
Wie in 7 erkennbar, liegt die zentrale Fläche 107 im
geschlossenen Zustand des Werkzeugs spaltfrei an der transparenten Verscheibung 101 an.
Die Anspritz-Kavität 110 zum Anspritzen
des Schwarzrandes 102 ist zwischen der Randflächenzone 108,
der Stufe 109, der transparenten Verscheibung 101 und
einem Rand 111 der Kavität zum Spritzen der transparenten
Verscheibung 101 in der ersten Formplatte (Matrizenformplatte) 1 ausgebildet.
Die Stufe 109 und der Rand 111 definieren die
Kontur des Schwarzrandes (anzuspritzende Komponente) 102 sowie
die vertiefte Randflächenzone 108.
Der Verlauf des Randes 111 der Anspritz-Kavität 110 wird
hier wie bereits erläutert
durch den Tauchkantenspalt 20 des Werkzeugs definiert. Mit
einer beidseitig von Stufen 109 begrenzten vertieften Zone 108 (nicht
dargestellt) ist jedoch auch ein nicht-randseitiges Anspritzen einer
zwei ten Komponente an die vorgefertigte erste Komponente (Verscheibung 101)
realisierbar.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass nicht die gesamte zentrale Fläche 107 an
der ersten Komponente 101 anliegen muss. Die zentrale Fläche 107 kann
vertieft ausgebildet sein (siehe Linie 107' in den 4 und 7),
wobei in diesem Fall ein umlaufender Dichtsteg 118 vorgesehen
ist, der die Anspritz-Kavität 110 innenseitig
abdichtet. Ein entsprechender Dichtsteg kann auch außenseitig
zur Abdichtung der Anspritz-Kavität 110 vorgesehen
sein, sofern außenseitig
nicht durch die Tauchkante 20, 111 abgedichtet
wird.
-
Wie
in 5 erkennbar, können
in der Anspritz-Formplatte 105 mehrere Prägestempel 112 ausgebildet
sein, die in dem hier dargestellten Beispiel voneinander beabstandet
sind und sich nebeneinander liegend über die gesamte Randflächenzone 108 innerhalb
der Kontur der angespritzten Komponente 102 erstrecken.
In 5 sind lediglich zwei dieser Prägestempel 112 dargestellt.
In den Abstandsbereichen 113 zwischen den Prägestempeln 112 befinden
sich die Düsenöffnungen 114 für die Heißkanäle 115 zur
Zuführung
der gefärbten
Kunststoffmasse für
das Anspritzen des Schwarzrandes 102 an die Verscheibung 101.
Wie in 6 erkennbar, ist der Heißkanal 115 fest in
der Anspritz-Formplatte 105 aufgenommen. Im Düsenbereich
weist der Heißkanal 115 einen
durch einen Zugstift 117 realisierten Nadelverschluss auf, über den
die Düse 114 geöffnet bzw.
geschlossen werden kann.
-
Anstelle
des in 6 gezeigten Nadelverschlusses kann der Heißkanal 115 auch
mit einem Sperrschieberverschluss ausgerüstet sein.
-
Die
Prägestempel 112 sind
in der Anspritz-Formplatte 105 in Richtung zu der ersten
Komponente 101 hin verschieblich gelagert. Sie können beispielsweise
durch ein nicht dargestelltes Hydrauliksystem unabhängig voneinander
betätigt
werden. In den 6 und 7 sind die
Prägestempel 112 in ihrer
zurückgezogenen
Position dargestellt. In dieser Position der Prägestempel 112 ist
die Anspritz-Kavität 110 im
Bereich oberhalb der Prägestempel 112 um
einen Prägespalt 116 vergrößert. Der
Prägespalt 116 erhöht den Fließquerschnitt
für die
gefärbte Kunststoffmasse
in der Anspritz-Kavität 110 und kann
beispielsweise ein ähnliches
Maß S
(3 mm) wie die Tiefe D der Anspritz-Kavität 110 im Bereich 113 außerhalb
der Prägestempel 112 aufweisen.
-
Sofern
Prägestempel 112 vorgesehen
sind, wird das Anspritzen der zweiten Komponente 102 in der
folgenden Weise durchgeführt.
-
Wie
beim Anspritzen der zweiten Komponente 102 ohne Prägestempel 112 ist
das Werkzeug 1, 105 zunächst geschlossen und wird mittels
einer externen Schließkraft
(z.B. Zuhaltekraft einer Spritzgießmaschine) zusammengehalten.
Wie in 7 dargestellt, befindet sich die vorgefertigte
erste Komponente 101 in dem Werkzeug 1, 105 und
die Prägestempel 112 befinden
sich zunächst
in abgesenkter, d. h. zurückgezogener
Stellung.
-
Anschließend wird
die in der Regel gefärbte Kunststoffmasse
durch Öffnen
der Düsenöffnung 114 des
Heißkanals 115 in
die vertiefte Zone 108 eingeleitet. Die zurückgezogene
Stellung der Prägestempel 112 ermöglicht dabei
eine Reduzierung des Spritzdruckes aufgrund der Querschnittsvergrößerung des
Fließweges,
wodurch der Befüllvorgang
erleichtert wird. Dennoch muss aufgrund der langen Fließwege im
Vergleich zum Fließquerschnitt
mit relativ hohen Spritzdrücken
gearbeitet werden.
-
Während und/oder
nach dem Einspritzen der gefärbten
Kunststoffmasse werden die Prägestempel 112 hydraulisch
nach vorne gedrückt.
Da die Anspritz-Formplatte 105 dabei zunächst lagefest
und spaltfrei an der ersten Formplatte 1 und an der Ver scheibung 101 anliegt,
treten keine Undichtigkeiten der Anspritz-Kavität 110 auf.
-
Während der
Füllphase
unterstützt
die Bewegung der Prägestempel 112 den
Befüllvorgang. Aufgrund
der mehreren Anspritzpunkte (Düsenöffnungen 114)
kommt es innerhalb der Anspritz-Kavität 110 zu
einem Zusammenfließen
von Kunststoffmasse im Bereich der Mittellinien B-B der Prägestempel 112.
Die dadurch entstehenden Bindenähte
können durch
eine spezielle Prozessführung – auch als "segmentiertes Kaskadenspritzen" bezeichnet – vermieden
bzw. weitestgehend unterdrückt
werden. Durch eine geeignete zeitliche Steuerung der Betätigung der
Prägestempel 112 sowie
der Abgabezeitpunkte der Kunststoffmasse durch die Düsenöffnungen 114 mittels
der Nadelverschlüsse
kann erreicht werden, dass die Kunststoffmasse von einem bestimmten Punkt
ausgehend, anschaulich gesprochen, in Art einer um die Verscheibung 101 herum
laufenden Welle an diese angespritzt wird. Dies kann dadurch erreicht werden,
dass eine zeitlich verzögerte
Betätigung
benachbarter Prägestempel 112 vorgenommen
wird, wobei eine Hauptverdrängungsrichtung
für die Kunststoffmasse
vorgegeben wird. Dabei ist hinsichtlich der zeitlichen Steuerung
der Düsenöffnungen darauf
zu achten, dass eine weitere Düse 114 erst dann
geöffnet
wird, wenn sie bereits von Kunststoffmasse überflossen wird.
-
Ferner
werden die Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 in
der bereits beim Ausführungsbeispiel
ohne Prägestempel 112 beschriebenen
Weise aktiviert, so dass sich die erste Formplatte 1 von
der Anspritz-Formplatte 105 löst. Das Lösen der beiden Formplatten 1, 105 erfolgt
nach der Füllphase,
kann aber später
als beim Ausführungsbeispiel
ohne Prägestempel 112 vorgenommen
werden, da die Prägestempel
den Füllvorgang
erleichtern.
-
Durch
das Auseinanderfahren der Formplatten 1, 105 erhöht sich
das Spaltmaß D,
wodurch der Befüllvorgang
unterstützt
wird. Außerdem
wird das nach vorne Verfahren der Prägestempel 112 erleichtert.
Die Steuerung/Regelung der Bewegung der Formplatte 105 erfolgt
wie beim Ausführungsbeispiel ohne
Prägestempel 112.
-
Erst
wenn der gesamte Füllvorgang
abgeschlossen ist (d. h. nach dem Einbringen des zusätzlichen
Kunststoffes für
den Schwundausgleich) kann der Nachdruck aufgebaut werden. Nachdruck
kann grundsätzlich
sowohl durch eine Bewegung der Prägestempel 112 als
auch durch eine Schließbewegung
des Werkzeugs 1, 105 (d. h. hier der ersten Formplatte 1)
erzeugt werden. Zwei Möglichkeiten der
Prozessführung
werden nachfolgend beschrieben:
- a) Nach der
Beendigung der Füllphase
(die erste Formplatte 1 und die Anspritz-Formplatte 105 sind zueinander
geöffnet)
sind die Prägestempel 112 bereits
vollständig
nach vorne gefahren, d. h. bündig
mit dem Boden der vertieften Zone 108. In diesem Fall erfolgt
der Nachdruck ohne Beteiligung der Prägestempel 112 (d.
h. die Prägestempel 112 dienen
bei dieser Prozessführung
lediglich der Verbesserung des Füllvorgangs).
In der Nachdruckphase wird die erste Formplatte 1 in der
bereits beschriebenen Weise durch Druckverminderung bzw. Deaktivierung
der Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 (siehe
Ausführungsbeispiel
ohne Prägestempel 112)
zu der Anspritz-Formplatte 105 hin verfahren und das Werkzeug
geschlossen.
- b) Nach der Beendigung der Füllphase
(die erste Formplatte 1 und die Anspritz-Formplatte 105 sind zueinander
geöffnet)
werden die Nadelverschlussdüsen
verschlossen. Die die Prägestempel 112 noch
nicht bündig
mit dem Boden der vertieften Zone 108. In der Nachdruckphase
werden dann die Prägestempel 112 über das
restliche Spaltmaß (z.B.
0,5 mm) nach vorne gedrückt,
bis sie bündig
mit dem Boden der vertieften Zone 108 sind. Während der
Nachdruckphase wird die erste Formplatte 1 in der bereits
beschriebenen Weise durch Druckverminderung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 (siehe
Ausführungsbeispiel
ohne Prägestempel)
zu der Anspritz-Formplatte 105 hin verfahren und das Werkzeug
geschlossen.
-
Das
(optionale) "Segmentprägen" mittels der Prägestempel 112 und
das "Flächenprägen" durch das Schließen des
Werkzeugs 1, 105 können gleichzeitig bzw. zeitlich überlappend
ausgeführt
werden. Wichtig ist jedoch, dass in der Endphase des Schließvorgangs
die Prägestempel 112 in
ihrer Endstellung bündig
zu dem Boden der vertieften Zone 108 fixiert sind. Dadurch
wird erreicht, dass in der Endphase des Prägevorgangs ein Flächenprägen ohne
Mitwirkung der Prägestempel 112 durchgeführt wird.
Dies gewährleistet,
dass sämtliche
Bereiche des Schwarzrands 102 (unabhängig davon, ob sie unterhalb
eines Prägestempels 112 liegen
oder nicht) in der Endphase des Schließvorgangs einen gleichmäßigen Nachdruck
(d. h. "Flächenprägen") erfahren.
-
8 zeigt
eine alternative und besonders vorteilhafte Ausgestaltung der in
den 4 bis 7 dargestellten Formplatte 105 zum
Anspritzen der Komponente 102 an das vorgefertigte Kunststoffteil 101'. Die erste
Formplatte (Matrizenplatte 1')
nimmt das bereits vorgefertigte Kunststoffteil 101' auf. Die Anspritz-Formplatte 105' weist keine
Prägestempel auf.
Die Dichtigkeit der Anspritz-Kavität 110' während des Füllvorgangs wird bei dieser
Variante dadurch ermöglicht,
dass das vorgefertigte Kunststoffteil 101' mit Dichtvorsprüngen 119, 120 ausgerüstet ist,
welche dafür
sorgen, dass die Anspritz-Kavität 110' auch dann noch
vollständig
dicht ist, wenn die Anspritz-Formplatte 105' um einen bestimmten Verfahrweg
von der ersten Formplatte 1' verfahren
ist (d. h., wenn das Werkzeug 1', 105' bereits um einen bestimmten Weg
geöffnet
ist). Dies ermöglicht
die folgenden Verfahrensvarianten:
- 1. Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung beginnt das Einspritzen der Kunststoffmasse
in die vertiefte Zone 108' bei zunächst geschlossenen Formplatten 1', 105'. Das Auseinanderbewegen der
Formplatten 1' 105' kann infolge
der Dichtvorsprünge 119, 120 bereits
zu einem frühen
Zeitpunkt beginnen, z.B. zu einem Zeitpunkt, zu welchem die Anspritz-Kavität 110' noch nicht
vollständig
mit Kunststoffmasse gefüllt
ist.
- 2. Das Einspritzen der Kunststoffmasse für die zweite Komponente 102 erfolgt
nach einem zweiten Aspekt der Erfindung bereits in eine vorvergrößerte Anspritz-Kavität 110', d. h. zum
Beginn des Einspritzens sind die Formplatten 1', 105' bereits beabstandet
(geöffnet),
siehe 8. Die geöffnete
Stellung der Formplatten 1', 105' kann z.B. durch
die Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung 11, 12, 13, 14 bewirkt
werden, wobei diese die durch die Spritzgießmaschine ausgeübte Schließkraft überwinden
muss. Durch die geöffnete
Stellung der Formplatten 1', 105' wird das Befüllen der Anspritz-Kavität 110' von Beginn
an erleichtert. Es wird also für
das Anspritzen der zweiten Komponente 102 ein "klassisches" Prägeverfahren
eingesetzt, wobei die Dichtigkeit der Anspritz-Kavität 110' zumindest innenseitig
(dort wo der Schwarzrand 102 an die freie Fensterfläche angrenzt)
jedoch nicht durch einen Tauchkantenspalt, sondern den Dichtvorsprung 120 realisiert
wird. Sofern die Außenkontur
der angespritzen Komponente 102 nicht mit der Außenkontur
des vorgefertigten Kunststoffteils 101' übereinstimmt, sind zwei Dichtvorsprünge 119, 120 an
dem vorgefertigten Kunststoffteil 101' vorgesehen.
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Der
endseitige Dichtvorsprung 119 wird durch einen integralen,
abgerundeten Fortsatz 119 realisiert, der im wesentlichen
senkrecht zur Erstreckung des vorgefertigten Kunststoffteils 101' verläuft. Der
Fortsatz 119 kann durch einen an der ersten Formplatte 1' verschieblich
angebrachten Tauchkantenschieber 121 gebildet worden sein,
welcher in 8 in zurückgezogener Stellung dargestellt
ist (damit die Anspritz-Formplatte 105' angesetzt werden
kann). Bei der Herstellung eines solchen randseitigen Fortsatzes 119 kann
mittels des Tauchkantenschiebers 121 erreicht werden, dass
ein Tauchkan tenspaltgrat 119a als innenseitige Verlängerung des
Fortsatzes 119 stehen bleibt. Dieser flexible Tauchkantenspaltgrat 119a trägt in Art
einer Dichtlippe ebenfalls zu einer Abdichtung der Anspritz-Kavität 110' während des
Befüllvorgangs
bei.
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Zur
Innenseite hin wird die Anspritz-Kavität 110' durch den integral am Kunststoffteil 101' ausgebildeten,
sich verjüngenden
Dichtvorsprung 120 realisiert. Der Dichtvorsprung 120 kann
an seinem in Schnittdarstellung spitz zulaufenden Ende ebenfalls mit
einer flexiblen Verlängerung
oder Dichtlippe 120a realisiert sein. Diese flexible Verlängerung
bzw. Dichtlippe 120a kann ebenfalls durch eine gezielte Überspritzung
(Grat) erzeugt werden.
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Der
endseitige Fortsatz 119 mit dem (optionalen) Tauchkantenspaltgrat 119a sowie
der Dichtvorsprung 120 mit der (optionalen) Verlängerung 120a bewirken,
dass beim Öffnen
des Werkzeugs 1', 105' (z.B. durch
Beaufschlagung der Öffnungskraft-Erzeugungseinrichtung 11, 12, 13, 14)
die Anspritz-Kavität 110' zwar vergrößert, dabei
jedoch nicht undicht wird. Ursache hierfür ist, dass beim Befüllvorgang
aufgrund des in der Anspritz-Kavität 110' aufbauenden Drucks der randseitige
Fortsatz 119 sowie der Dichtvorsprung 120 in entgegengesetzte Richtungen
(d. h. auseinander) gedrückt
werden und dabei in abdichtender Anlage an geeignet geformten Rund- oder Schrägflächenbereichen 122, 123 der vertieften
Zone 108' in
der Anspritz-Formplatte 105' verbleiben.
Eine weitere Ursache für
die Dichtheit ist, dass sich der randseitige Fortsatz 119 sowie
der Dichtvorsprung 120 und deren Dichtlippen 119a und 120a unter
eigenelastischer Vorspannung an die geeignet geformten Rund- oder
Schrägflächenbereiche 122, 123 anpassen
(umlegen) und dabei den Prägehub
(Werkzeug öffnen
und schließen)
unter ständiger Anlage
ausgleichen. Die Vorsprünge 119, 120 realisieren
also eine Bewegungsdichtung. Die Dichtflächen treten jeweils an den
Außenseiten
der spitz zu laufenden Dichtvorsprünge 119, 120,
ggf. mit Dichtlippen 119a, 120a, auf.
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Die
Prozessführung
in der Nachdruckphase entspricht der unter a) beschriebenen Prozessführung. Die
erste Formplatte 1' wird
in der bereits beschriebenen Weise durch Druckverminderung bzw. Deaktivierung
der Zylinder-Kolbenanordnungen 11, 12, 13, 14 zu
der Anspritz-Formplatte 105' hin
verfahren und das Werkzeug 1, 105' geschlossen, wobei die Dichtlippen 119a, 120a durch
die Rund- oder Schrägflächen 122, 123 nach
Innen (siehe Pfeile) umgelegt werden.
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Durch
das Vorsehen derartiger Dichtvorsprünge 119, 120 und
deren Dichtlippen 119a und 120a am vorgefertigten
Kunststoffteil 101' wird
ferner erreicht, daß die
eingespritzte Kunststoffkomponente in der vertieften Zone 108' seitlich von
den Vorsprüngen 119, 120 und
deren Dichtlippen 119a und 120a zumindest teilweise
eingefasst wird. Diese seitliche Einfassung, die mindestens eine
Höhe von
0,5 mm, besser mindestens 1 mm haben sollte, wirkt isolierend und
vermeidet ein zu schnelles Abkühlen
an den Randzonen der eingespritzten Kunststoffkomponente. Dabei
wird verhindert, dass durch das Nachdruckprägen bereits abgekühlte und
somit zumindest teilweise ausgehärtete
Randzonen in das vorgefertigte Kunststoffteil 101' gedrückt werden,
was zu optischen Mängeln
am vorgefertigten Kunststoffteil 101' führen würde.
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9 zeigt
eine Variante der in 8 gezeigten Darstellung. Anstelle
eines spitz zulaufenden Dichtvorsprungs 120, 120a ist
ein Vorsprung 120' mit einer
im Wesentlichen senkrecht zur Plattenebene (bzw. Ebene des Kunststoffteils 101') orientierten Dichtfläche (ist
die Außenseite
des Dichtvorsprungs 120')
dargestellt. Der Dichtsteg 118' weist in diesem Fall keine Schräg- oder
Rundflächenbereiche,
sondern eine ebenfalls senkrecht zur Plattenebene orientierte Dichtfläche auf.
Die beiden Dichtflächen
stehen in Gleitkontakt, wodurch auch hier eine Bewegungsdichtung
geschaffen wird. Der rand seitige Fortsatz 119 kann analog
ausgeführt
sein (nicht dargestellt).
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Der
Vorteil der anhand der 8 und 9 erläuterten
Vorgehensweise zum Anspritzen der Kunststoffkomponente 102 an
das bereits vorgefertigte Kunststoffteil 101' besteht darin, dass aufgrund des
möglichen
Wegfalls der Prägestempel 112 ein kostengünstiges
Werkzeug realisiert wird, wobei dennoch sowohl beim Befüllvorgang
als auch in der späteren
Nachdruckphase eine gezielte Vergrößerung bzw. Verkleinerung der
Anspritz-Kavität 110' bei hoher Dichtheit
der Anspritz-Kavität 110' ermöglicht wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass allgemein sämtliche anhand der 4 bis 7 erläuterten Werkzeug-Realisierungen
und Vorgehensweisen zum Anspritzen einer Kunststoffkomponente 102 an ein
vorgefertigtes Kunststoffteil 101 auch mit einem (anhand 8 erläuterten)
vorgefertigten Kunststoffteil 101' mit Dichtvorsprüngen 119, 120 realisiert
werden können.
Z.B. ist das Anspritzen der Kunststoffkomponente 102 über eine
Nadelverschlussdüse
gemäß 6 auch
im Fall ohne Prägestempel 112 vorteilhaft.
Durch die Dichtvorsprünge 119, 120 wird
die Verfahrensdurchführung
stets prozesssicherer und kostengünstiger. Zwingend erforderlich
ist (zumindest) ein Dichtvorsprung 120 jedoch nur dann,
wenn zu Beginn des Einspritzens bereits ein Abstand zwischen den
Formplatten 1' 105' (genauer: dem
Dichtsteg 118 und der Oberfläche des vorgefertigten Kunststoffteils 101') vorhanden
ist, der zu einer Überspritzung
führen
würde.
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Das
mit dem in den 8, 9 dargestellten
Werkzeug 1', 105' hergestellte
mehrkomponentige Kunststoff-Formteil umfasst das vorgefertigte Kunststoffteil 101', von dem zumindest
ein Dichtvorsprung 120, 120a wegsteht. Dieser
ist von der Kunststoffmasse der angespritzten Kunststoffkomponente 102 hinterspritzt
und charakteristisch für
die anhand 8 erläuterten Anspritzverfahren.
Sofern beidseitige Dichtvorsprünge 119, 119a, 120, 120a am
vorgefertigten Kunststoffteil 101' vorgesehen sind, fassen diese
beiden Dichtvorsprünge 119, 119a, 120, 120a die
Kunststoffkomponente 102 randseitig ein. Sofern, wie in 8 dargestellt,
spitz zulaufende Dichtvorsprünge 119, 120 vorgesehen
sind, sind diese aufgrund der Schließbewegung des Werkzeugs über der Kunststoffkomponente 102 zum
Kunststoffteil 101' hin
zurückgebogen,
d.h. schließen
gegenüber
dem Kunststoffteil 101' einen
Winkel von weniger als 90° ein.