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Die
Erfindung betrifft eine Schließvorrichtung einer
Spritzgießmaschine
zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schließvorrichtung
gemäß dem nebengeordneten
Anspruch 8.
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Bei
der Herstellung von thermoplastischen Kunststoff-Formteilen wird
in einer Plastifizier- und Einspritzeinrichtung ein Kunststoffgranulat
aufgeschmolzen und in ein Formwerkzeug eingespritzt, das aus zwei
Formhälften
besteht, die jeweils auf einer feststehenden und einer beweglichen
Formaufspannplatte einer Schließeinheit
einer Spritzgießmaschine
befestigt sind. Das Formwerkzeug kann je nach Kunststoff-Formteil
eine oder mehrere Kavitäten
aufweisen. Um eine hohe Produktivität zu erzielen, ist es üblich, die
Anzahl der Kavitäten
in einem Formwerkzeug zu steigern.
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Es
ist weiterhin bekannt, Spritzgießmaschinen mit mehreren Werkzeugstationen
vorzusehen, wobei die Werkzeuge auf einem Drehtisch oder einem Schiebetisch
nacheinander in Spritzposition verfahren werden (Johannaber/Michaeli,
Handbuch Spritzgießen,
2001, ISBN 3-446-15632-1, Bild 8.33 und 8.34 auf Seite 1032).
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Bei
der Herstellung von PUR-Bauteilen nach dem sogenannten Reaktionsgießverfahren
(auch RIM genannt, Reaction Injection Molding) werden zwei flüssige reaktionsfähige Komponenten,
beispielsweise ein Polyol und ein Polyisocyanat, gegebenenfalls
mit Zusatzstoffen versehen, über
einen Mischkopf in ein Formwerkzeug ausgetragen oder in dieses eingespritzt.
Die bei der Herstellung von PUR-Bauteilen üblichen Formwerkzeuge weisen
in der Regel nur eine geringe Zuhaltekraft auf, so dass die PUR-Bauteile
häufig
nicht gratfrei hergestellt werden können. Dies macht eine manuelle
Nacharbeit erforderlich, wodurch die Zykluszeiten für die Fertigstellung
eines Bauteils relativ lang werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, mehrkomponentige Kunststoff-Formteile
mittels einer sogenannten Wendeplattentechnik herzustellen (Johannaber/Michaeli,
Handbuch Spritzgießen,
2001, ISBN 3-446-15632-1, Bild 6.80 auf Seite 508). Hierbei wird
in einer Schließeinheit
zwischen zwei äußeren Formaufspannplatten
ein mittleres Formträgerelement,
häufig
Wendeplatte genannt, drehbar angeordnet. Nachdem in der ersten Trennebene
der Vorspritzling hergestellt worden ist, wird dieser mit dem mittleren
Formträgerelement
in die zweite Trennebene transportiert, wo die zweite Komponente
angespritzt wird.
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Aus
der WO 03/013824 ist es bekannt, mittels der Wendeplattentechnik
mehrkomponentige Kunststoff-Formteile aus verschiedenen thermoplastischen
Kunststoffen, aus verschiedenen PUR-Kunststoffen oder aus einem
thermoplastischen Träger
und einer PUR-Gießhaut
herzustellen. Auf einem Maschinenrahmen sind zwei äußere Formaufspannplatten
verschieblich abgestützt.
Zwischen diesen ist ein Tragrahmen auf dem Maschinenbett befestigt,
in dem ein mittleres Formträgerelement
um eine senkrecht stehende Drehachse drehbar gelagert ist. Das Formträgerelement
kann plattenförmig
sein und zwei Formhälften
aufnehmen; es kann aber auch als Würfel zur Aufnahme von vier Formhälften ausgebildet
sein. Die Formaufspannplatten können
mittels geeigneter Antriebs- und Verriegelungsmittel auf das mittlere
Formträgerelement zu
und von diesem wegbewegt sowie mit diesem verriegelt werden. Für die Herstellung
eines mehrkomponentigen Kunststoff-Formteils aus einem thermoplastischen
Grundbauteil und einer PUR-Gießhaut kann
die eine der äußeren Formaufspannplatte
mit einem Einspritzaggregat für
das thermoplastische Grundbauteil und die andere der äußeren Formaufspannplatten
mit einer RIM-Vorrichtung gekoppelt werden. Seitlich der Schließeinheit
können
Handlingsroboter vorgesehen werden, beispielsweise ein Bearbeitungsroboter
einerseits und ein Entnahmeroboter andererseits. Mit dem Bearbeitungsroboter kann
beispielsweise eine Oberflächenbehandlung des
Grundbauteils erfolgen. In einem ersten Takt wird auf der Seite
der Einspritzeinheit zunächst
das Grundbauteil aus dem thermoplastischen Kunststoff gespritzt.
Nach der erforderlichen Abkühlzeit
wird die Schließeinheit
geöffnet
und es erfolgt eine Oberflächenbehandlung
des gerade gespritzten Grundbauteils. Das Formträgerelement wird um 180° gedreht und
die Formhälften
werden wieder verschlossen. Im nachfolgenden Takt wird einerseits
auf der Seite des Einspritzaggregats ein neues thermoplastisches Grundbauteil
gespritzt, während
auf der gegenüberliegenden
Seite über
einen Mischkopf das PUR-Reaktionsgemisch in die Form eingespritzt
und eine PUR-Haut auf der Oberfläche
des Grundbauteils gebildet wird.
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In
allen oben beschriebenen Fällen
zur Wendeplattentechnik wird in der einen Trennebene stets ein Vorspritzling
hergestellt und in der anderen Trennebene wird stets die zweite
Komponente an diesen Vorspritzling angespritzt, wobei zeitgleich
in der ersten Trennebene ein neuer Vorspritzling erzeugt wird.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wendeplattentechnik
dahingehend weiter zu entwickeln, dass damit auch einkomponentige
Kunststoff-Formteile,
insbesondere PUR-Bauteile, mit einer hohen Produktivität hergestellt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch
1 sowie mit einem Verfahren gemäß Anspruch
8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich
in den Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass an jeder der äußeren Formaufspannplatten
ein Schiebetisch mit wenigstens zwei Formhälften und ein mittleres Formträgelement mit
wenigstens vier Formhälften
vorgesehen ist und die Formhälften
auf dem Schiebetisch orthogonal zur Maschinenlängsache verfahren werden können, kann
in jeder Trennebene bzw. Arbeitsebene mit zwei Formwerkzeugen gearbeitet
werden. In jeder Trenn- oder Arbeitsebene befindet sich ein Formwerkzeug
in geschlossenem Zustand und kann mit Material gefüllt werden,
während
gleichzeitig die Formhälften
des jeweils freien Formwerkzeugs der beiden Trennebenen frei zugänglich sind.
Dabei befinden sich zwei der freien Formhälften auf dem mittleren Formträgeelement
und weisen nach außen,
während
sich die beiden anderen freien Formhälften auf dem Schiebetisch
befinden.
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Die
Schiebetische können
zwischen Bedienseite und Bediengegenseite abwechselnd verfahren werden,
so dass sich die freien Formhälften
auf den Schiebetischen stets auf unterschiedlichen Seiten bezogen
auf die Maschinenlängsachse
befinden.
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Auf
der Bedien- und der Bediengegenseite kann je ein Arbeitsplatz für einen
Werker eingerichtet werden. Die Aufgabe der Werker ist es, während eines
laufenden Zyklus den nachfolgenden Zyklus vorzubereiten. Hierzu
können
an den freien Formhälften auf
dem Schiebetisch und dem mittleren Formträgerelement beispielsweise folgende
Arbeiten vorgenommen werden: Entnahme des fertigen Bauteils, Reinigen
der Formhälften
falls notwendig, Einbringen von Einlegeteilen. Ein Werker arbeitet
immer auf einer Seite und zwar an dem mittleren Formträgerelement
an den nach außen
zu seiner Seite weisenden freien Formhälften und auf seiner Seite
abwechselnd einmal an dem einen Schiebetisch und im nächsten Zyklus
an dem gegenüberliegenden
Schiebetisch. Die Funktionen der Werker können auch von geeigneten Robotern,
z.B. ein oder mehreren Sechs-Achs-Robotern durchgeführt werden.
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Bei
der Herstellung von PUR-Bauteilen ist es außerdem erforderlich, ein Trennmittel
einzubringen, vorzugsweise in alle freien Formhälften, da PUR-Bauteile die
Tendenz haben, an der Oberfläche des
Formwerkzeugs festzukleben. Außerdem
kann es erforderlich sein, die Oberfläche einzulackieren, um einen
bestimmten Oberflächeneffekt
an dem PUR-Bauteil zu erzielen. Desweiteren ist es insbesondere
bei der Herstellung von PUR-Bauteilen erforderlich, die Formhälften gründlich zu
reinigen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich also insbesondere für
die Herstellung von PUR-Bauteilen, da die notwendigen Vorbehandlungen
der PUR-Formwerkzeuge
geschickt in eine vollautomatische Produktion von PUR-Bauteilen
integriert werden können.
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Die
Verwendung einer Spritzgieß-Schließeinheit
hat aufgrund der höheren
Schließkräfte den weiteren
Vorteil, dass die PUR-Bauteile gratfrei hergestellt werden können.
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Das
mittlere Formträgelement
kann stationär auf
einem Maschinenrahmen abgestützt
sein und die beiden äußeren Formaufspannplatten
können
auf dem Maschinenrahmen hin- und her verfahren und mit dem mittleren
Formträgerelement
verriegelt werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann eine der äußeren Formaufspannplatten
auf einem Maschinenrahmen fest montiert sein (feststehende Formaufspannplatte)
und die andere äußere Formaufspannplatte
kann auf dem Maschinenrahmen verfahren werden (bewegliche Formaufspannplatte).
In diesem Fall wird auch, das mittlere Formträgerelement verfahren.
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Das
mittlere Formträgelement
kann würfelförmig mit
vier Formaufspannplatten und vier Formhälften ausgebildet sein, wobei
auf jedem Schiebetisch zwei Formhälften angeordnet sind, die
mit korrespondierenden Formhälften
auf dem mittleren Formträgerelement
zusammen jeweils Formwerkzeuge bilden. Es können bis zu vier verschiedene Formwerkzeuge
gleichzeitig betrieben werden (A1, A2, B1, B2). Ein Formwerkzeug
kann auch mehrere Kavitäten
aufweisen. Es können
auch Formwerkzeuge aus mehreren Werkzeugsätzen vorgesehen werden (z.B.
zwei gleiche Werkzeuge nebeneinander).
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme
auf die 1 bis 7 näher erläutert werden.
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1 zeigt
eine Spritzgießmaschine
mit einem Maschinenbett 35, einer festen Formaufspannplatte 1,
einer beweglichen Formaufspannplatte 2 und einem mittleren,
würfelförmigen Formträgerelement 3.
Auf den Formaufspannplatten sind Schiebetische 4 und 5 vorgesehen
(wie dies mit den eingezeichneten Pfeilen angedeutet ist), auf denen
jeweils zwei Formhälften
orthogonal zur Maschinenlängsachse
verfahrbar angeordnet sind. Diese Formhälften können zusammen mit Formhälften des
Formträgerelements 3 Kavitäten bilden.
An der beweglichen Formaufspannplatte 2 sind Säulen 10 befestigt,
die durch die feststehende Formaufspannplatte 1 hindurchgeführt und
auf der Rückseite
der feststehenden Formaufspannplatte mit einem Antrieb 17 verbunden
sind. Durch Betätigung
des Antriebs 17, beispielsweise jeweils eine Kolben-Zylinder-Einheit
an jeder Säule 10,
kann die bewegliche Formaufspannplatte 2 auf die feststehende
Formaufspannplatte 1 zu oder von ihr weg bewegt werden.
Weiterhin dargestellt sind Spritzeinheiten 6 und 7,
wobei die Spritzeinheit 7 auf einem an der beweglichen
Formaufspannplatte 2 befestigten Gestell 16 und
die Spritzeinheit 6 auf dem Maschinenbett 35 abgestützt sind. Der
gesamte Aufbau aus Antrieb und Formaufspannplatten ist auf einem
Modulrahmen 20 gelagert, der seinerseits auf dem Maschinenbett 35 der
Spritzgießmaschine
befestigt ist.
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2 zeigt
in perspektivischer Aufsicht Einzelheiten des Modulrahmens und 3 zeigt
einen Schnitt durch den Drehteller im Modulrahmen. In dem Modulrahmen 20 ist
eine Grundplatte 26 in Linearführungen 22 verschieblich
gelagert, wobei die Grundplatte 26 über Hydraulikzylinder 24 oder
Spindeltriebe oder dergleichen in Maschinenlängsrichtung verschoben werden
kann. Die Grundplatte 26 trägt einen Drehteller 36,
der mittels geeigneter Lager auf der Grundplatte 26 drehbar
gelagert ist. Desweiteren weist der Modulrahmen an seiner Oberseite
Gleitführungen 28 für die bewegliche
Formaufspannplatte 2 auf. Eine Strebe 30 dient
der Aufnahme der feststehenden Formaufspannplatte 1. Streben 32 und 34 schließen den
Modulrahmen nach außen
ab und dienen beispielsweise der Abstützung der Platte des Antriebs.
Der drehbar gelagerte Drehteller 36 kann beispielsweise über einen
Zahnkranz und ein damit kämmendes
Ritzel angetrieben werden, wie es aus der WO 01/10624 A1 bekannt
ist.
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Bei
der Herstellung von PUR-Bauteilen wird anstelle der Spritzeinheit 7 ein
erster PUR-Mischkopf an
der beweglichen Formaufspannplatte 2 angedockt und anstelle
der Spritzeinheit 6 ein zweiter PUR-Mischkopf an die feststehende
Formaufspannplatte 1 angedockt. Die Mischköpfe können aber auch
an Formhälften
angedockt werden. Die Mischköpfe
können
an eine gemeinsame PUR-Dosieranlage angeschlossen sein oder es kann
jedem PUR-Mischkopf eine eigene PUR-Dosieranlage zugeordnet werden.
Anhand der nachfolgenden schematischen 4 bis 7 soll
der Verfahrensablauf anhand der Herstellung von PUR-Bauteilen näher beschrieben
werden.
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In
der 4 ist die Schließeinheit der Spritzgießmaschine
aus 1 schematisch in Draufsicht dargestellt, wobei
an den Formaufspannplatten 1 und 2 PUR-Mischköpfe 6 und 7 bereitgehalten
werden, die mit hier nicht näher
dargestellten und für
sich genommen bekannten PUR-Dosierstationen sowie diesen vorgeschalteten
Arbeitsbehältern
für die
Ausgangssubstanzen verbunden sind. Zu beiden Seiten der Schließeinheit
befinden sich Roboter 8 und 9 zur Ausführung von
Zusatzarbeiten an den freien Formhälften. Die gesamte Anlage ist
von einem Sicherheitszaun 13 umgeben und kann nur über jeweils
auf der Bedienseite (in den 4 bis 7 die
jeweils obere Seite) und der Bediengegenseite (in den 4 bis 7 die
jeweils untere Seite) eingebaute Zugangstore 11 und 12 betreten
werden. Insgesamt sind vier Formwerkzeuge A1, A2, B1, B2 im Einsatz, mit
denen gleiche oder unterschiedliche PUR-Bauteile hergetellt werden
können.
Jedes der Formwerkzeuge besteht aus einer Formhälfte auf einem der Schiebetische 4, 5 und
einer korrespondierenden Formhälfte
auf dem mittleren Formträgerelement 3. Vorliegend
sind die Formhälften
A1s und A2s auf dem Schiebetisch 4 an der feststehenden
Formaufspannplatte 1 angeordnet und die Formhälften B1s und
B2s auf dem Schiebetisch 5 an der beweglichen Formaufspannplatte 2.
Die 4 zeigt die Situation unmittelbar vor dem mit
den Pfeilen angedeuteten Zufahren der Schließeinheit.
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In
der 5 befindet sich die Schließeinheit in geschlossenem Zustand,
wobei die PUR-Mischköpfe 6 und 7 an
die Formaufspannplatten angedockt sind. Die Formhälften A1s
und A1* sowie die Formhälften
B1s und B1* sind geschlossen und bilden jeweils eine oder mehrere
Kavitäten,
in die ein PUR-Gemisch über
geeignete Angußkanäle eingespritzt
werden kann. Die auf der Bedienseite befindlichen freien Formhälften B2s,
B2* sowie die auf der Bediengegenseite befindlichen freien Formhälften A2s
und A2* können
mittels der Roboter 8 und 9 vorbehandelt und für den nächsten Schuß vorbereitet werden.
Beispielsweise kann ein Trennmittel 14, 15 zunächst auf
die Formhälften
A2* und B2* und gegebenenfalls nachfolgend auch auf die Formhälften A2s und
B2s gesprüht
werden. Wenn die Vorbehandlung der freien Formhälften abgeschlossen und die PUR-Bauteile
in den Kavitäten
genügend
ausreagiert sind, kann die Schließeinheit aufgefahren werden.
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Nachfolgend
(siehe 6) werden die PUR-Mischköpfe 6 und 7 von
den Formhälften
zurückgefahren.
Das mittlere Formträgerelement 3 wird um
90° im Uhrzeigersinn
gedreht. Die Formhälften A1s
und A2s auf dem Schiebetisch 4 werden in Richtung der Bedienseite
verfahren und die Formhälften B1s
und B2s auf dem Schiebetisch 5 werden in die entgegengesetzte
Richtung, d.h. in Richtung der Bediengegenseite verfahren. Die zuvor
vorbehandelten Formhälften
A2s, A2*, B2s und B2* befinden sich auf der Maschinenlängsachse
und können
nachfolgend zugefahren werden, um neue Kavitäten zu bilden. Je nach Ausgestaltung
der Formwerkzeuge befinden sich die PUR-Bauteile in den Formhälften auf
dem mittleren Formträgerelement
(A1*, B1*) oder in den Formhälften
auf den Schiebetischen (A1s, B1s). Sie können von Werkern oder von Robotern
aus den Formhälften
entnommen werden. Beispielsweise können die Roboter 8 und 9 neben
den Sprühköpfen für das Trennmittel
auch über
Greifer für
die PUR-Bauteile
verfügen.
Es können
aber auch Auswerfer vorgesehen werden, um die PUR-Bauteile aus den
Formhälften
auszustoßen.
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In
einem nachfolgenden Schritt wird die Schließeinheit wieder zugefahren
(7), wobei die Formhälften A2s und A2* in der einen
Trennebene und die Formhälften
B2s und B2* in der anderen Trennebene geschlossen werden und neue
Kavitäten
für die
nächsten
PUR-Bauteile gebildet werden. Die PUR-Mischköpfe 6 und 7 werden
wieder an die Formaufspannplatten herangefahren und an die Formhälften A2s
und B2s angedockt, so dass über geeignete
Angußkanäle oder
gegebenenfalls angußlos
PUR-Gemisch in die
Kavitäten
der Formwerkzeuge A2 und B2 eingespritzt werden kann. Parallel dazu können die
freien Formhälften
A1s, A1* von dem Roboter 9 auf der Bedienseite und die
freien Formhälften
B1s, B1* von dem Roboter 8 auf der Bediengegenseite mit
einem Trennmittel 14, 15 eingesprüht werden.
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Wenn
die Vorbehandlung der freien Formhälften A1s, A1*, B1s, B1* abgeschlossen
und die PUR-Bauteile in den Kavitäten der Formwerkzeuge A2, B2
genügend
ausreagiert sind, kann die Schließeinheit aufgefahren werden.
Die PUR-Mischköpfe werden
wieder von den Formhälften
zurückgefahren und
das mittlere Formträgerelement 3 wird
um 90° im Gegenuhrzeigersinn
gedreht. Die Formhälften
A1s und A2s auf dem Schiebetisch 4 werden in Richtung der
Bediengegenseite verfahren und die Formhälften B1s und B2s auf dem Schiebetisch 5 werden
in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in Richtung der Bedienseite
verfahren. Nunmehr ist wieder der Zustand erreicht, wie er in der 4 dargestellt
ist, und einer neuer Zyklus kann beginnen.
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Über die
PUR-Mischköpfe 6 und 7 können in die
Formwerkzeuge A1 und A2 einerseits sowie in die Formwerkzeuge B1
und B2 andererseits jeweils identische oder aber auch unterschiedliche
PUR-Gemische eingespritzt werden. Die PUR-Gemische können sich
beispielsweise in ihrer Farbe und/oder in ihrem Aufschäumgrad unterscheiden.
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Anstelle
der in 1 dargestellten hydraulischen Zwei-Platten-Schließeinheit
können
auch andere Schließeinheiten
von Spritzgießmaschinen
vorgesehen werden. Solche Schließeinheiten sind für sich genommen
bekannt, beispielsweise aus Johannaber/Michaeli, Handbuch Spritzgießen, 2001,
ISBN 3-446-15632-1, Kapitel 7.8, Seiten 827–882.
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- 1
- Feststehende
Formaufspannplatte
- 2
- Bewegliche
Formaufspannplatte
- 3
- Mittleres
Formträgerelement
- 4
- Schiebetisch
an feststehender Formaufspannplatte
- 5
- Schiebetisch
an beweglicher Formaufspannplatte
- 6
- Erstes
Spritzaggreagt oder erster PUR-Mischkopf
- 7
- Zweites
Spritzaggregat oder zweiter PUR-Mischkopf
- 8
- Erster
Roboter
- 9
- Zweier
Roboter
- 10
- Säulen
- 11
- Erste
Zugangstor
- 12
- Zweite
Zugangstor
- 13
- Sicherheitszaun
- 14
- Trennmittelspray
- 15
- Trennmittelspray
- 16
- Gestell
- 17
- Antrieb
- 20
- Modulrahmen
- 22
- Linearführungen
- 24
- Hydraulikzylinder
- 26
- Grundplatte
- 28
- Gleitführungen
- 30
- Strebe
- 32
- Strebe
- 34
- Strebe
- 35
- Maschinenbett
- 36
- Drehteller