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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung zum Herstellen
von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht diese
sich auf einen verbesserten Schmelzefluss innerhalb der Spritzgießvorrichtung
und eine bessere Ausbildung der Kernschicht bei Mehrkomponenten-Spritzgießteilen.
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Mehrkomponenten-Spritzgießteile werden mittels
des Sandwichspritzgießverfahrens
hergestellt. Dabei werden zeitlich nacheinander zwei verschiedene
Schmelzekomponenten über
eine geeignete Vorrichtung und in der Regel über zwei getrennte Zuleitungskanäle durch
eine Düse
in eine Werkzeugkavität
gespritzt. Damit sich die unterschiedlichen Schmelzekomponenten
nicht bereits vor der zu spritzenden Kavität vermischen, ist es bekannt,
in Mehrkomponenten-Heißkanal-Spritzgießvorrichtungen
Absperr- bzw. Freischalteinrichtungen z. B. in der Form eines Stufenkolbens
anzuordnen.
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Beim
sogenannten Coinjectionsverfahren geht es darum, über ein
und denselben Anschnittpunkt des Spritzgießwerkzeugs stofflich oder farblich verschiedene
Schmelzen in das Werkzeug einzuspritzen. Der Grund hierfür besteht
einmal in der Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundwerkstoff,
bei dem der Kern aus einem mindestens ersten Werkstoff und die Außenhaut
aus mindestens einem zweiten Werkstoff besteht. Ein anderer Grund für das Coinjectionsverfahren
besteht darin, durch Mischung zweier Schmelzen, z. B. gleiche Stoffe
mit unterschiedlicher Farbe, einen gewünschten und/oder variablen
Farbton zu erzeugen. In beiden Fällen
muss die Spritzdüse
an zwei Schmelzekanäle anschließbar sein,
von denen jeder von einer anderen Spritzgießmaschine beschickt wird, wobei
der Zufluss der beiden Schmelzen zeitlich nacheinander erfolgt.
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Aus
der
EP 748 677 A1 ist
eine Spritzgießvorrichtung
zur Herstellung von mehrlagigen Spritzgießteilen aus thermoplastischen
Kunststoffmaterialien bekannt, wo Haut- und Kernmaterial zwar über getrennte
Spritzeinheiten bereitgestellt und zugeführt werden, aber das Einspritzen
in eine Kavität über einen
gemeinsamen Düsenkopf
erfolgt. Zur Steuerung des Schmelzeflusses ist im Düsenkopf
eine Steuereinheit angeordnet. Um den Herstellungs- und Wartungsaufwand
für die
Steuereinheit im Düsenkopf
zu reduzieren wird vorgeschlagen, innerhalb des Düsenkopfes
einen Steuerkolben anzuordnen. Dieser Steuerkolben ist längsverschieblich
in einer Steuerkammer gelagert. Die Längsverschiebung erfolgt in Abhängigkeit
vom jeweiligen Druck des Haut- und Kernmaterials und wird dadurch
gesteuert. In dieser technischen Lösung ist bereits eine umlaufende
Nut im Zusammenhang mit einem Stufenkolben beschrieben. Solche umlaufenden
Nuten in Kolbenbohrungen dienen dem Fluidtransport und einem möglichst
allseitig wirkenden radialen Druckausgleich, um den Kolben durch
die Wirkung des Fluiddrucks nicht einseitig zu belasten. Durch die
umlaufende Nut wirkt ein Fluiddruck in jedem Fall zentrierend zur Bohrungsmitte
auf den Kolben. Allerdings ist diese Lösung technisch aufwendig und
erzeugt einen hohen Widerstand auf die zu spritzenden Schmelzen. Zudem
werden die Schmelzen mehrfach in dieser Spritzgießvorrichtung
umgelenkt, was zu einer erhöhten
Scherung der zu spritzenden Schmelzen führt.
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Aus
der
JP 05 269 794
AA ist eine weitere Spritzgießvorrichtung mit einem „Stufenkolben
34" für zwei Kunststoffkomponenten
bekannt. In der
DE 196
06 045 C2 3–
6, gemäß Spalte
5, Zeile 33 bis Spalte 6, Zeile 3 ist im Düsenkörper
16b eine elliptisch,
schraubenförmige
Schmelzeverteilnut angeordnet. Weiterhin sind die Düsenkörper
16a und
16b zueinander
exzentrisch angeordnet und die Schmelzekanäle sind so dimensioniert, dass
eine gleiche Fließfront
entsteht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Spritzgießvorrichtung zum Herstellen
von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen
bestehend aus Heißkanalverteilereinrichtung,
Adapterplatte und einer Sandwichdüse zu schaffen, die für einen
verbesserten Schmelzefluss innerhalb der Spritzgießvorrichtung
sorgt und zu einer besseren und qualitativ hochwertigeren (mittigen)
Ausbildung der Kernschicht bei Mehrkomponenten-Spritzgießteilen führt.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist Gegenstand der in den selbständigen Ansprüchen offenbarten
Erfindung. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung
zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen besitzt den gleichen
Grundaufbau wie andere Spritzgießvorrichtungen auch und besteht
aus einem Heißkanalverteiler
einer Adapterplatte 14 und aus einer daran angeordneten
Sandwichdüseneinheit.
In der Spritzgießvorrichtung
sind zwei Schmelzekanäle
als Zuführschmelzkanäle 5 und 6 ausgebildet,
die in einen Schmelzeringkanal 8 münden, in dem ein Stufenkolben 13 geführt ist.
Erfindungsgemäß mündet der
Zuführschmelzekanal 6 für die Komponente
2, d. h. für
das als zweites zu spritzende Polymermaterial in einer neuartig
ausgebildeten und angeordneten Schmelzeverteilernut 1.
Diese Schmelzeverteilernut 1 ist in der Düseneinheit 15 im
Düsenaufnahmekörper 4 umlaufend
schräg
in sich geschlossen oder schraubenförmig umlaufend ausgebildet.
Es entsteht dadurch innen in der zylindrischen Wandung des Düsenaufnahmekörpers 4 eine
elliptisch oder entsprechend eine schraubenförmig ausgebildete Schmelzeverteilernut 1.
Sie erstrecken sich jeweils bis in den Bereich des Schmelzeringkanal 8.
Der Querschnitt der Schmelzeverteilernut 1 und/oder des
Schmelzeringkanals 8 ist erfindungsgemäß größer oder gleich dem Querschnitt
des Zuführschmelzekanals 6.
Die Kanten innerhalb der Schmelzeverteilernut 1 sind erfindungsgemäß abgeschrägt oder
mit Radien abgerundet ausgebildet. Diese erfindungsgemäße Anordnung
der Schmelzeverteilernut 1, deren Dimensionierung und die
neuartige Ausbildung der abgeschrägten oder abgerundeten Kanten
führt zu
einem sehr widerstandsarmen, schonenden und gleichmäßigen Fluss
der einzuspritzenden Polymerschmelze, d. h. die Polymerschmelze
wird so wenig als möglich auf
Scherung beansprucht. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass sich
während
des Schmelzeflusses in der zu spritzenden Polymerschmelze beim Spritzprozess
Gefügeorientierungen
ausbilden können, was
die Ausbildung und Qualität
der Kernschicht in der Formteilkavität des Zweikomponentenspritzgießteiles
direkt positiv beeinflusst.
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In
einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung
sind durch geeignete Gestaltungen der Schmelzeverteilernut 1, des
Zuführschmelzekanals 5 für die Komponente
1 und des Zuführkanals 6 für die Komponente
2 innerhalb des Düsenaufnahmekörpers 4 und
auch innerhalb des Heißkanalverteilers
alle Schmelzeumlenkungen, d. h. innerhalb der gesamten Spritzgießvorrichtung
als größer gleich
90 Grad-Übergänge ausgebildet.
Dadurch wird ein besonders widerstandsarmes Fließen der zu spritzenden Schmelzen
erreicht, da praktisch keinerlei Prallflächen und Hinterschneidungen
mehr vorhanden sind.
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Eine
weitere Verbesserung des Fließverhaltens
der zu spritzenden Einzelkomponenten (Schmelzen) kann erreicht werden,
wenn innerhalb der gesamten Spritzgießvorrichtung alle Kanten mit Radien
abgerundet ausgebildet sind.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführung
der erfindungsgemäßen Schmelzeverteilernut 1 innerhalb
des Düsenaufnahmekörpers 4,
wenn die schrägen
Seitenflächen
der umlaufend schräg
in sich geschlossenen oder schraubenförmig umlaufenden Schmelzeverteilernut 1,
die in den Schmelzeringkanal 8 münden, in einem Winkel von größer 90 Grad bezogen
auf die umlaufende Nutgrundfläche
ausgebildet sind. Damit wird in diesem kritischen Bereich an dem
eine erhebliche Schmelzeumlenkung der Polymerschmelze während des
Spritzprozesses erfolgt, die Scherwirkung auf die zu spritzende
Polymerschmelze der die Kernschicht bildenden Komponente 2 sehr
stark reduziert.
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Zur
Optimierung des Schmelzeflusses können die Kanten der schrägen Seitenflächen zwischen der
umlaufend schräg
in sich geschlossenen oder der schraubenförmig umlaufenden Schmelzeverteilernut 1 und
dem Schmelzeringkanal 8 durch verschieden große Radien
abgerundet ausgebildet sein.
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Der
entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung
zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen macht sich bei der
gleichzeitigen Füllung
mehrerer gleicher oder verschiedener Kavitäten bemerkbar. Damit wird erreicht,
das die Kernschicht-Schmelzefront
bei gleichen und unterschiedlichen Kavitäten immer die gleiche Lage
bzw. Position im gespritzten Zweikomponentenwerkstück erreicht
und ausbildet. Auch bei rotationssymmetrischen Teilen oder bei Teilen,
die symmetrisch zum Anspritzpunkt sind, wird sich durch die geringeren
Molekülorientierungen
des Polymermaterials eine ebenfalls weitestgehende symmetrische
Kernschicht ausbilden.
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Die
Erfindung soll nachstehend an Hand der 1 näher erläutert werden.
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Die
Figur zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Spritzgießvorrichtung
zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen
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Die
Spritzgießvorrichtung
besteht, wie an sich bekannt, aus einem Heißkanalverteiler (in der 1 nicht
zeichnerisch dargestellt) einer daran angeordneten Adapterplatte 14 und
einer daran befestigten Düseneinheit 15.
Die Adapterplatte 14 und der Teil der Düseneinheit 15, durch
den die Zuführschmelzkanäle 5 und 6 führen, wird
von einer Heizeinrichtung 9 umschlossen, der diese Teile
entsprechend auf die optimale Temperatur heizt und temperiert. In
der Spritzgießvorrichtung
sind zwei Schmelzekanäle
als Zuführschmelzkanäle 5 und 6 ausgebildet,
wobei der Zuführschmelzekanal 6 zum
Spritzen der 2. Komponente, die die Kernschicht des fertigen Werkstückes bildet,
dient. Beide Zuführschmelzekanäle 5 und 6 münden in
den Schmelzeringkanal 8 in dem der Stufenkolben 13 geführt ist.
Im Düsenaufnahmekörper 4 ist
der Düsenkopf 3 mit
der Düsenbohrung 11 befestigt.
Der Düsenaufnahmekörper 4 ist
von einem Heizband 10 umgeben, welches für die erforderliche
Temperatur in der Vorrichtung sorgt. Der Zuführschmelzekanal 6 mündet für die Komponente
2, d. h. für
das als zweites zu spritzende Polymermaterial in einer neuartig
ausgebildeten und angeordneten Schmelzeverteilernut 1.
Diese Schmelzeverteilernut 1 ist in der Düseneinheit 15 im
Düsenaufnahmekörper 4 umlaufend
schräg
in sich geschlossen ausgebildet. Es entsteht dadurch innen in der
zylindrischen Wandung des Düsenaufnahmekörpers 4 eine
elliptisch angeordnete Schmelzeverteilernut 1. Im Schmelzeringkanal 8 ist
ein Stufenkolben 13 geführt.
Zuerst wird die entsprechend gewünschte Menge
der Komponente 1, die die Haut des zu fertigenden Werkstückes bildet, über den
Zuführschmelzekanal 5 innen
durch den Stufenkolben 13 über die Schmelzebohrung 7 durch
die Düsenbohrung 11 des Düsenkopfes 3 in
die Kavität
(in 1 nicht dargestellt) gespritzt. Dabei verbleibt
der Stufenkolben 13 in der in der 1 gezeichneten
Lage (links innen am Düsenkopf 3 anliegend).
Die Verbindung zwischen Schmelzeringkanal für Schmelze 2 (8)
und die Düsenbohrung 11 bleibt
verschlossen. Danach wird über
den Zuführschmelzekanal 6 die
Komponente 2, die die Kernschicht des zu fertigenden Werkstückes bildet,
zugeführt.
Die Schmelze der Komponente 2 fließt über die schräge in sich
geschlossene Schmelzeverteilernut 1 in den Schmelzeringkanal 8,
der zwischen abgestuften Stufenkolben 2 und der inneren Wandung
des Düsenkopfes 3 und
einem Teil der inneren Wandung des Düsenaufnahmekörpers 4 gebildet
ist. Der Schmelzeringkanal 1 ist an der Stelle durch den
Zuführschmelzekanal 6 angeschnitten
und mit diesem verbunden, die sich am weitesten in Richtung der
Adapterplatte 14 befindet. Der Querschnitt der Schmelzeverteilernut 1 ist
hier in diesem Beispiel gleich dem Querschnitt des Zuführschmelzekanals 6. Die
schräge
in sich geschlossenen Schmelzeverteilernut 1 erstreckt
sich bis in den Bereich des abgesetzten Stufenkolbens 2,
d. h. die Nut verbindet den Schmelzeringkanal 8 mit dem
Zuführschmelzekanal 6.
Aufgrund der schrägen
Anordnung der Schmelzeverteilernut 1 kann das Polymermaterial
der Komponente 2 über
die schräge
Verbindung weitestgehend ohne Scherung, schonend ohne scharfwinklige
Umlenkung gleichmäßig in den
Schmelzeringkanal 8 fliesen. Im Schmelzeringkanal 8 baut
sich nun ein Druck auf, der auf die Ringfläche 12 des abgesetzten
Stufenkolbens 2 wirkt und diesen nach rechts in Richtung
der Adapterplatte 14 verschiebt. Infolge dessen wird die
Verbindung zwischen Schmelzeringkanal 8 und Düsenbohrung 11 frei,
die Schmelze der Komponente 2 kann in die Kavität fließen, die sich dort befindliche,
noch nicht erstarrte Komponente 1 verdrängen und somit die gewünschte Kernschicht
ausbilden. Vor allem bei rotationssymmetrischen Spritzgießteilen
ist es wichtig dass die Kernschicht ebenfalls möglichst rotationssymmetrisch
angeordnet ist. Dies kann durch in hoher Qualität erreicht werden.
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Die
Spritzgießvorrichtung
zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen in 1 ist der Übersichtlichkeit
halber in einer Ausführung
für zwei
zu spritzende Komponenten 1 und 2 abgebildet. Eine Ausführung zum
Spitzen von Drei- oder Mehrfach-Komponenten ist analog ausführbar.
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- 1
- Schmelzeverteilernut
- 2
- abgesetzter
Stufenkolben
- 3
- Düsenkopf
- 4
- Düsenaufnahmekörper
- 5
- Zuführschmelzekanal
für Komponente
1
- 6
- Zuführschmelzekanal
für Komponente
2
- 7
- Schmelzebohrung
- 8
- Schmelzeringkanal
für Komponente
2
- 9
- Heizeinrichtung
- 10
- Heizband
- 11
- Düsenbohrung
- 12
- Ringfläche am abgesetzten
Stufenkolben
- 13
- Stufenkolben
- 14
- Adapterplatte
- 15
- Düseneinheit