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Technisches Umfeld
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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung zur Herstellung
von Kunststoffbauteilen aus wenigstens zwei Kunststoffkomponenten
mit wenigstens zwei Spritzaggregaten und einer Transporteinrichtung
zwischen den Spritzaggregaten, wobei jedem Spritzaggregat ein Spritzgießwerkzeug
zugeordnet ist, in denen die entsprechend ausgebildete Kavität für
die erste Kunststoffkomponente sowie für die zweite Kunststoffkomponente
vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, Kunststoffbauteile aus unterschiedlichen
Kunststoffen herzustellen, wobei dabei mindestens zwei Prozessschritte
erforderlich sind. Zunächst wird ein Vorspritzling hergestellt,
der in einem zweiten Arbeitsschritt mit einem zweiten Kunststoff überspritzt
wird. Dieser Vorgang kann mit zwei unabhängig voneinander
arbeitenden Systemen aus jeweils Maschine und Werkzeug erfolgen,
wobei auf der ersten Maschine ein Vorspritzling hergestellt wird,
der mit der zweiten Maschine zumindest teilweise überspritzt
wird. Der Hohlraum im zweiten Werkzeug muss dafür größer sein
als derjenige des ersten Werkzeugs. Alternativ gibt es Maschinen,
die mit mehr als einem Kunststoff-Spritzaggregat ausgerüstet
sind, und den jeweiligen Kunststoff aufschmelzen und mit Druck und
definierter Geschwindigkeit in ein Werkzeug einspritzen. Die geeigneten
Werkzeuge für diese Maschinen haben mehr als einen Hohlraum,
damit jedes der genannten Spritzaggregate den jeweiligen Kunststoff
in die entsprechende Form füllt. Der zu verfüllende Hohlraum
in der Form baut sich dabei derart auf, dass in den Hohlraum eine
erste Kunststoffkomponente für den Vorspritzling eingebracht
wird, wobei nach einer Abkühlzeit die zweite Kunststoffkomponente
auf Bereiche des Vorspritzlings und in den Resthohlraum der Form
injiziert wird. Dabei entsteht dann je nach Ausbildung der Hohlräume
ein mehrkomponentiges Bauteil.
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Für
ein Überspritzen eines Vorspritzlings auf der Vorder- und
Rückseite ist es erforderlich, diesen aus der Kavität
zu entformen, um ihn dann in eine andere geeignete Kavität
wieder einzusetzen, so dass die zweite Kunststoffkomponente auf
beiden Seiten darüber gespritzt werden kann. Dies kann
nur erfolgen, in dem der Vorspritzling komplett aus dem Werkzeug
genommen und in die weitere Kavität eines anderen Werkzeugs
eingesetzt wird. Der Nachteil hierbei ist, dass das noch nicht fertige
Kunststoffteil erneut positioniert werden muss. In einer Massenproduktion
erfolgt dies mit automatisierten Systemen, wobei Beschädigungen
des Vorspritzlings nicht ausgeschlossen werden können.
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Zu
dem ist auch bekannt, dass der Vorspritzling nur auf einer Seite überspritzt
wird. In dem Fall kann der Vorspritzling einseitig im Werkzeug verbleiben
und wird über einen im Werkzeug integrierten Antrieb mittels
beweglicher Teile des Werkzeugs in einen zweiten Kavitätbereich
transportiert. Diese Bewegungen können sowohl rotatorisch
als auch translatorisch sein.
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Es
istaber immer so, dass die Prozesse für den Vorspritzling
als auch für die weitere zu überspritzende Komponente
zeitlich parallel ablaufen. Damit sind sowohl die Einspritz- als
auch die notwendigen Kühlprozesse gemeint, damit der Kunststoff
anschließend stabil genug ist, sowohl für die
Manipulation des Vorspritzlings, damit ist gemeint das Umsetzen
in die zweite Kavität als auch für das Überspritzen
und für das Entformen.
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So
ist beispielsweise aus der
EP
0 993 262 B1 eine Mehrkomponenten-Spritzgießvorrichtung bekannt,
die insbesondere zur Herstellung von Zahnbürsten mit mindestens
zwei abfolgenden Stationen arbeitet. Die beiden Spritzgießstationen
sind durch eine Transportvorrichtung miteinander verbunden, wobei
die einzelnen Stationen mittels eines Zugmitteltriebes zwischen
Transportvorrichtung und Spritzgießwerkzeug in Wirkverbindung
stehen. Der Zugmitteltrieb befindet sich hier außerhalb
des Spritzgießwerkzeuges, und führt bzw. entnimmt
dem Spritzgießwerkzeug im geöffneten Zustand Spritzlinge.
Durch die Ausbildung dieser Vorrichtung kann das Spritzgießwerkzeug
schneller als bisher geöffnet und wieder geschlossen werden.
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Als
nachteilig bei den beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen
mit wenigstens zwei Kunststoffkomponenten wird es daher angesehen,
dass diese Systeme auf der Annahme basieren, dass während
der Kühlzeit Kräfte notwendig sind, damit die
Formhohlräume geschlossen bleiben. Dadurch sind verhältnismäßig
lange Wartezeiten der Maschine unabdingbar. Hier ist die gesamte Produktionseinheit,
Maschine und Werkzeug, nicht produktiv und kostet unnötig
viel Geld. Entsprechendes gilt auch für die Mehrkomponenten-Spritzgießvorrichtung,
bei der insbesondere der Spritzling in der Form an dem Spritzgussaggregat
verbleibt. Ein taktweises Weiterfördern erfolgt nur wenn
der Spritzling eine gewisse Formstabilität nach dem Abkühlprozess erfährt.
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Aufgabe
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung eine höhere Auslastung
von Maschinen und Werkzeugen bereitzustellen, um die Herstellungskosten
für Mehrkomponenten-Kunststoffartikel wesentlich zu senken.
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Lösung
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Die
gestellte Aufgabe wird durch Bereitstellung einer Spritzgießvorrichtung
zur Herstellung von Kunststoffbauteilen aus wenigstens zwei Kunststoffkomponenten
gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Lösungsgedanke der Erfindung besteht nun darin, dass die
erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung
eine Kavität aufweist, die als separates vom Spritzwerkzeug
trennbares Formeneinsatzelement ausgebildet ist. Dabei umfasst die
Vorrichtung eine Transporteinrichtung mit mehreren baugleichen Formeneinsatzelementen,
die in einem Kreislauf mit den Spritzwerkzeugen der Spritzaggregate
zusammenwirken. Die erreichten Vorteile bestehen im Wesentlichen
darin, dass infolge der Trennung von Kavität und Spritzwerkzeug
als solches ein Formeneinsatz gebildet wird, der in seiner Art vervielfältigt
werden kann und einem Kreislauf zugeführt werden kann. Dadurch
ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, dass nach Injizieren
der Kunststoffmasse diese in ihrem plastischen noch viskosen Zustand
vom Werkzeug getrennt werden kann, weil sie in ihrer Kavität
in Form gehalten wird. Sie kann dann einem Kühlungsprozess
zugeführt werden, der von der Maschine als solches getrennt
ist. Während der Kühlphase kann durch Ansetzen
des nächsten Formeneinsatzelementes bereits der nächste
Spritzvorgang mit der Maschine durchgeführt werden. Dadurch
kann mit der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung
die Taktzahl wesentlich erhöht werden. Die Produktion wird
beschleunigt, wobei immense Kosten eingespart werden. Somit können
die jeweiligen Prozessergebnisse, Vorspritzling, Fertigung, unabhängig
voneinander weiter kühlen und bremsen damit nicht die Leistungsfähigkeit
der Maschine.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung wirken die in dem Kreislauf angeordneten
baugleichen Formeneinsatzelemente während der Kunststoffkomponenten-Injektion
mit einem Mittelblockelement oder einem Werkzeugelement zusammen,
die unmittelbar dem Spritzwerkzeug des Spritzaggregates zugeordnet
sind. Dabei verbindet das Mittelblockelement oder das Werkzeugelement
das Formeneinsatzelement mit dem Spritzwerkzeug. Das Formeneinsatzelement
gelangt durch die Transportvorrichtung in den Bereich des Spritzaggregates,
wobei in diesem Zustand dann das Mittelblockelement oder das Werkzeugelement
das Formeneinsatzelement aufnimmt und es gegen das eigentliche Spritzwerkzeug ansetzt,
so dass das Formeneinsatzelement von dem Spritzwerkzeug, welches
mit dem Spritzaggregat in Verbindung steht, eingeschlossen wird.
Dabei weist das Mittelblockelement oder das Werkzeugelement mit
dem Spritzwerkzeug einen Aufnahmeraum zur Zentrierung des Formeneinsatzelementes
für den Spritzvorgang auf. Somit befindet sich die als
separates Element ausgebildete Kavität in dem Spritzwerkzeugblock
und hier zentriert, so dass die viskose Kunststoffmasse in die Kavität
injiziert werden kann.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht
das Formeneinsatzelement aus zwei Formhälften. Dies wirkt
sich insbesondere für den Entformvorgang vorteilhaft aus,
so dass beim Entformen der Kavität diese auseinander gefahren
werden können, so dass das fertige Zwei-Komponenten-Kunststoffbauelement
aus der Form entnommen werden kann bzw. aus den beiden Formhälften
heraus fällt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist jeweils seitlich des Mittelblocks
ein Spritzwerkzeug mit Spritzaggregat angeordnet. Dabei ist jedem
Spritzwerkzeug im Kreislauf wenigstens eine Abkühlstation nachgeschaltet,
so dass Spritzvorgang und Kühlvorgang voneinander getrennt
erfolgen können. Weiter befindet sich im Kreislauf eine
Entformstation, wobei in dem Kreislauf auch eine Manipulationsstation
vorgesehen werden kann, an der insbesondere das Formeneinsatzelement
entsprechend für unterschiedliche Kunststoffkomponenten
manipuliert werden kann.
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In
Weiterbildung insbesondere der Spritzgießvorrichtung sind
das Mittelblockelement oder das Werkzeugelement und wenigstens ein
Spritzaggregat zum Schließen bzw. öffnen des Spritzgießwerkzeuges
bewegbar auf dem Kreislauf angeordnet.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachstehenden 1 bis 4 näher erläutert;
dabei zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung in Draufsicht eines Spritzwerkzeuges im
geöffneten Zustand mit Formeneinsatzelementen;
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2 eine
Seitenansicht eines Systems aus zwei Spritzgießvorrichtungen
mit in einem Kreislauf angeordneten Formeneinsatzelementen;
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3 eine
erste Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung
in der geschlossenen Situation der Spritzwerkzeuge mit in einem Kreislauf
rotierenden Formeneinsatzelementen mit Mittelblockelement; und
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4 eine
weitere Darstellung gemäß der 3 in
der geöffneten Situation der Spritzgießwerkzeuge
mit Mittelblock.
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Ausführungsbeispiele
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Die 1 und 2 zeigen
in vereinfachter Darstellung eine Spritzgießvorrichtung 1 zur
Herstellung von Kunststoffbauteilen 2, wie sie in der 1 und 2 als
Stern dargestellt sind. Diese bestehen aus wenigstens zwei Kunststoffkomponenten,
die mit wenigstens zwei Spritzaggregaten 3 und 4,
dargestellt in der 2, und einer Transporteinrichtung 5, wie
sie hier nur andeutungsweise mit Pfeilen gezeigt ist, gefertigt
werden. Jedem Spritzaggregat 3 und 4 ist ein Spritzwerkzeug 6 und 7 zugeordnet,
in denen die entsprechend ausgebildete Kavität 8 für
die erste Kunststoffkomponente sowie für die zweite Kunststoffkomponente
vorgesehen ist.
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Gemäß der
Erfindung wird nun vorgesehen, wie dies insbesondere in der 1 deutlich
wird, dass die die Kunststoffkomponenten aufnehmende Kavität 8 als
separates vom Spritzwerkzeug 6 bzw. 7 trennbares
Formeneinsatzelement 9 ausgebildet ist und mit der Transporteinrichtung 5 mehrere
baugleiche Formeneinsatzelemente 9, wie dies insbesondere
in der 2, 3 und 4 dargestellt
ist, zusammenwirken, die in einem Kreislauf 10 mit den Spritzwerkzeugen 6 bzw. 7 der
Spritzaggregate 3 und 4 in Wirkverbindung treten.
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Wie
insbesondere aus der 2 deutlich wird, wirken die
in dem Kreislauf 10 angeordneten baugleichen Formeneinsatzelemente 9 während
der Kunststoffkomponenteninjektion in einem Kreislauf zwischen zwei
unabhängigen Systemen aus jeweils Werkzeug und Spritzaggregat,
hier 7 und 4 sowie 6 und 3.
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In 1 ist
eine Ausführungsform mit einem Mittelblockelement 11 dargestellt,
die der Ausführungsform der 3 und 4 entspricht,
die unmittelbar dem Spritzwerkzeug 6 und 7 des
Spritzaggregates 3 und 4 zugeordnet sind. In diesem
Fall sind die beiden Werkzeuge 6 und 7 über
das Mittelblockelement 11 zu einem gemeinsamen Werkzeug
mit zwei Öffnungsebenen zu einem gemeinsamen Werkzeug zusammengebaut,
das in eine Spritzgießmaschine mit zwei oder mehr Spritzaggregaten
eingebaut werden kann.
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Insbesondere
bei der Schließstellung, wie in der 3 dargestellt,
wird das Formeneinsatzelement 9 von den Spritzwerkzeugen 6, 7 aufgenommen,
so dass sich eine Einfügung des Formeneinsatzelementes 9 in
das Spritzwerkzeug 6 bzw. 7 für den Injektionszyklus
ergibt. Das Mittelblockelement 11 weist mit dem Spritzwerkzeug 6, 7 einen
Aufnahmeraum 14 zur Zentrierung des Formeneinsatzelementes 9 für
den Spritzvorgang auf. Somit wird gewährleistet, dass insbesondere
das Formeneinsatzelement 9 formschlüssig in dem
Spritzwerkzeug 6, 7 eingesetzt ist, so dass störungsfreier
Injektionsvorgang vorgenommen werden kann.
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Wie
aus der 1 aber auch aus der 2 zu
erkennen ist, besteht das einzelne Formeneinsatzelement 9 aus
zwei Formhälften 9.1 und 9.2. Dies ist insbesondere
für die Möglichkeit eines leichten Entformens
des Formlings gedacht.
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Gemäß der
Ausführungsform der 3 und 4 ist
ein Kreislauf 10 dargestellt, wobei in dem Kreislauf 10 insgesamt
sechs Formeneinsatzelemente 9 vorgehalten werden. Dabei
zeigt die 3 den Injektionszyklus bei geschlossenem
Spritzwerkzeug 6, 7 und 4 die geöffnete
Situation der Spritzwerkzeuge 6, 7. Dabei ist
jeweils seitlich des Mittelblocks 11 ein Spritzwerkzeug 6, 7 mit
Spritzaggregat 3, 4 angeordnet. Jedem Spritzwerkzeug 6, 7 ist
im Kreislauf 10 wenigstens eine Abkühlstation 15 und 16 nachgeschaltet,
wobei im Kreislauf entsprechend der Position 17 eine Entformstation
angeordnet ist. Zu dem kann auch im Kreislauf 10 eine Manipulationsstation 18 für
das Formeneinsatzelement 9 vorgesehen sein, die insbesondere
hier die Möglichkeit schafft, für den zweiten
Spritzvorgang die Form zu manipulieren.
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Wie
aus der Zusammenschau der 3 und 4 zu
erkennen ist, sind das Mittelblockelement 11 und das Werkzeugelement 7 und
wenigstens ein Spritzaggregat 7 zum Schließen
bzw. zum Öffnen der Spritzgießvorrichtung 1 bewegbar
auf dem Kreislauf 10 angeordnet.
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Bei
der Zugrundelegung des Kreislaufes 10 umfasst dieser folgende
Arbeitstakte für ein Formeneinsatzelement 9, wobei
ausgehend von der 3 in der geschlossenen Situation
des Spritzgießwerkzeuges 6 das Formeneinsatzelement 9 in
einer Position 1 mit der ersten Kunststoffkomponente verfüllt
wird.
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Wird
das Spritzgießwerkzeug 6 geöffnet, wie dies
in der 4 dargestellt ist, wird mittels der Transportvorrichtung 5 das
Formeneinsatzelement 9 auf die Position 2 verfahren,
wo hier die so genannte Abkühlung 15 erfolgt.
Nach einem weiteren Takt wird das Formeneinsatzelement 9 auf
die Position 3 verfahren, die in diesem Fall als Manipulierstation 18 ausgebildet
ist. In dieser Situation wird das Formeneinsatzelement 9 umgebaut,
um es so vorzuhalten, dass die zweite Kunststoffkomponente in die
Kavität 8 eingebracht werden kann. Nach einem
weiteren Takt, dargestellt in der 4, liegt
das Formeneinsatzelement 9 am Mittelblockelement 11 an,
wobei das Spritzwerkzeug 7 in der Position vier zugefahren wird,
so dass dann im geschlossenen Zustand des Spritzwerkzeuges 7 die
zweite Kunststoffkomponente in die Kavität 8 injiziert
werden kann. Dann erfolgt in einem weiteren Takt die Beförderung
des Formeneinsatzelementes 9 in eine weitere Abkühlstation 16, Position
fünf, wo entsprechend die zweite eingespritzte Kunststoffkomponente
auskühlen kann, bevor dann in einem sechsten Takt das Formeneinsatzelement 9 zu
der Entformstation 17, Position sechs, gelangt. Ist das
Formeneinsatzelement 9 entformt, so beginnt der Kreislauf 10 erneut,
wie eingangs beschrieben.
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- 1
- Spritzgießvorrichtung
- 2
- Kunststoffbauteil
- 3
- Spritzaggregat
- 4
- Spritzaggregat
- 5
- Transporteinrichtung
- 6
- Spritzwerkzeug
- 7
- Spritzwerkzeug
- 8
- Kavität
- 9
- Formeneinsatzelement
- 9.1
- Formhälfte
- 9.2
- Formhälfte
- 10
- Kreislauf
- 11
- Mittelblockelement
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Abkühlstation
- 16
- Abkühlstation
- 17
- Entformstation
- 18
- Manipulationsstation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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