DE102008019873A1

DE102008019873A1 - Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren

Info

Publication number: DE102008019873A1
Application number: DE102008019873A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kahmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hohlraum-Kunststoff-Spritzgießverfahren basierend auf einem flüssigen Druckmedium, aufweisend Schritte zum Einlegen eines plastifizierten Kunststoff-Halbzeugs in eine Kunststoffspritzgießform und zum Einleiten des flüssigen Druckmediums in das Kunststoff-Halbzeug über einen Einleitungskanal. Es ist vorgesehen, dass - das flüssige Druckmedium unter einen vorgebbaren Betriebsdruck gesetzt wird, - in das flüssige Druckmedium ein mit einem vorgebbaren Druck komprimiertes Gasmedium eingeleitet wird, - nach einem erfolgten Aufblasvorgang und einem Erstarren des Kunststofferzeugnisses das flüssige, Gasmedium enthaltende, Druckmedium überdrucklos gemacht wird, wobei das in dem flüssigen Druckmedium aufgelöste komprimierte Gasmedium aus dem flüssigen Druckmedium austritt und eine unter einem Druck stehende Gasblase bildet, deren Überdruck das entgaste flüssige Druckmedium aus der Kunststoffspritzgießform zum Entleeren herausdrückt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, ein Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-System zum Ausführen dieses Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahrens und ein mit diesem Verfahren hergestelltes Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Erzeugnis mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, dünnwandige und hohlräumige Kunststofferzeugnisse mit einem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren herzustellen. Hierbei wird eine Kunststoffschmelze in ein Werkzeug eingespritzt oder eingelegt und dann ein Gasmedium oder ein flüssiges Druckmedium unter Druck in diese Schmelze injiziert. Bei dem flüssigen Druckmedium handelt es sich meistens um Wasser, welches vor allem deshalb zur Anwendung kommt, um das fertige Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnis schneller abkühlen und entformen zu können. Nachteilig ist hierbei jedoch die relativ aufwendig zu betreibende Entleerung des flüssigen Druckmediums aus dem Hohlraum eines fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnisses. Es werden im Wesentlichen zwei Entleerungsverfahren angewendet. Bei einem dieser Verfahren fließt das flüssige Druckmedium aus dem Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnis unter eigener Schwerkraft ab, wodurch eine zusätzliche Belüftungsöffnung, möglichst an einer in vertikaler Ausrichtung höchsten Position erforderlich ist, die im fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnis eine durchgehende Öffnung bildet und eine Verbindung mit dem atmosphärischen Druck herstellt, damit Luft in den Hohlraum anstelle des abfließenden flüssigen Druckmediums einströmen kann. Ein derartiges selbsttätiges Abfließen des flüssigen Druckmediums nimmt eine relativ lange Zeit in Anspruch. In einem verbesserten Entleerungsverfahren wird in den Hohlraum eines fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnisses Druckgasmedium, meistens Druckluft eingeblasen, wodurch eine höhere Druckdifferenz und damit schnellere und effizientere Entleerung ermöglicht wird. In beiden Fallen müssen mindestens zwei Injektorenöffnungen in dem Werkzeug eingerichtet werden. Anstelle einer an einer in vertikaler Ausrichtung höchsten Position angeordneten Injektoröffnung, kann eine Injektoröffnung von einer beliebigen Position aus vorgesehen sein, vorteilhaft jedoch, wenn sie gleich neben der an einer untersten in vertikaler Ausrichtung Position der Entleerungsöffnung vorgesehen ist, weil dadurch das Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnis keine zweite Öffnung aufweisen muss. Konstruktionsbedingt muss das System zum Injizieren der Druckluft entsprechende technische Mittel aufweisen, die das System komplizierter und teuerer machen. Die Entleerungsöffnung wird hierbei oft auch als der Injektionskanal verwendet, über welchen das flüssige Druckmedium in einem vorherigen Schritt in die Kunststoffschmelze injiziert wird. Einige der bekannten Verfahren verwenden ein Gasdruckmedium, welchem jedoch zum Zwecke der Abkühlung des fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnisses eine mehr oder weniger große Wassermenge beigegeben wird.
Die DE 10 2007 031 248 A1 offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen eines Formteils aus Kunststoff in einer Spritzgießvorrichtung, wobei schmelzflüssiges Kunststoffmaterial in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt wird und wobei zur Bildung eines Hohlraums im Inneren des Formteils in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial ein Fluid mittels mindestens eines Einspritzelements injiziert wird. Um die Ergebnisse eines derartigen Verfahrens zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass das Einspritzen des Fluids in das Kunststoffmaterial so erfolgt, dass zunächst ein Verschlusselement des Einspritzelements in eine Position gebracht wird, in welcher der Austritt von Fluid aus dem Einspritzelement und in die Schmelze unterbunden ist, dass dann bei mit dem Verschlusselement verschlossenem Fluidaustritt des Einspritzelements in einer Fluidversorgungsleitung, die das Einspritzelement mit Fluid versorgt, ein Überdruck im Fluid aufgebaut wird und dass beim Vorliegen eines definierten Vorspanndruckes im Fluid und/oder beim Vorliegen eines definierten Zeitpunktes der Fluidaustritt des Einspritzelements geöffnet wird, um den Eintritt des Fluids in das Kunststoffmaterial zu ermöglichen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spritzgießvorrichtung zum Spritzgießen eines Formteils aus Kunststoff.
Die DE 10 2005 049 919 A1 offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen von mindestens einen Hohlraum aufweisenden Formteilen aus thermoplastischem Kunststoffmaterial, das die Schritte aufweist: a) Einspritzen einer vorgegebenen Menge von thermoplastischer Kunststoffschmelze von einer Einspritzeinheit entlang eines Schmelzfließweges in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs; b) Einspritzen eines Fluids in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial, so dass dieses mindestens teilweise an die Wandungen der Kavität gepresst wird; c) Abkühlenlassen des Kunststoffmaterials, bis dieses selbsttragend das Formteil bildet; d) Entformen des Formteils aus der Kavität des Spritzgießwerkzeugs. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass als Fluid, das gemäß Schritt b) in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial eingespritzt wird, ein Gas eingesetzt wird, wobei während oder nach Schritt b) und vor Schritt c) dem Gas ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, zugesetzt wird.
Die DE 10 2005 048 082 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von mithilfe des Gasinnendruckverfahrens hergestellten Formteilen, das die folgenden Schritte aufweist: a) Einspritzen einer vorgewählten Menge Kunststoff, b) Einspritzen eines Gases mit ausreichendem Druck in die Schmelze, was die Füllung des Formnestes bewirkt, c) Abkühlen des Kunststoffes, d) Entformen des Formteiles (4), sobald es formstabil ist. Es ist vorgesehen, dass unmittelbar vor der Einspritzung des Gases in die Gasleitung zwischen Druckregelventil und der Gaseinspritzung im Formnest ein Kühlmedium möglichst ortsnah der Gaseinspritzung eingebracht wird.
Die DE 10 2004 058 058 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit mindestens einem Hohlkanal nach dem Spritzgießverfahren, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) Einbringen einer Kunststoffschmelze in eine eine Kontur des herzustellenden Kunststoffformteils zumindest teilweise abbildende Kavität eines Spritzgießwerkzeugs;
(b) Injektion einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit über einen ersten Anschnitt des Spritzgießwerkzeugs in die eingebrachte Kunststoffschmelze, so dass durch die eindringende Flüssigkeit ein Hohlkanal innerhalb der Schmelze geformt und die überschüssige Kunststoffschmelze zusammen mit der Flüssigkeit über einen zweiten Anschnitt aus der Kavität in eine mit dieser verbundene Nebenkavität abgeführt wird;
(c) Ausbringung der Restflüssigkeit aus der Kavität;
(d) Verfestigenlassen der Kunststoffschmelze bis zur Bildung eines festen Formteils;
(e) Entformen des Formteils aus der Kavität des Spritzgießwerkzeugs.

Es ist vorgesehen, dass die Abführung der Kunststoffschmelze und der Flüssigkeit im Wesentlichen tangential zu der Strömungsrichtung der Kunststoffschmelze und der Flüssigkeit im sich formenden Hohlkanal erfolgt.
Die DE 000010114414 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Spritzgießen von mindestens einen Hohlraum aufweisenden Formteilen aus Kunststoffmaterial, die aufweist: Mittel zum Einspritzen von Kunststoffschmelze entlang eines Schmelzefließweges in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs und Mittel zum Einspritzen eines Fluids in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial, wobei die Mittel zum Einspritzen eines Fluids ausgelegt sind, um eine Flüssigkeit mit vorgegebenem Druck und vorgegebener Menge einzuspritzen. Es ist vorgesehen, dass die Mittel zum Einspritzen einer Flüssigkeit aus einem ersten Teilelement bestehen, das zentral und entfernt vom Spritzgießwerkzeug angeordnet ist und mindestens ein Spritzgießwerkzeug versorgt, und aus mindestens einem zweiten Teilelement besteht, das in unmittelbarer Nähe des Spritzgießwerkzeugs angeordnet ist, sowie einem dritten Teilelement, das mindestens während des Einspritzens der Flüssigkeit am Spritzgießwerkzeug lokal angeordnet ist.
Allen diesen bekannten Verfahren ist eigen, dass entweder mehr als ein Injektionskanal oder eine zusätzliche Gasinjektionsvorrichtung und entsprechende Steuerung nötig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren die Effizienz der Entleerung eines flüssigen Druckmediums und der Abkühlung eines Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Erzeugnisses zu verbessern. Ferner soll hierbei nach Möglichkeit die Anzahl zum Injizieren und zum Entleeren benötigter Kanalöffnungen in einem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Werkzeug minimiert werden, um hierdurch eine einfachere und wirtschaftlichere Werkzeugkonstruktion zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung geht von einem Hohlraum-Kunststoff-Spritzgießverfahren basierend auf einem flüssigen Druckmedium aus, aufweisend Schritte zum Einlegen eines plastifizierten Kunststoff-Halbzeugs in eine Kunststoffspritzgießform und zum Einleiten des flüssigen Druckmediums in das Kunststoff-Halbzeug über einen Einleitungskanal.
Dadurch, dass

– das flüssige Druckmedium unter einen vorgebbaren Betriebsdruck gesetzt wird,
– in das flüssige Druckmedium ein mit einem vorgebbaren Druck komprimiertes Gasmedium eingeleitet wird.
– nach einem erfolgten Aufblasvorgang und einem Erstarren des Kuststofferzeugnisses das flüssige, das eingeleitete Gasmedium enthaltende Druckmedium überdrucklos gemacht wird, wobei
– das in dem flüssigen Druckmedium aufgelöste komprimierte Gasmedium aus dem flüssigen Druckmedium austritt und eine unter einem Druck stehende Gasblase bildet, deren Überdruck das entgaste flüssige Druckmedium aus der Kunststoffspritzgießform zum Entleeren herausdrückt,

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird das Gasmedium in das flüssige Druckmedium vor oder nach dem Einleiten des flüssigen Druckmediums in das Kunststoff-Halbzeug eingebracht. Vorteilhaft kann das flüssige Druckmedium in einem Druckbehälter aufbereitet sein, welches eventuell transportierbar ist. Alternativ kann das Gasmedium in das flüssige Druckmedium unmittelbar vor seinem Injizieren in die Kunststoffschmelze eingeleitet werden. Ferner kann das Gasmedium in einer alternativen Ausführung in das flüssige Druckmedium unmittelbar nach seinem Injizieren in die Kunststoffschmelze des Kunststoff-Halbzeuges direkt eingeleitet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird der Einleitungskanal auch zum Entleeren eines fertiggestellten hohlräumigen Kunststofferzeugnisses verwendet. Hierdurch entfällt ein zusätzlicher Entleerungskanal, so dass die Anzahl der in dem Werkzeug vorzusehender Injektionskanäle um wenigstens einen Kanal reduziert werden kann.
Dieser Einleitungskanal ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft an einem in Bezug auf die Schwerkraft tiefsten Punkt des Hohlraums der Kunststoffspritzgießform angeordnet. Dies gewährleistet, dass beim Entleeren des flüssigen Druckmediums aus einem fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnis das gesamte flüssige Druckmedium aus seinem Hohlraum herausgedrückt werden kann.
Damit es in dem Hohlraum des fertigen Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnisses keine Rückhalteräume für das herausfließende flüssige Druckmedium gibt, wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der in Form des Kunststofferzeugnisses ausgebildete Hohlraum innerhalb der oder zusammen mit der Kunststoffspritzgießform derart positioniert, dass die Innenflächen des Hohlraums keine einen vollständigen Abfluss verhindernden Vertiefungen oder Kavitäten ausbilden. Falls eine derartige, für ein vollständiges Abfließen des flüssigen Druckmediums notwendige räumliche Anordnung bzw. Ausrichtung des Hohlraums nicht möglich ist, muss dementsprechend jeweils eine weitere Entleerungsöffnung an einer tiefsten Stelle einer solchen anders nicht entleerbaren Vertiefung oder Kavität zusätzlich vorgesehen werden oder alternativ dazu das Werkzeug geneigt werden, bis das flüssige Druckmedium aus allen derartigen rückhaltenden Vertiefungen abfließt.
Vorzugsweise wird als das flüssige Druckmedium das Wasser und als das Gasmedium das CO2-Gas verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird als das plastifizierte Kunststoff-Halbzeug ein thermoplastischer Kunststoff verwendet und seine plastische Verformbarkeit (die Plastifizierung) durch eine vorhergehende Erwärmung auf eine bestimmte Betriebs-Temperatur erreicht. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird als das plastifizierte Kunststoff-Halbzeug ein aufgeschäumter Kunststoff verwendet.
Besonders vorteilhaft wirkt sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung die physikalische Eigenschaft expandierender Gase, mit dem abfallenden Druck eine niedrigere Temperatur einzunehmen, aus, so dass das aus dem flüssigen, drucklos gemachten Druckmedium austretende Gasmedium das fertige Kunststofferzeugnis abkühlt. Durch diese zusätzliche Abkühlung wird die zum Entformen erforderliche Erstarrung des Kunststoffs in einer kürzeren Zeit erreicht und somit die Leistung des Herstellprozesses erhöht, wodurch pro Zeiteinheit eine größere Anzahl von Hohlraum-Kunststoff-Erzeugnissen hergestellt werden kann.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäßen Aufgaben mit einem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-System zum Ausführen des Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahrens nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen erreicht, welches ein Mittel zum Einleiten eines komprimierten Gasmediums in das flüssige Druckmedium aufweist.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäßen Aufgaben mit einem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Erzeugnis erreicht, welches mit dem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen hergestellt ist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007031248 A1 [0003]
- DE 102005049919 A1 [0004]
- DE 102005048082 A1 [0005]
- DE 102004058058 A1 [0006]
- DE 000010114414 A1 [0008]

Claims

Hohlraum-Kunststoff-Spritzgießverfahren basierend auf einem flüssigen Druckmedium, aufweisend Schritte zum Einlegen eines plastifizierten Kunststoff-Halbzeugs in eine Kunststoffspritzgießform und zum Einleiten des flüssigen Druckmediums in das Kunststoff-Halbzeug über einen Einleitungskanal, dadurch gekennzeichnet, dass – das flüssige Druckmedium unter einen vorgebbaren Betriebsdruck gesetzt wird, – in das flüssige Druckmedium ein mit einem vorgebbaren Druck komprimiertes Gasmedium eingeleitet wird, – nach einem erfolgten Aufblasvorgang und einem Erstarren des Kuststofferzeugnisses das flüssige, Gasmedium enthaltende Druckmedium überdrucklos gemacht wird, wobei – das in dem flüssigen Druckmedium aufgelöste komprimierte Gasmedium aus dem flüssigen Druckmedium austritt und eine unter einem Druck stehende Gasblase bildet, deren Überdruck das entgaste flüssige Druckmedium aus der Kunststoffspritzgießform zum Entleeren herausdrückt.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasmedium in das flüssige Druckmedium vor oder nach dem Einleiten des flüssigen Druckmediums in das Kunststoff-Halbzeug eingebracht wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleitungskanal auch zum Entleeren eines fertiggestellten hohlräumigen Kunststofferzeugnisses verendet wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleitungskanal an einem tiefsten in Bezug auf die Schwerkraft Punkt des Hohlraums der Kunststoffspritzgießform angeordnet ist.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Form des Kunststofferzeugnisses ausgebildete Hohlraum innerhalb der oder zusammen mit der Kunststoffspritzgießform derart positioniert wird, dass die Innenflächen des Hohlraums keine einen vollständigen Abfluss des flüssigen Druckmediums verhindernden Vertiefungen oder Kavitäten ausbilden.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das flüssige Druckmedium Wasser verwendet wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Gasmedium das CO2-Gas verwendet wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das plastifizierte Kunststoff-Halbzeug ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird und seine plastische Verformbarkeit (die Plastifizierung) durch eine vorhergehende Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur erreicht wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das plastifizierte Kunststoff-Halbzeug ein aufgeschäumter Kunststoff verwendet wird.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem flüssigen, drucklos gemachten Druckmedium austretende Gasmedium das fertige Kunststofferzeugnis abkühlt.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-System zum Ausführen des Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Mittel zum Einleiten eines komprimierten Gasmediums in das flüssige Druckmedium.
Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Erzeugnis, hergestellt nach dem Hohlraum-Kunststoffspritzgieß-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.