DE102010014487A1

DE102010014487A1 - Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder druckbelasteten Formkörpern aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102010014487A1
Application number: DE201010014487
Authority: DE
Inventors: Dieter Busch; Mark Frister
Original assignee: Sensus Spectrum LLC
Current assignee: Sensus Spectrum LLC
Priority date: 2010-04-10
Filing date: 2010-04-10
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder druckbelasteten Formkörpern (12) aus Kunststoff unter Verwendung einer Spritzgussform (2) mit einer Haupt-Kavität (42), gekennzeichnet durch die Merkmale: – in die Spritzgussform (2) wird zusätzlich zu der Haupt-Kavität (42) wenigstens eine Extra-Kavität (46) eingearbeitet, wobei die wenigstens eine Extra-Kavität (46) mit der Haupt-Kavität (42) über einen Verbindungskanal (47) verbunden ist, – der Querschnitt des Verbindungskanals (47) wird so dimensioniert, dass während des Füllens der Haupt-Kavität (42) keine Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität (46) strömt, – die Haupt-Kavität (42) wird so mit Kunststoffschmelze gefüllt, dass sich – in Fließrichtung der Kunststoffschmelze gesehen – vor dem Verbindungskanal (47) eine Bindenaht (40) bildet, – der Fülldruck wird erhöht, bis Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität (46) fließt; wobei die beim Füllen der Haupt-Kavität (42) entstandene Bindenaht (40) durchströmt wird, – die Spritzgussform (2) wird geöffnet und der Formkörper (12) entnommen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder druckbelasteten Formkörpern aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 10 2005 042 579 A1 , die DE 37 32 703 A1 und die DE 37 40 531 A1 zeigen Verbundwasserzähler, deren Gehäuse eine obere Öffnung besitzen, durch die die messtechnischen Einbauten sich einsetzen und entnehmen lassen. Der druckdichte Verschluss der oberen Öffnung erfolgt durch einen Druckdeckel, der mit Hilfe von Befestigungsschrauben mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist. Zwecks Druckfestigkeit besteht der Druckdeckel aus Metall. Das Messwerk sitzt auf dem Druckdeckel. Wenn der Druckdeckel amagnetisch ausgeführt ist, z. B. aus Messing, kann die Rotation der Turbine mit Hilfe von Permanentmagneten zum Messwerk übertragen werden.
Aus den verschiedensten Gründen wird seit vielen Jahren versucht, die mit Trinkwasser in Berührung kommenden Armaturen nicht mehr aus Metall, insbesondere nicht mehr aus Messing herzustellen, sondern aus Kunststoff. Kunststoffe haben jedoch einige Eigenschaften, die eine besondere Anpassung an diese Verwendung nötig machen. Zum einen sind Kunststoffe deutlich weniger stabil als Metalle. Des Weiteren neigen Kunststoffe dazu, unter der Einwirkung von Dauerdruck- oder Dauerzugkräften nachzugeben. Des Weiteren diffundiert Wasser in die Kunststoffe ein und reduziert deren Festigkeit zusätzlich. Müssen aufgrund erhöhter Festigkeitsanforderungen die Kunststoffe mit Glas- oder Keramikfasern verstärkt werden, wird dadurch der Spritzvorgang erschwert.
Schließlich hat sich herausgestellt, dass die Art und Weise, wie sich die in die Spritzgussform eingespritzte Kunststoffschmelze darin verteilt und an welcher Stelle die sogenannten Bindenähte liegen, ausschlaggebend für die Festigkeit des fertigen Formkörpers ist. Spritzgussteile, bei denen die Bindenähte unglücklich positioniert sind, haben deutlich reduzierte Festigkeitswerte. Das ist unbefriedigend.
Bindenähte entstehen, wenn abgekühlte Fließfronten des in die Spritzgussform eingespritzten Kunststoffs aufeinandertreffen und sich deshalb nicht genügend stoffschlüssig verbinden können. Umfließt die Kunststoffschmelze beim Füllvorgang beispielsweise einen Kern, so kühlt die Schmelze an der Kernoberfläche ab, was zu einer starken Schwächung der Bindenaht führt.
Die Technik kennt einige Verfahren, um die Bindenahtqualität zu verbessern.
Eine erste Methode beruht darauf, die Fließfront gezielt aufzuheizen. So kann z. B. ein von der Kunststoffschmelze umflossener Kern beheizt werden, um das Abkühlen der Schmelze zu verringern oder zu vermeiden. Des Weiteren ist es bekannt, die Werkzeugoberfläche im Bereich der Bindenaht zum Zeitpunkt der Füllung kurzzeitig aufzuheizen. Dadurch wird die Schmelzfront erweicht und eine bessere Durchmischung des Materials im Bereich der Fließfront erreicht. Allerdings kann dadurch die Zykluszeit verlängert werden.
Bei Formteilen, die über mehrere Angüsse gleichzeitig gespritzt werden, lassen sich Bindenähte nicht vermeiden, da die verschiedenen Schmelzströme am Fließwegende aufeinanderstoßen. Durch den Einsatz des sogenannten Kaskaden-Spritzgießens wird die Kavität zu Beginn der Füllphase nur über eine Angussdüse gefüllt. Überströmt die Schmelzfront den nächsten Abschnitt, so wird die nächste Düse geöffnet und neue Schmelze in den vorhandenen Schmelzstrom eingespritzt. So können in mehreren Düsen große Fließwege überbrückt werden, ohne dass kalte Fließfronten aufeinanderstoßen. Allerdings ist eine aufwändige Steuerung der Angussdüsen nötig und die Zykluszeit wird verlängert.
Eine Verbesserung des Kaskaden-Spritzgießens lässt sich erreichen durch Verwendung entsprechend gesteuerter Heißkanaldüsen. Dazu wird die Kavität zunächst über alle Düsen gefüllt. Kurz vor der vollständigen Füllung oder während einer Nachdruckphase wird die restliche Kavität von nur noch einer Düse gefüllt. Dies führt zu einer Durchströmung des Bindenahtbereiches zwischen den Düsen. Auch hier ist eine aufwändige Steuerung der Angussdüsen nötig.
Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Bindenahtqualität eines Formteils zu verbessern, ist das sogenannte Gegentakt-Spritzgießen. Dabei wird die Kavität über zwei Spritzaggregate gefüllt, die voneinander unterschiedlich angesteuert werden können. Nach der Füllung durch beide Aggregate wird die Schnecke des einen Aggregats zurückgezogen, während das andere Aggregat weiter einspritzt. Dadurch wird der noch flüssige Kern der Bindenaht verschoben. Da für diese Vorgehensweise mehrere Spritzaggregate mit einer entsprechenden Steuerung notwendig sind, ist dieses Verfahren sehr aufwändig.
In allen Fällen wird versucht, die Bindenaht zu durchströmen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dabei wird nach dem Zusammentreffen der Fließfronten der plastische Kern der Bindenaht verschoben. Die im Querschnitt sonst eben verlaufende Bindenaht wird dadurch parabelförmig und ähnelt einer Nut-Feder-Verbindung. Am besten aber auch am aufwändigsten lässt sich dies durch die oben beschriebenen Verfahren Kaskaden-Spritzgießen und Gegentakt-Spritzgießen erreichen, die jedoch sehr aufwändig sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen unter Verwendung einer Spritzgussform mit einer Haupt-Kavität, in der das Formteil geformt wird, und wenigstens einem Kern anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, ein Durchströmen der Bindenaht zu ermöglichen, indem an den besonders kritischen Stellen Extra-Kavitäten bereitgestellt werden, in die Kunststoffschmelze hineinfließen kann, wobei der Kern der Bindenähte von heißer Kunststoffschmelze durchflossen wird und die oben erwähnte Parabelform entsteht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch geschicktes Positionieren der Extra-Kavitäten die Richtung der Fasern von faserverstärkten Kunststoffen gesteuert werden kann, z. B. parallel zueinander und senkrecht zur Kraftrichtung, wodurch die Druckfestigkeit des Kunststoffformteils erheblich gesteigert wird. Dabei werden nahezu die Eigenschaften des homogenen faserverstärkten Kunststoffs erreicht.
Die dabei entstehenden Extra-Formkörper können anschließend entfernt werden. Gegebenenfalls können diese Zusatzformkörper jedoch auch sinnvolle Funktionen erfüllen, bei denen es nicht auf Festigkeit ankommt.
Eine typische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Armaturen für druckbeaufschlagte Formkörper der Wasserinstallation, z. B. Gehäuse, Druckdeckel und Klemmringe von Wasserverbrauchszählern. Wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass Gehäuse und/oder Druckplatte aus Kunststoff bestehen. Kunststoff ist amagnetisch, so dass die Drehungen des Messorgans mit Hilfe von Permanentmagneten auf das Messwerk übertragen werden können. Außerdem übt der Kunststoff keinen nachteiligen Einfluss auf das zu messende Fluid, insbesondere Wasser, aus.
Vorzugsweise wird ein Kunststoff-Einspritzpunkt in der Spritzgussform so positioniert, dass sich wenigstens eine Bindenaht neben dem Verbindungskanal bildet.
Werden mehrere Kunststoff-Einspritzpunkte eingesetzt, werden diese so positioniert, dass sich die Bindenähte neben den Verbindungskanälen bilden.
Vorteilhafterweisen werden die mehreren Einspritzpunkte so angesteuert, dass die Bindenähte sich während des Einspritzens der Kunststoffschmelze neben den Verbindungskanälen bilden und dass bei der anschließenden Druckerhöhung Kunststoffschmelze in die Extra-Kavitäten fließt; wobei die beim Füllen der Haupt-Kavität entstandenen Bindenähte durchströmt werden.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch
1 eine erste Spritzgussform zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff,
2 eine zweite Spritzgussform zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff und
3 als Perspektive einen ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörper.
1 zeigt rein schematisch eine Spritzgussform 2 mit einer Haupt-Kavität 42 zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff. Die Kunststoffschmelze wird an einem Einspritzpunkt 1a in die Haupt-Kavität 42 eingespritzt und fließt mehr oder weniger gleichmäßig nach rechts und links. Dort, wo sich die beiden Teilströme treffen, entsteht eine Bindenaht 40. Da sich die Fronten der beiden Teilströme inzwischen etwas abgekühlt haben, besteht die Gefahr, dass die Bindenaht 40 eine deutlich reduzierte Festigkeit hat.
Um dies zu verhindern, ist in die Spritzgussform 2 eine Extra-Kavität 46 eingearbeitet, die mit der Haupt-Kavität 42 über einen Verbindungskanal 47 verbunden ist. Die Extra-Kavität 46 ist zur Bindenaht 40 seitlich versetzt. Querschnitt und/oder Richtung des Verbindungskanals 47 sind so gewählt, dass zunächst keine Kunststoffschmelze in den Verbindungskanal 47 eintritt. Dies geschieht erst, wenn der Spritzdruck erhöht wird, d. h. in der sog. Nachdruckphase. Während Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität 46 eintritt, wird die Bindenaht 40 durchströmt und es bildet sich die oben erwähnte parabelartige Fließfront.
2 zeigt die Verhältnisse, wenn die Kunststoffschmelze an vier Einspritzpunkten 1a, 1b, 1c, 1d in die Haupt-Kavität 42 eingespritzt wird. Dabei wird über die Einspritzpunkte 1a und 1b zunächst weniger Material eingespritzt als an den Einspritzpunkten 1c und 1d, um die Bindenähte 40 auf die gewünschte Seite neben die Verbindungskanäle 47 zu den Extra-Kavitäten 46 zu legen. Während der Nachdrückphase wird der Spritzdruck an den Einspritzpunkten 1a und 1b erhöht, so dass die Bindenähte 40 durchströmt werden, während sich die Extra-Kavitäten 46 füllen.
Die 3 zeigt einen in einer Spritzgussform ähnlich der in 2 dargestellten hergestellten Klemmring 12. Der Klemmring 12 besitzt vier kräftemäßig hoch beanspruchte Befestigungsöffnungen 14. Zur Herstellung der Befestigungsöffnungen 14 sind in der Hauptkavität 42 vier Kerne (in 2 nicht dargestellt) erforderlich. Um eine möglichst gleichmäßige Füllung der Hauptkavität 42 zu erreichen, sind die vier Einspritzpunkte 1a, 1b, 1c, 1d vorgesehen. Die hier eingespritzte Kunststoffschmelze umfließt die Kerne auf beiden Seiten, um sich auf der Rückseite zu vereinigen und dort die Bindenähte zu bilden, durch die es zu der bekannten Reduzierung der Festigkeit kommt, was im Bereich der Befestigungsöffnungen jedoch denkbar unerwünscht ist und durch die vier Extra-Kavitäten 46 verhindert wird.
Um das Durchströmen der Bindenaht zu ermöglichen, sind die Verbindungskanäle 47 gegenüber den in der Füllphase der Haupt-Kavität 42 auf Grund des Umströmens der Kerne sowie des Zusammenströmens von Material benachbarter Einspritzpunkte 1a, 1c, 1d; 1b, 1c, 1d; 1c, 1a, 1b; 1d, 1a, 1b entstehenden Bindenähten seitlich versetzt.
Durch diese Maßnahmen gelingt es, die Bindenähte in der Nachdrückphase, wenn die Kunststoffschmelze durch die Verbindungskanäle 47 in die Extra-Kavitäten 46 gedrückt wird, so zu durchströmen, dass die Festigkeit des fertigen Formkörpers 12 auch im Bereich der Befestigungsöffnungen 14 nur unwesentlich reduziert ist.
Die in den Extra-Kavitäten gebildeten Extra-Formkörper 16 und Stiele 17 werden vor der Weiterverwendung des Formkörpers 12 abgetrennt. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Extra-Formkörpern 16 eine Form zu geben, die eine Weiterverwendung, z. B. als Typenschild, Handgriff oder dergleichen, möglich macht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005042579 A1 [0002]
DE 3732703 A1 [0002]
DE 3740531 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder druckbelasteten Formkörpern (12) aus Kunststoff unter Verwendung einer Spritzgussform (2) mit einer Haupt-Kavität (42), gekennzeichnet durch die Merkmale: – in die Spritzgussform (2) wird zusätzlich zu der Haupt-Kavität (42) wenigstens eine Extra-Kavität (46) eingearbeitet, wobei die wenigstens eine Extra-Kavität (46) mit der Haupt-Kavität (42) über einen Verbindungskanal (47) verbunden ist, – der Querschnitt des Verbindungskanals (47) wird so dimensioniert, dass während des Füllens der Haupt-Kavität (42) keine Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität (46) strömt, – die Haupt-Kavität (42) wird so mit Kunststoffschmelze gefüllt, dass sich – in Fließrichtung der Kunststoffschmelze gesehen – vor dem Verbindungskanal (47) eine Bindenaht (40) bildet, – der Fülldruck wird erhöht, bis Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität (46) fließt; wobei die beim Füllen der Haupt-Kavität (42) entstandene Bindenaht (40) durchströmt wird, – die Spritzgussform (2) wird geöffnet und der Formkörper (12) entnommen.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – in der Spritzgussform (2) wird wenigstens ein Einspritzpunkt (1a) so positioniert, dass sich die Bindenaht (40) neben dem Verbindungskanal (47) bildet,
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – in der Spritzgussform (2) werden mehrere Einspritzpunkte (1a, 1b, 1c, 1d) so positioniert, dass sich die Bindenähte (40) neben den Verbindungskanälen (47) bilden,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – bei mehreren Einspritzpunkten (1a, 1b, 1c, 1d) werden diese so angesteuert, dass die Bindenähte (40) sich während des Einspritzens der Kunststoffschmelze neben den Verbindungskanälen (47) bilden und dass bei der anschließenden Druckerhöhung Kunststoffschmelze in die Extra-Kavitäten (46) fließt; wobei die beim Füllen der Haupt-Kavität (42) entstandenen Bindenähte (40) durchströmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die in der Extra-Kavität (46) und dem Verbindungskanal (47) gebildeten Extra-Formkörper (16, 17) werden abgetrennt.