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Die Erfindung betrifft ein Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren zur Herstellung langgestreckter Bauteile, wobei ein Spritzwerkzeug mit einer Mehrzahl von Kavitäten verwendet wird.
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Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren sind grundsätzlich bekannt. Sie sind in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialkomponenten in einem zusammenhängenden Spritzgussverfahren durch eine Mehrzahl von Formkavitäten hergestellt werden. Zunächst wird ein erstes Material in eine erste Form eingespritzt, dann wird das zumindest teilweise ausgehärtete Material unter eine zweite Kavität gefahren und die zweite Kavität auf der Oberfläche der ersten Kavität abgedichtet. Sodann wird das zweite Material in die zweite Kavität eingespritzt und kann sich aufgrund der freiliegenden Oberfläche mit dem ersten Material fest, d. h. in der Regel unlösbar, verbinden. Derartige Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, bei denen Spritzwerkzeuge mit einer Mehrzahl von Kavitäten eingesetzt werden, zeichnen sich dadurch aus, dass der Rand der zweiten Kavität mit dem die erste Kavität umfassenden Werkzeugteil abdichtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile aus einem niedrigviskosen Grundmaterial in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren herstellen zu können, wobei ein Spritzwerkzeug mit einer Mehrzahl von Kavitäten verwendet wird, und wobei insbesondere Dichtprobleme im Seitenbereich der aneinander anliegenden Formteile aufgrund der Werkzeuglänge vermieden werden. Angestrebt wird insbesondere, langgestreckte flexible Leuchtmittel spritzen zu können, insbesondere Leuchtschnüre und dergleichen, wobei die Erfindung aber nicht auf die Herstellung dieser Bauelemente beschränkt ist.
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Die Erfindung wird dadurch gelöst, dass zunächst ein Dichtelement in einer ersten Kavität des Spritzwerkzeuges gespritzt wird. Nach einer zumindest teilweisen Verfestigung wird der Thermoplastträger unter eine zweite Kavität gefahren, dann wird die zweite Kavität auf der Oberseite des vorgespritzten Dichtelementes abgedichtet und ein zweites verfestigbares Material zur Bildung des eigentlichen Bauteils eingespritzt. Sobald das Material in der zweiten Kavität ausgehärtet ist, kann das Bauteil aus der zweiten Kavität des Spritzwerkzeuges entnommen werden.
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Als niedrigviskoses Grundmaterial ist hierbei ein Material mit einer Viskosität mit Werten zu verstehen, wie sie beispielsweise bei den Materialien Polyurethan, Silikon, Polypropylen und Polyethylen zu finden sind. Die Grundmaterialien sind auf die nur beispielhaft aufgezählten niedrigviskosen Materialien allerdings nicht beschränkt. Vorzugsweise kann Material als niedrigviskoses Material gelten, das eine gleiche oder geringere Viskosität als das Material Polyurethan aufweist.
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Je nach Verschleiß ist es möglich, den Thermoplastträger in der ersten Kavität unter die zweite Kavität zu bewegen, d. h. eine Relativbewegung der Kavitäten ist angesprochen. Der Thermoplastträger kann innerhalb des Werkzeuges auch transportiert werden, d. h. er wird aus seiner Spritzkavität entfernt und dann gesondert als abdichtender Träger unter die zweite Kavität verfahren.
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Der Thermoplastträger und das Bauteil können gemeinsam aus dem Werkzeug geformt und außerhalb der Spritzgussmaschine voneinander getrennt werden. Dies bedeutet, dass der gespritzte Thermoplastträger nur einmal verwendet wird. Es ist aber auch möglich, den Thermoplastträger für weitere Spritzzyklen zur Verbindung in einem das Bauteil bildenden Material in der ersten Kavität zu belassen.
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Zur Bewegung des Thermoplastträgers unter die zweite Kavität des Werkzeuges sind Drehteller, Wendeplatten, Schiebesysteme oder eine Indexplatte einsetzbar, d. h. Systeme, wie sie in der Spritztechnik allgemein bekannt sind.
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Zu einer besonders guten Abdichtung ist zweckdienlich, die zweite Kavität mit einer Berandung zu versehen, die sich leisten- oder linienartig in die Oberfläche des Thermoplastträgers dichtend eindrückt. Die Eindrücktiefe und die dazu aufzuwendenden Kräfte hängen von den zu spritzenden Materialien, insbesondere auch von dem Material des Thermoplastträgers ab. Dabei erfolgt die Abdichtung der zweiten Kavität durch eine Materialpaarung Metall/Kunststoff, wobei der Thermoplastträger vorzugsweise aus Polypropylen oder Polyethylen gespritzt wird. Das Bauteil selbst kann aus Polyurethane, Silikon oder aus zum Beispiel Elastomeren hergestellt werden. Alle Materialien, die sich mit dem Material des Thermoplastträgers nicht dauerhaft verbinden, erscheinen hierfür geeignet zu sein. Allerdings hat sich die Materialpaarung Polypropylen einerseits und Polyurethane, Silikon andererseits als besonders vorteilhaft erwiesen, um die vorstehend bereits genannten Leuchtschnüre oder langgestreckten elastischen Leuchtmittel zu spritzen.
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Der Thermoplastträger kann einem Recyclingverfahren zugeführt und nach Zerkleinerung als Rohmaterial in den Prozess zur Herstellung des Thermoplastträgers erneut eingebracht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich bevorzugt für die Herstellung von langgestreckten Bauteilen und Leuchtschnüren erwiesen. Als langgestrecktes Bauteil gilt hierbei ein Bauteil, das ein Längen- zu Breitenverhältnis von wenigstens 3:1, vorzugsweise wenigstens 10:1, besonders bevorzugt von wenigstens 20:1 aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Bauteil, insbesondere ein langgestrecktes und/oder flexibles Leuchtmittel in Form einer Leuchtschnur, das oder die durch ein mehrkomponentiges Spritzgussverfahren hergestellt wird, wobei wenigstens eine der Außenseiten des langgestreckten Bauteils durch einen in derselben Spritzgussvorrichtung hergestellten Thermoplastträger, der eine Dichtungsplatte bildet, geformt wird.
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Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert, wobei die Zeichnungsfiguren lediglich schematischer Natur sind. Die Form des Bauteils ist bei den Ausführungsbeispielen im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig dargestellt, es liegen aber auch andere Querschnittsformen im Rahmen der Erfindung. Bedeutungsvoll ist lediglich, dass die zweite Kavität in ihrem abdichtenden Bereich derart dimensioniert ist, dass in ihrem abzudichtenden Bereich eine Materialpaarung Metall/Kunststoff hergestellt werden kann, wobei der Thermoplastträger als abdichtendes Formteil dient. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei besonders langgestreckten Bauteilen und damit langgestreckten Thermoplastträgern der Thermoplastträger in seiner Kavität verbleibt, weil dann eine sehr gute Unterstützung des Thermoplastträgers des nachfolgenden zweiten Spritzvorgangs erfolgen kann. Grundsätzlich ist es möglich, eine Mehrzahl von Thermoplastträgern vorzuspritzen und als Thermoplastträgerreihe oder -gruppe zur Abdichtung ein und derselben zweiten Kavität heranzuziehen.
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Alternativ zu oben beschriebenem Verfahren kann das Dichtelement gesondert vorgespritzt und später in ein Werkzeug zur Ausführung der Dichtfunktion eingesetzt werden. Damit kann der Dichtrahmen oder der Thermoplastträger in einem gesonderten Verfahrensschritt oder ggf. in einer gesonderten Vorrichtung hergestellt, in eine weitere Vorrichtung eingesetzt und dort als Dichtmittel zur Herstellung für das Bauteil verwendet werden. Dies bedeutet, dass der Thermoplastträger oder der Dichtrahmen nicht in der gleichen Schiene wie das Bauteil selbst hergestellt werden muss.
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Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen
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1: eine schematische Draufsicht auf einen Thermoplastträger mit einem darauf gespritzten Formteil (Bauteil);
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2: einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II aus 1 des Thermoplastträgers/Formteils;
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3: eine Schnittdarstellung durch eine Spritzform, wobei die erste Kavität in der ersten Formhälfte mit einer zweiten Formhälfte zur Bildung des Vorspritzlings verschlossen ist;
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4: eine Schnittdarstellung durch ein Spritzwerkzeug, bei welchem eine die zweite Formhälfte ersetzende dritte Formhälfte mit einer zweiten Kavität über der ersten Kavität angeordnet ist;
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5a–5f: einen schematischen Ablauf des Mehrkomponenten-Spritzgussverfahrens unter Heranziehung einer Wendeplatte;
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6: eine schematische Draufsicht auf einen Dichtrahmen mit einem darauf gespritzten Formteil;
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7: einen Schnitt gemäß Schnittlinie VII-VII aus 6 des Dichtrahmens/Formteils;
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8: eine Schnittdarstellung durch eine Spritzgießform, zur Bildung des Dichtrahmens unter Verwendung einer ersten und einer zweiten Formhälfte;
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9: eine Schnittdarstellung durch eine Spritzgießform bestehend aus einer ersten und einer dritten Formhälfte zur Bildung einer zweiten Kavität für das Formteil;
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10: eine schematische Draufsicht auf einen Dichtrahmen mit einem darauf gespritzten Formteil;
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11: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie XI-XI aus 10 des Dichtrahmens/Formteils;
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12: eine im Schnitt dargestellte Spritzform, wobei die gebildeten Kavitäten der ersten und zweiten Formhälfte zur Bildung des Dichtrahmens und eines Formteilelementes dient;
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13: eine Schnittdarstellung durch ein Spritzwerkzeug, das aus einer ersten und einer dritten Formhälfte zusammengesetzt ist und die Kavität der dritten Formhälfte zur Bildung des Formteils dient.
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Zunächst wird auf Zeichnungsfiguren 1 und 2 Bezug genommen. Dort ist in 1 eine Draufsicht auf ein langgestrecktes Bauteil 1, das auf einem Thermoplast-Dichtelement 2 aufgespritzt ist, dargestellt. Der auf dem Thermoplast-Dichtelement 2 aufgebaute Formkörper bildet das eigentliche Bauteil 1. In Zeichnungsfigur 2 ist ein Schnitt durch das Bauteil 1 und das thermoplastische Dichtelement 2 gemäß der Schnittlinie II-II aus 1 dargestellt.
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Die wesentlichen Verfahrensschritte des Mehrkomponenten-Spritzgussverfahrens lassen sich aus den Zeichnungsfiguren 3–5f erkennen. Das Spritzwerkzeug 3 weist hierbei eine Mehrzahl von Kavitäten 4, 5 auf und ist mehrteilig ausgebildet. In einem ersten Schritt wird das Thermoplast-Dichtelement 2 in einer ersten Kavität 4 einer ersten Werkzeughälfte 6, die Teil des Spritzgießwerkzeuges 3 durch Spritzgießen ist, gebildet. Hierzu wird die erste Werkzeughälfte 6 durch eine zweite Werkzeughälfte 7 verschlossen, sodass die Kavität 4 gebildet und das Thermoplast-Dichtelement 2 erzeugt wird. Anschließend wird das Dichtelement 2 unter eine zweite Kavität 5 angeordnet, wobei die zweite Kavität 5 durch Aufsetzen einer dritten Werkzeughälfte 8 (anstelle der zweiten Werkzeughälfte 7) auf die erste Werkzeughälfte 6 gebildet wird, vgl. 4. Durch das Aufsetzen der dritten Werkzeughälfte 8 wird der Rand der zweiten Kavität 5 auf einer Oberfläche des Dichtelementes 2 abgedichtet. Anschließend erfolgt das Einspritzen eines befestigbaren Materials in die zweite Kavität 5 zur Bildung des Bauteils 1. Nach Aushärten oder Teilaushärten des Materials in der zweiten Kavität 5 wird dieses bzw. das Bauteil 1 aus dem Spritzwerkzeug 3 entnommen.
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Das in der Zeichnungsfigur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst ein Dichtelement 2, das als flächiger Thermoplastträger 9 ausgebildet ist, der den Rand der zweiten Kavität 5 abdichtet und auf den das verfestigbare Material zur Bildung des Bauteils 1 unmittelbar aufgespritzt wird, wobei das Material zur Bildung des Bauteils 1 derart gewählt wird, dass es sich mit dem Thermoplastträger 9 bzw. dem Dichtelement 2 nicht dauerhaft verbindet. Beispielsweise kann der Thermoplastträger 9 als Träger für das Bauteil 1 auch in dem aus dem Spritzwerkzeug 3 entnommenen Zustand dienen. Unter einer nicht dauerhaften Verbindung des Thermoplastträgers 9 bzw. des Dichtelementes 2 und dem Bauteil 1 ist gemeint, dass das Bauteil zwar an dem Dichtelement 2 bzw. dem Thermoplastträger 9 anhaften kann, jedoch eine Trennung des Bauteiles 1 von dem Träger 9 bzw. dem Dichtelement 2 ohne größeren Aufwand, insbesondere ohne Zerstörung des Bauteils 1, ausführbar ist. Vorzugsweise lasst sich die Trennung derart ausführen, dass weder das Bauteil 1 noch der Thermoplastträger 9 oder das Dichtelement 2 eine Beschädigung erfährt. So kann es vorgesehen sein, dass nach dem Spritzvorgang des Bauteils 1, der Thermoplastträger 9 und das Bauteil 1 gemeinsam aus dem Werkzeug 3 entnommen und außerhalb der Spritzgussmaschine voneinander getrennt werden können.
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Das Dichtelement 2 kann zusätzlich oder alternativ zu der Ausgestaltung als Thermoplastträger 9 auch als ein Dichtrahmen 10 ausgebildet sein, der eine Formfläche der ersten Werkzeughälfte umschließt, indem die erste Kavität 4 angeordnet ist und wobei der Rand der zweiten Kavität 5 auf den Dichtrahmen 10 abdichtet und das Material zur Bildung des Bauteils 1 auf die vom Dichtrahmen 10 umgebene Formfläche gespritzt wird. Der Dichtrahmen 10 bildet dabei nicht zwangsläufig ein Tragelement für das Bauteil 1, sondern ist auf die Dichtfunktion konzentriert bzw. auf den für die Abdichtung relevanten Kantenbereich im Zusammensetzpunkt der ersten und dritten Formhälfte 6, 7.
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Der Dichtrahmen 10 oder der Thermoplastträger 9 werden nach deren Bildung in der ersten Kavität 4 unter oder über oder seitlich an die zweite Kavität 5 bewegt. Vorzugsweise wird der Dichtrahmen 10 oder der Thermoplastträger 9 während dieser sich in der ersten Werkzeugformhälfte 6 befindet, transportiert. Wie oben beschrieben kann es vorgesehen sein, dass der Dichtrahmen 10 oder der Thermoplastträger 9 zusammen mit dem auf ihm gebildeten Bauteil 1 aus dem Spritzwerkzeug 3 entnommen wird, alternativ dazu kann der Dichtrahmen 10 oder der Thermoplastträger 9 für weitere Spritzzyklen zur Verbindung mit einem das Bauteil 1 bildenden Material in der ersten Kavität 4 und damit in der ersten Werkzeugform 6 verbleiben. Hierzu muss das gebildete Bauteil 1 jeweils nach dessen Aushärtung von dem Dichtrahmen 10 oder dem Thermoplastträger 9, während sich dieser in der Kavität 4 befindet, getrennt werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Thermoplastträger 9 oder der Dichtrahmen 10 nicht für jedes Bauteil 1 neu gespritzt werden muss, sondern dass der Thermoplastträger 9 oder der Dichtrahmen 10 mehrmals zur Bildung einer Vielzahl von Bauteilen 1 verwendet werden kann.
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In einem vorteilhaften Verfahren gemäß der Zeichnungsfiguren 5a–5f ist zur Bewegung des Dichtrahmens 10 oder Thermoplastträgers 9 unter die zweite Kavität 5, das die erste Kavität 4 umfassende Teilwerkzeug 6 auf einem Drehteller angeordnet oder insgesamt als drehbare erste Werkzeughälfte 6, mit wenigstens zwei ersten Kavitäten 4, ausgebildet. Auch kann zur Bewegung des Dichtrahmens 10 oder Thermoplastträgers 9 unter die zweite Kavität 5 eine Wendeplatte oder ein Schiebetischsystem verwendet werden.
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Gemäß der Zeichnungsfiguren 5a–5f weist das Spritzgießwerkzeug 3 eine erste Werkzeughälfte 6 mit zwei ersten Kavitäten 4, 4' auf, eine zweite Werkzeughälfte 7 sowie eine dritte Werkzeughälfte 8, die mit einer Kavität 5 versehen ist. In Zeichnungsfigur 5b wird nun über die zweite Werkzeughälfte 7 die erste Kavität 4 mit Spritzgussmaterial gefüllt, wobei die Kavität 4 durch die erste Werkzeughälfte 6 und die zweite Werkzeughälfte 7 gebildet wird. In diesem Prozess wird der Thermoplastträger 9 bzw. der Dichtrahmen 10 gebildet. Anschließend werden gemäß Zeichnungsfigur 5c die Werkzeughälften 7, 8 von der ersten Werkzeughälfte 6 auseinander gefahren und die erste Werkzeughälfte 6 relativ zu den Werkzeughälften 7, 8 verdreht, sodass die Kavität 4 der zweiten Kavität 5 der dritten Werkzeughälfte 8 und die Kavität 4' der zweiten Werkzeughälfte 7 zugeordnet ist. Nach Zusammenfahren der Werkzeughälften 6, 7, 8 wird die Kavität 4' über die zweite Werkzeughälfte 7 mit Spritzgussmaterial gefüllt, zur Bildung eines weiteren Thermoplastträgers 9 oder Dichtrahmens 10 und gleichzeitig wird Spritzgussmaterial über die dritte Werkzeughälfte 8 der Kavität 5 zugeführt zur Bildung des Bauteils 1. Abschließend werden gemäß 5f die Werkzeughälften 6, 7, 8 auseinander gefahren, sodass das Bauteil 1 samt Thermoplastträger 9 aus dem Spritzwerkzeug 3 entnommen werden kann und der zweite Thermoplastträger 9' eine Drehbewegung gemäß 5c ausführen kann.
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Wie in Zeichnungsfigur 4 mit dem Pfeil 11 dargestellt ist, ist es vorteilhaft, wenn die zweite Kavität 5 mit einer Berandung 12 versehen ist, die sich leisten- oder linienartig in die Oberfläche des Dichtrahmens 10 und des Thermoplastträgers 9 dichtend eindrückt.
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Grundsätzlich erfolgt die Abdichtung der zweiten Kavität 5 durch eine Materialpaarung Metall/Kunststoff.
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Der Dichtrahmen 10 oder der Thermoplastträger 9 werden vorzugsweise aus Polypropylen oder Polyethylen gespritzt. Das Bauteil 1 wird vorzugsweise aus Polyurethane, Silikon oder anderen Materialen, die beispielsweise ein Elastomer sind, gebildet, wobei darauf zu achten ist, dass keine dauerhafte Verbindung des Materials des Bauteils 1 mit dem Material des Thermoplastträgers 9 oder Dichtrahmens 10 eingeht.
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Vorteilhafterweise kann nach Bildung eines Bauteils 1 der hierfür verwendete Dichtrahmen 10 oder Thermoplastträger 9 einem Recyclingverfahren zugeführt werden, wobei dieser eine Zerkleinerung erfährt und das daraus resultierende Material als Rohmaterial in den Prozess zur Herstellung eines neuen Dichtrahmens 10 oder eines neuen Thermoplastträgers 9 zumindest in Anteilen eingebracht werden kann.
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In den Zeichnungsfiguren 6–9 und 10–13 sind weitere alternative Ausgestaltungen des Gegenstandes dargestellt. In den Zeichnungsfiguren 6–9 ist die Variante mit einem Dichtrahmen 10 dargestellt, wobei gemäß 8 die erste und die zweite Formhälfte 6, 7 geschlossen wird und eine Kavität 13 für den Dichtrahmen 10 bilden. Im nächsten Schritt wird die zweite Formhälfte 7 mit der dritten Formhälfte 8 ausgetauscht, sodass im Bereich 14 die Kavität 5 zur Bildung des Bauteils 1 gegenüber der ersten Werkzeughälfte 6 durch den Dichtrahmen 10 in einer Metall-Kunststoffpaarung abgedichtet wird.
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In der Variante gemäß der Zeichnungsfiguren 10–13 wird an das Bauteil 1 zusätzlich ein weiteres Formteilelement 15 angeordnet. Hierfür sieht die erste Werkzeughälfte 6 zusätzlich zu den Kavitäten 13 für den Dichtrahmen 10 wenigstens eine Kavität 16 für das Formteilelement 15 vor. Das Formteilelement 15 muss nicht zwangsläufig aus dem gleichen Material wie der Dichtrahmen 10 gebildet werden. Vorzugsweise ist das Formteilelement 15 jedoch aus dem gleichen Material wie der Dichtrahmen 10 und wird damit im gleichen Verfahrensschritt wie der Dichtrahmen 10 im zusammengesetzten Zustand der ersten und zweiten Formhälfte 6, 7 gebildet. Nachdem der Dichtrahmen 10 und das Formteilelement 15 in der ersten Werkzeughälfte 6 gebildet und/oder eingesetzt wurden, wird die zweite Formhälfte 7 durch die dritte Formhälfte 8 ersetzt und damit eine Kavität 5 in „Kontakt” mit dem Dichtrahmen 10 und dem Formteilelement 15 gebracht. Die Kavität 5 wird anschließend mit Spritzgussmaterial zur Bildung des Bauteils 1 gefüllt. Hierbei dient der Dichtrahmen 10 als Abdichtung des in die Kavität 5 eingespritzten Materials gegenüber der Trennkante zwischen der ersten und dritten Werkzeughälfte 6, 7. Zusätzlich wird das in die Kavität 5 eingebrachte Material stoffschlüssig mit dem Formteilelement 15 verbunden. Das damit an das Bauteil 1 verbundene Formteilelement 15 kann unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Beispielsweise dient das Formteilelement 15 nur als temporäres Element an dem Bauteil 1 und damit zur leichteren Handhabung des Bauteils in einem späteren Montageprozess als Versiegelungs- und/oder Echtheitsmarkierung oder dergleichen. Alternativ zu einer temporären Befestigung des Formteilelementes 15 an dem Bauteil 1 kann es auch vorgesehen sein, dass das Bauteilelement 15 einen Bestandteil des fertigen Bauteils 1 bildet, beispielsweise kann das Formteilelement 15 eine geringere Viskosität als das Bauteilelement aufweisen und damit unterschiedliche Funktionen erfüllen.
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Selbstverständlich ist das Formteilelement 15 nicht nur für Bauteile 1 verwendbar, welche aus einem Verfahrensprozess stammen, die einen Dichtrahmen 10 verwenden, sondern ebenso auch für Bauteile 1, die unter Verwendung eines Thermoplastträgers 9, 9' gebildet wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Thermoplast-Dichtelement
- 3
- Spritzwerkzeug
- 4, 4'
- Kavität von 6
- 5
- Kavität von 8
- 6
- erste Werkzeughälfte
- 7
- zweite Werkzeughälfte
- 8
- dritte Werkzeughälfte
- 9, 9'
- Thermoplastträger
- 10
- Dichtrahmen
- 11
- Pfeil
- 12
- Berandung
- 13
- Kavität für 10
- 14
- Bereich
- 15
- Formteilelement
- 16
- Kavität für 15
