DE102012105675B4

DE102012105675B4 - Spritzgießhilfswerkzeug und Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern

Info

Publication number: DE102012105675B4
Application number: DE102012105675.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: DE102012105675A1; WO2014000886A1

Abstract

Spritzgießhilfswerkzeug (10) mit einer Spreizvorrichtung (12), welches Spritzgießhilfswerkzeug (10) zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern vorgesehen ist, wobei die Spreizvorrichtung (12) Spannmittel (14) aufweist, mit denen ein flexibler Formkörper (28) formstabil so aufspannbar ist, dass der Formkörper (28) an seiner Außenseite umspritzbar und dadurch ein Hohlraum in der Spritzmasse bildbar und der flexible Formkörper (28) nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel (14) aus dem Hohlraum entfernbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Spritzgießhilfswerkzeug mit einer Spreizvorrichtung, welches Spritzgießhilfswerkzeug zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zum Spritzgießen.
Ein häufig verwendetes Herstellungsverfahren in der Kunststoffverarbeitung ist die Spritzgießtechnik. Das Ausgangsmaterial wird zunächst in einer Spritzeinheit plastifiziert. Anschließend wird der Werkstoff in ein Spritzgießwerkzeug injiziert. Dieses Werkzeug, welches in einer Spritzgießmaschine aufgespannt ist, weist einen Hohlraum auf (auch Kavität genannt), der dann die äußere Form und die Struktur des herzustellenden Teiles bestimmt. Die Spritzgießtechnik wird vor allem wegen der großen Variabilität bei der Gestaltung der herzustellenden Teile breit eingesetzt.
Im Stand der Technik ist ein technisches Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern in der Spritzgießtechnik bekannt, das als Hohlgießen bekannt ist. Hier wird mit Hilfe von Stickstoffgas, das mit hohem Druck in die Form gepresst wird, das Kunststoffmaterial gleichförmig an die umliegende Form gedrückt. Dieses Verfahren wird zum Beispiel zur Herstellung von einfachen Treibstoffbehältern oder aber auch von PET-Flaschen genutzt. Das Verfahren ist sehr kostengünstig und hat sich bewährt. In WO 2004/018180 A1 ist beispielsweise ein gekühlter Formkern eines Spritzgießwerkzeugs zum Spritzgießen von Vorformlingen aus Kunststoff, wie sie in der Herstellung von PET-Flaschen eingesetzt werden, beschrieben.
Daneben gibt es jedoch anders geformte Bauteile, bei denen dieses Verfahren eher selten zum Einsatz kommt. Die Herstellung von Bauteilen mit Hohlräumen, die unterschiedliche Wandstärken aufweisen müssen oder eine komplexere Geometrie haben, geschieht üblicherweise auf komplexerem Weg. Beispielsweise werden Treibstofftanks bei Motorsägen in mehreren Arbeitsschritten produziert. Es werden zunächst zwei getrennte halbschalenförmige Kunststoffbauteile gespritzt, die dann anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt zum endgültigen Bauteil, das einen Hohlraum aufweist, verschweißt werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, die Nahtstellen der beiden Bauteile müssen exakt aufeinanderpassen, um verschweißt werden zu können, was gerade bei den in der Kunststoffspritzgießtechnik auftretenden Graten mehr oder weniger aufwendige Nacharbeit an den hergestellten Teilen nötig macht. Die Dichtigkeit der verschweißten Naht muß geprüft werden, zumal es sich bei Treibstoffbehältern um sicherheitskritische Bauteile handelt. So ist ein entsprechender Aufwand für die nötige Qualitätsabsicherung mit einzuplanen, was die Herstellung der Teile zusätzlich zu einer bei der Herstellung auftretenden Ausschußrate weiter verteuert.
Die DE 10 2007 039 368 A1 beschreibt ein Werkzeug zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern, wobei ein Formkörper verwendet wird, der, aus einzelnen Segmenten gestaltet, einen Hohlraum in der Spritzmasse bildet. Mit dem beschriebenen Werkzeug in Form eines außen umspritzbaren formstabilen Formkörpers lassen sich Kunststoffhohlkörper mit Hinterschnitten in einem Endbereich darstellen. Die Außenkontur des Endbereichs wird von einander abwechselnden Hauptsegmenten und Zwischensegmenten gebildet, die an einem Mittelkern anliegen. Der Mittelkern ist in dem Werkzeug axial verschiebbar, während die Hauptsegmente und die Zwischensegmente axial unbeweglich sind, aber radial verschoben werden können. Auf diese Weise kann der Außendurchmesser des Formkörpers so weit verringert werden, dass der zusammengezogene Formkörper nach dem Ende des Spritzgussprozesses aus dem Hohlraum mit Hinterschnitt entfernbar ist.
Die AT 47 083 E dagegen beschreibt ein Werkzeug zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern, bei dem ein zusammenklappbarer Formkörper verwendet wird, der aus einer inneren und einer äußeren Gruppe von ineinander verschachtelten Segmenten besteht und in seiner formstabilen Gestalt an seiner Außenseite umspritzbar ist, Durch das beschriebene Werkzeug lassen sich Kunststoffhohlkörper mit Hinterschnitten darstellen, die durch die relativ zueinander beweglichen Baugruppen in ihrer Form vorgegeben sind. Der Formkörper, der einen Hohlraum in der Spritzmasse darstellt, wird gebildet aus axial und radial relativ zueinander beweglichen Baugruppen, die zusammengeschoben werden können, sodass der Formkörper nach Ende des Spritzgussprozesses zusammengeklappt aus dem Hohlraum entfernbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Werkzeug bereitzustellen, das es erlaubt, auch komplexere Kunststoffhohlkörper in einem Arbeitsgang herzustellen, um dadurch die Zahl von Arbeitsprozessen zu verringern und Produktionskosten zu senken.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für einen Spritzgießprozess anzugeben, mit dem diese Kunststoffhohlkörper in einem Arbeitsgang hergestellt werden können.
Die vorgenannten Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Spritzgießhilfswerkzeug mit einer Spreizvorrichtung, welches Spritzgießhilfswerkzeug zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Spreizvorrichtung Spannmittel aufweist, mit denen ein flexibler Formkörper formstabil so aufspannbar ist, dass der Formkörper an seiner Außenseite umspritzbar und dadurch ein Hohlraum in der Spritzmasse bildbar ist und der flexible Formkörper nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel aus dem Hohlraum entfernbar ist.
Das beschriebene Spritzgießhilfswerkzeug kann als Teilform eines Spritzgießwerkzeugs zur Herstellung eines Kunststoffhohlkörpers, also eines Kunststoffteils mit einem inneren Hohlraum, dienen, wobei die eigentliche Spritzgießform für den Hohlraum durch die Außenseite des flexiblen Formkörpers dargestellt wird. Der flexible Formkörper kann in zusammengefaltetem Zustand über die Spreizvorrichtung geführt werden und über einen Einfüllstutzen mit einem Abdichtflansch an einer Abdichtglocke des Spritzgießhilfswerkzeugs dicht befestigt werden. Nach Einführen des Spritzgießhilfswerkzeuges in das eigentliche Spritzgießwerkzeug kann der flexible Formkörper mit Hilfe der Spannmittel der Spreizvorrichtung entfaltet werden, bis er in der endgültigen Form für den Spritzgießprozess stabil aufgespannt ist. Die Entfaltung des flexiblen Formkörpers kann durch das Einblasen von Gas beschleunigt oder erleichtert werden. Nach Beendigung des Aufspannschrittes kann das Gas wieder entfernt werden und/oder durch eine Flüssigkeit ersetzt werden, um auch während des Spritzgießprozesses selbst eine stabile Form des flexiblen Formkörpers zu wahren. Danach kann Kunststoff für das herzustellende Teil in die Spritzgießform eingespritzt werden, wobei die Außenfläche des flexiblen Formkörpers dabei die Form für den inneren Hohlraum des herzustellenden Kunststoffhohlkörpers darstellt. Nach Beendigung des Spritzgießens können die Spannmittel der Spreizvorrichtung wieder zusammengefaltet werden, sodass der flexible Formkörper ebenfalls wieder zusammenfallen kann und zusammen mit dem Spritzgießhilfswerkzeug aus dem hergestellten Kunststoffhohlkörper nach Öffnen der Spritzgießform entnommen werden kann.
Die vorteilhafte Eigenschaft, dass der flexible Formkörper im nicht aufgespannten Zustand und die Spreizvorrichtung im zusammengeklappten Zustand einen relativ begrenzten Durchmesser aufweisen, lässt den Einsatz des Spritzgießhilfswerkzeugs auch bei der Herstellung von Teilen mit begrenzten Einfüllöffnungen zu. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass die Formgestaltung des flexiblen Formkörpers, die durch seine eigene Form sowie die Spreizvorrichtung vorgegeben wird, in verschiedensten Variationen darstellbar ist. Die Spreizvorrichtung lässt sich aus standardisierten Einzelbauteilen mit begrenztem Aufwand herstellen. Der flexible Formkörper, beispielsweise in der Form eines Ballons ist, da er selbst ein Kunststoffteil darstellt, relativ leicht darstellbar und änderbar. Als Material für den flexiblen Formkörper ist ein hochbeanspruchbares Silikonelastomer, welches bis Einsatztemperaturen von beispielsweise 350°C belastbar ist, bevorzugt denkbar. Auch die Zugabe von PTFE (Teflon) ist vorteilhaft, um unerwünschte Anhaftungen des Kunststoffwerkstoffs beim Spritzgießprozess zu vermeiden. Weiter ist denkbar, die Oberfläche des flexiblen Formkörpers mit einer Nanostruktur ähnlich dem Lotusblüteneffekt zu versehen, um ebenfalls Anhaftungen zu reduzieren. Weitere Additive wie Glasfasern im Material des flexiblen Formkörpers sind ebenfalls vorstellbar, die die Formstabilität und Haltbarkeit des flexiblen Formkörpers weiter entscheidend verbessern können, was sich wiederum auf die Standzeit des Spritzgießhilfswerkzeugs vorteilhaft auswirkt. Auch ist denkbar, den flexiblen Formkörper aus mehreren Schalen herzustellen, von denen beispielsweise die eine innere Schale der Stabilität dient und die äußere Schale beispielsweise eine möglichst materialabweisende Oberfläche aufweist. Beide Schalen könnten miteinander verklebt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der flexible Formkörper wenigstens einen Einfüllstutzen und wenigstens einen Boden umfassen. Der Einfüllstutzen dient dabei der zuverlässigen Befestigung des flexiblen Formkörpers an dem Spritzgießhilfswerkzeug und zugleich der Möglichkeit, eine Spreizvorrichtung in den Formkörper einzuführen sowie Gas oder eine Flüssigkeit zum Aufbau eines Gegendrucks während dem Spritzgießprozess einzufüllen. Außerdem kann über den Einfüllstutzen der Formkörper während des Spritzgießprozesses gegenüber der eingespritzten Kunststoffmasse abgedichtet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Spreizvorrichtung eine Zentrierstange mit einem Zentrierkopf umfassen, die mit den Spannmitteln zusammenwirkt, wobei der Zentrierkopf gegenüber dem Einfüllstutzen auf dem Boden des flexiblen Formkörpers lagerbar ist. Durch die feste Lagerung des Zentrierkopfes auf dem Boden des flexiblen Formkörpers ist es möglich, den Formkörper zu zentrieren und so zu gewährleisten, dass sich der Formkörper während des Spritzgießprozesses nicht bewegt und so seine Funktion als Spritzgießform ausfüllen kann.
Vorteilhafterweise können die Spannmittel wenigstens drei obere Spannstangen mit wenigstens drei oberen Positionierungsstangen, und wenigstens drei untere Spannstangen mit wenigstens drei unteren Positionierungsstangen umfassen. Der flexible Formkörper kann durch die oberen und unteren Positionierungsstangen aufgespannt werden und so seine gewünschte Form als Spritzgießform entfalten, wobei die Positionierungsstangen an Spannstangen angebracht sind und damit auch bewegt werden können. Die Mindestzahl drei für die oberen Spann- und Positionierungsstangen sowie die unteren Spann- und Positionierungsstangen reicht aus, um eine räumliche Form des flexiblen Formkörpers aufzuspannen. Eine größere Zahl an Spann- und Positionierungsstangen kann vorteilhaft sein, um unterschiedliche Formen des flexiblen Formkörpers darzustellen. Da die Spann- und Positionierungsstangen durch die hohen Temperaturen von bis zu 350°C und Drücke bis zu 2000 bar des Spritzgießprozesses erheblichen Belastungen unterliegen, ist es zweckmäßig, als geeignete Werkstoffe Vergütungsstähle, wie 38Cr2 einzusetzen. Natürlich sind auch andere legierte Stähle denkbar. Der Einsatz von Gleitführungen, deren Gleiteigenschaften noch durch Oberflächenstrukturen wie beispielsweise Schmiernuten optimiert sein kann, bei der Führung der entsprechenden Spannstangen in der Spreizvorrichtung ist für die leichte Bewegung der Spannstangen im Spritzgießhilfswerkzeug von großem Vorteil. Weiter kann die Abriebfestigkeit der Werkstoffoberflächen der beteiligten Gleitpartner dadurch begünstigt werden.
Zweckmäßigerweise kann eine Abdichtglocke zum Fixieren des Einfüllstutzens des flexiblen Formkörpers vorgesehen sein. Diese Abdichtglocke kann als Gegenstück des Einfüllstutzens zusammen mit einem am Einfüllstutzen angebrachten Abdichtflansch zu einer zuverlässigen und dichten Verbindung des flexiblen Formkörpers mit dem Spritzgießhilfswerkzeug dienen. So ist die Abdichtung gegenüber der eingespritzten Kunststoffmasse dauerhaft gegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann durch den Zentrierkopf, die oberen und unteren Positionierungsstangen, sowie die Abdichtglocke der flexible Formkörper formstabil aufgespannt werden. Der Formkörper kann über die Abdichtglocke mit dem Spritzgießhilfswerkzeug verbunden sein und über den Zentrierkopf und die jeweiligen Positionierungsstangen so aufgespannt werden, dass seine Form fest vorgegeben ist und während dem Spritzgießprozess auch stabil bleibt. Dadurch kann seine Funktion als Spritzgießform für den inneren Hohlraum des herzustellenden Kunststoffteils erfüllt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Spritzgießhilfswerkzeug so gestaltet sein, dass der flexible Formkörper mit Gas oder Flüssigkeit füllbar ist. Durch das Einblasen von Gas kann der Entfaltungsprozess zu der für den Spritzgießprozess gewünschten Form des flexiblen Formkörpers erleichtert und beschleunigt werden. Auch kann dadurch das Ausklappen der Positionierungsstangen und stabile Anbringen in der endgültigen Form für den Spritzgießprozess optimiert werden. Weiter ist bekannt, dass der Spritzgießprozess herkömmlicher Kunststoffmaterialen mit Temperaturen beispielsweise bis zu 350°C und Drücken zwischen 500 und 2000 bar einhergeht. Für die Stabilität und Standfestigkeit des flexiblen Formkörpers als Spritzgießform ist es deshalb vorteilhaft, wenn der Formkörper während des Spritzgießens parallel zum Druckaufbau durch den in die Spritzgießform eingespritzten Kunststoff mit entsprechendem Gegendruck beaufschlagt wird, um die Form beizubehalten. Dies kann prinzipiell mit Gas oder Flüssigkeit erfolgen. Gleichzeitig kann dieses Medium auch zur Kühlung des Formkörpers benutzt werden. Das ist sowohl mit einem Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon oder auch einer Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder ein Kühlschmiermittel vorstellbar. Für den Druckaufbau während dem Spritzgießprozess ist die Verwendung einer inkompressiblen Flüssigkeit von Vorteil, sodass eine mögliche Vorgehensweise ist, das Entfalten des flexiblen Formkörpers mit Hilfe von eingeblasenem Gas zu erleichtern und danach das Gas zu entfernen und mit einer Flüssigkeit wie einem Kühlschmiermittel zu ersetzen, um einen entsprechenden Druckaufbau zu ermöglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Spannmittel einer Spreizvorrichtung zusammenfaltbar und die Spreizvorrichtung nach Abschluss eines Spritzgießprozesses aus einem Kunststoffhohlkörper entnehmbar ausgebildet sein. Durch die Zusammenfaltbarkeit der Spannmittel der Spreizvorrichtung ist es möglich, die Spreizvorrichtung in den flexiblen Formkörper einzuführen und beide zusammen in die Spritzgießform einzubringen. Nach Beendigung des Spritzgießprozesses können die Spannmittel der Spreizvorrichtung zusammengefaltet werden und zusammen mit dem flexiblen Formkörper, der dann wieder zusammenfallen kann, aus der Öffnung des hergestellten Kunststoffhohlkörpers entnommen werden. Nach Entnahme des hergestellten Kunststoffhohlkörpers ist die Spritzgießform bereit für einen neuen Spritzgießschritt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern. Es wird vorgeschlagen, dass ein Spritzgießhilfswerkzeug mit einer Spreizvorrichtung, wie oben beschrieben, zum Aufspannen eines flexiblen Formkörpers verwendet wird, um den flexiblen Formkörper an seiner Außenseite zu umspritzen und einen Hohlraum in der Spritzmasse zu bilden und den Formkörper nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel aus dem Hohlraum zu entfernen. Das Verfahren kann auf der Verwendung des Spritzgießhilfswerkzeug als Teilform eines Spritzgießwerkzeugs zur Herstellung eines Kunststoffhohlkörpers, also eines Kunststoffteils mit einem inneren Hohlraum, aufsetzen, wobei die eigentliche Spritzgießform für den Hohlraum durch die Außenseite des flexiblen Formkörpers dargestellt wird. Der flexible Formkörper kann in zusammengefaltetem Zustand über die Spreizvorrichtung geführt werden und über einen Einfüllstutzen mit einem Abdichtflansch an einer Abdichtglocke des Spritzgießhilfswerkzeugs dicht befestigt werden. Nach Einführen des Spritzgießhilfswerkzeuges in das eigentliche Spritzgießwerkzeug kann der flexible Formkörper mit Hilfe der Spannmittel der Spreizvorrichtung entfaltet werden, bis er in der endgültigen Form für den Spritzgießprozess stabil aufgespannt ist. Die Entfaltung des flexiblen Formkörpers kann durch das Einblasen von Gas beschleunigt oder erleichtert werden. Nach Beendigung des Aufspannschrittes kann das Gas wieder entfernt und/oder durch eine Flüssigkeit ersetzt werden, um auch während des Spritzgießprozesses selbst eine stabile Form des flexiblen Formkörpers zu wahren. Danach kann Kunststoff für das herzustellende Teil in die Spritzgießform eingespritzt werden, wobei die Außenfläche des flexiblen Formkörpers dabei die Form für den inneren Hohlraum des herzustellenden Kunststoffhohlkörpers darstellt. Nach Beendigung des Spritzgießens können die Spannmittel der Spreizvorrichtung wieder zusammengefaltet werden, sodass der flexible Formkörper ebenfalls wieder zusammenfallen und zusammen mit dem Spritzgießhilfswerkzeug aus dem hergestellten Kunststoffhohlkörper nach Öffnen der Spritzgießform entnommen werden kann.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1a eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem ein flexibler Formkörper durch Spannmittel einer Spreizvorrichtung aufgespannt ist;
1b eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung nach 1a ohne den flexiblen Formkörper;
2 ein Spannmittel einer Spreizvorrichtung eines Spritzgießhilfswerkzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3a einen durch Spannmittel einer Spreizvorrichtung aufgespannter flexibler Formkörper in transparenter Darstellung nach einer Ausführungsform;
3b ein durch Spannmittel einer Spreizvorrichtung aufgespannter flexibler Formkörper mit Abdichtflansch nach einer Ausführungsform;
4a einen Zentrierkopf mit Zentriernuten, angebracht an einer Zentrierstange, nach einer Ausführungsform;
4b Einzelteile einer Zentrierplatte nach einer Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung einer möglichen Gleitführung nach einer Ausführungsform;
6 eine Seitenansicht eines Zentrierkopfes mit eingezeichnetem Anschlagwinkel nach einer Ausführungsform;
7a eine schematische Darstellung eines kegelförmigen flexiblen Formkörpers mit eingezeichneten Spannmitteln einer Spreizvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7b eine Schnittdarstellung eines kegelförmigen flexiblen Formkörpers mit eingezeichneten Spannmitteln einer Spreizvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem ein flexibler Formkörper 28, der in dem Beispiel eine quaderförmige Gestalt aufweist, durch Spannmittel einer Spreizvorrichtung aufgespannt ist. Damit kann der Formkörper 28 an seiner Außenseite umspritzt werden, ein Hohlraum in der Spritzmasse gebildet und der flexible Formkörper 28 nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel aus dem Hohlraum entfernt werden. Den eigentlichen Strukturträger des Spritzgießhilfswerkzeug 10 stellt eine Abdichtglocke 34 dar, in der eine Spreizvorrichtung integriert ist. Auf der Abdichtglocke 34 sind Antriebskolben 36, die beispielsweise pneumatisch betrieben werden können, zur Bewegung von Spannstangen der Spreizvorrichtung angebracht. Am unteren Ende der Abdichtglocke 34 ist der flexible Formkörper 28 über einen Einfüllstutzen 30 mit Hilfe eines Abdichtflansches 38 befestigt und abgedichtet.
In 1b sind zur besseren Verdeutlichung der Funktion die Einzelteile ohne den flexiblen Formkörper gezeigt. Der flexible Formkörper, der über einen (auch nicht dargestellten) Einfüllstutzen mit Hilfe eines Abdichtflansches 38 am unteren Ende einer Abdichtglocke 34 befestigt und abgedichtet wird, wird über obere und untere Spannstangen 16, 18, die, von Antriebskolben 36 am oberen Ende der Abdichtglocke 34 angetrieben, obere und untere Positionierstangen 20, 22 betätigen sowie einen Zentrierkopf 26, welcher in eine Zentrierplatte 42 greift, die am Boden 32 des flexiblen Formkörpers 28 angebracht ist, aufgespannt. Zusätzlich kann die Form des flexiblen Formkörpers über ein über die Abdichtglocke eingeblasenes Gas, das während des Spritzgießprozesses durch eine inkompressible Flüssigkeit wie ein Kühlschmiermittel ersetzt wird, entfaltet und gegen den Druck des während des Spritzgießprozesses eingespritzten Kunststoff, der bis zu 2000 bar betragen kann, stabilisiert werden. Das Gas, bzw. die Flüssigkeit kann dabei zugleich zur Kühlung des flexiblen Formkörpers während des Spritzgießprozesses, bei dem je nach verwendetem Kunststoffwerkstoff bis zu 350°C auftreten können, dienen. Nach Abschluss des Spritzgießprozesses können die Spannmittel der Spreizvorrichtung 12 wieder zusammengefaltet und die Spreizvorrichtung 12 somit aus dem Hohlraum des Kunststoffhohlkörpers entnommen werden.
In 2 sind Spannmittel 14 einer Spreizvorrichtung 12 eines Spritzgießhilfswerkzeugs 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt. Obere Spannstangen 16 sind über ein oberes Spannstangengelenk 60 mit oberen Positionierstangen 20 verbunden. In dem oberen Spannstangengelenk 60 ist dabei eine vorgespannte Feder so angebracht, dass im nicht betätigtem Zustand der Spreizvorrichtung 12, bei dem die oberen Positionierstangen 20 nicht gespreizt abstehen, die oberen Positionierstangen 20 parallel an den oberen Spannstangen 16 in der Richtung nach oben in Gegenrichtung zum Zentrierkopf 26 anliegen. Durch vertikales Verschieben von Spreizstangen 52 nach unten in Richtung des Zentrierkopfes 26 können die oberen Positionierstangen 20 ausgespreizt werden, um einen flexiblen Formkörper 28 aufzuspannen. Die Position der Spreizstangen 52 relativ zu oberen Spannstangen 16 und oberen Positionierstangen 20 bestimmt dabei den Winkel, mit dem die oberen Positionierstangen 20 ausgespreizt sind. Die absoluten vertikale Position der oberen Positionierstangen 20 kann durch ein vertikales Verschieben der oberen Spannstangen 16 eingestellt werden. Die Betätigung von oberen Spann- und Positionierstangen 16, 20 sowie Spreizstangen 51 kann über die in 1 dargestellten Antriebskolben 36, die beispielsweise pneumatisch betrieben werden können, erfolgen. Untere Spannstangen 18 sind über ein unteres Spannstangengelenk 62 mit unteren Positionierstangen 22 verbunden. In dem unteren Spannstangengelenk 62 ist dabei eine vorgespannte Feder so angebracht, dass im nicht betätigtem Zustand der Spreizvorrichtung 12, bei dem die unteren Positionierstangen 22 nicht gespreizt abstehen, die unteren Positionierstangen 22 vertikal nach unten stehen. Durch Verschieben der unteren Spannstangen 18 nach unten in Richtung des Zentrierkopfes 26 werden dann die unteren Positionierstangen 22 durch die konusförmige Form des Zentrierkopfes 26 nach außen gespreizt. Den Anschlagwinkel 50, in dem die unteren Positionierstangen 22 in der endgültigen Position abgespreizt nach außen stehen, wird dabei durch die Konusform des Zentrierkopfes 26 bestimmt. Die absolute vertikale Position in der Höhe kann durch vertikales Verschieben des Zentrierkopfes 26 über die (in dieser Darstellung nicht zu sehende) Zentrierstange 24 eingestellt werden. Die Führung von oberen und unteren Spannstangen 16, 18 kann über entsprechende Gleitführungen 44, deren Oberfläche noch günstigerweise mit Schmiernuten strukturiert sein kann, geeignet gestaltet sein, um eine leichte Bewegung der Spannstangen zueinander zu ermöglichen.
3a zeigt einen durch Spannmittel 14 einer Spreizvorrichtung 12 aufgespannten flexiblen Formkörper 28 in transparenter Darstellung nach einer Ausführungsform. Der flexible Formkörper 28, der in dem Beispiel eine quaderförmige Gestalt aufweist, wird in den Ecken des Quaders durch obere und untere Positionierstangen 20, 22 aufgespannt. Der Boden 32 des flexiblen Formkörpers 28 wird über einen Zentrierkopf 26, welcher in eine am Boden 32 angebrachte Zentrierplatte 42 greift, fixiert. Den oberen Abschluss des flexiblen Formkörpers 28 bildet ein Einfüllstutzen 30, über welchen der flexible Formkörper 28 an eine Abdichtglocke 34 eines Spritzgießhilfswerkzeug 10 angebracht und abgedichtet werden kann.
3b zeigt dazu einen durch Spannmittel 14 einer Spreizvorrichtung 12 aufgespannten flexiblen Formkörper 28 mit Abdichtflansch 38 nach einer Ausführungsform. Der Abdichtflansch 38 greift dabei über den Einfüllstutzen 30 des flexiblen Formkörpers 28 und erlaubt so den direkten und dichten Anschluss des flexiblen Formkörpers 28 an eine Abdichtglocke 34 eines Spritzgießhilfswerkzeug 10.
In 4a ist nach einer Ausführungsform ein Zentrierkopf 26 mit Zentriernuten 40, der an einer Zentrierstange 24 angebracht ist, dargestellt. Am unteren Abschluss des Zentrierkopfes 26 sind in der Mitte die halbkugelige Form einer Zentrierkugel 54 sowie radial dazu verlaufende Zentriernuten 40 zu sehen. Diese Strukturen dienen mit den entsprechenden Gegenstücken in einer Zentrierplatte 42, die am Boden 32 eines flexiblen Formkörpers 28 angebracht sein kann, dazu, Spreizvorrichtung 12 und Boden 32 des flexiblen Formkörpers 28 während eines Spritzgießprozesses gegeneinander zu fixieren.
4b zeigt dazu als Gegenstück Einzelteile einer Zentrierplatte 42 nach einer Ausführungsform. Zu sehen sind in der Mitte eine Zentriermulde 58, in die eine Zentrierkugel 54 eines Zentrierkopfes 26 greifen kann, sowie Zentriergrate 56, die wiederum in Zentriernuten 40 eines Zentrierkopfes 26 greifen können, um so Zentrierplatte 42 und Zentrierkopf 26 gegeneinander zu fixieren. Die Einzelteile der Zentrierplatte 42 können zweckmäßigerweise am Boden 32 eines flexiblen Formkörpers 28 fest angebracht, also beispielsweise eingeklebt, sein.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Gleitführung 44 nach einer Ausführungsform. Diese Gleitführung kann zweckmäßigerweise zwischen den oberen und den unteren Spannstangen 16, 18 angebracht sein, um eine Relativbewegung der Spannstangen 16, 18 zueinander zu erleichtern. Die dargestellte Gleitführung 44 kann an der Oberfläche rillenförmige Strukturen in Form von Schmiernuten 64 aufweisen, wodurch mit Hilfe eines eingebrachten Schmiermittels, das bei Verwendung in einem Spritzgießprozess bevorzugt auch ein Kühlschmiermittel sein kann, ein besonders leichtes Gleiten zu ermöglichen. Auch kann dadurch die Abriebfestigkeit der Werkstoffoberflächen der beteiligten Gleitpartner begünstigt werden. Die Rückseite solcher Gleitführungselemente 44 kann zweckmäßigerweise mit Klebeflächen 66 ausgestattet sein, um eine einfache Montage der einzelnen Elemente zu erleichtern. Auch ist die Ausgestaltung solcher Gleitführungen 44 direkt in Folienform möglich, was die Anbringung in einer Spreizvorrichtung 12 auch unter räumlichen Gesichtspunkten begünstigen würde.
In 6 ist in einer Seitenansicht eines Zentrierkopfes 26 nach einer Ausführungsform ein Anschlagwinkel 50 zu sehen. Der Anschlagwinkel 50 kann bevorzugt größer 90° sein, um ein Spreizen der unteren Positionierstangen 22 so weit zu erlauben, dass ein flexibler Formkörper 28 einen flachen Boden 32 aufweisen kann, der in der Mitte durch den Zentrierkopf 26 über eine Zentrierplatte 42 abgestützt werden kann.
7a zeigt eine schematische Darstellung eines kegelförmigen flexiblen Formkörpers mit eingezeichneten Spannmitteln 14 einer Spreizvorrichtung 12 nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ein Spritzgießhilfswerkzeug 10 wie beschrieben kann durchaus auch flexible Formkörper 28 mit anderer Form als Quaderform aufweisen, um so Kunststoffhohlkörper mit anders ausgebildeten inneren Hohlräumen herzustellen. In 7a ist deshalb beispielsweise ein kegelförmiger flexibler Formkörper 28 dargestellt. Die dabei zum Einsatz kommende Spreizvorrichtung 12 ist in dem Fall an die Kegelform angepasst und weist entsprechend mehr Spannmittel 14 auf. Die prinzipielle Funktionsweise und Ausgestaltung der Spannmittel 14 kann dabei in ähnlicher Weise wie für die Quaderform erfolgen.
In 7b ist dazu eine entsprechende Schnittdarstellung eines kegelförmigen flexiblen Formkörpers mit eingezeichneten Spannmitteln 14 einer Spreizvorrichtung 12 dargestellt. Die eingezeichneten Spannmittel 14 sind dabei nur schematisch dargestellt und nicht detailliert auskonstruiert. Die prinzipielle Funktionsweise von oberen und unteren Positionierstangen 20, 22 wie auch des Zentrierkopfes 26 ist dabei zu erkennen. Zwischen oberen und unteren Positionierstangen 20, 22 ist dabei eine weitere Ebene von Positionierstangen zur stabileren Aufspannung des flexiblen Formkörpers 28 eingezeichnet.
Neben den gezeigten Formen eines flexiblen Formkörpers 28 wie Quader oder Kegelstumpf sind auch andere Formen denkbar. So kann ein flexibler Formkörper 28 durchaus auch Kugelform, Zylinderform oder Pyramidenform aufweisen.
Bezugszeichenliste

10: Spritzgießhilfswerkzeug
12: Spreizvorrichtung
14: Spannmittel
16: obere Spannstangen
18: untere Spannstangen
20: Obere Positionierstangen
22: Untere Positionierstangen
24: Zentrierstange
26: Zentrierkopf
28: Flexibler Formkörper
30: Einfüllstutzen
32: Boden
34: Abdichtglocke
36: Antriebskolben
38: Abdichtflansch
40: Zentriernut
42: Zentrierplatte
44: Gleitführung
46: Spreizstangen
48: Spreizwinkel
50: Anschlagwinkel
52: Spreizstange
54: Zentrierkugel
56: Zentriergrat
58: Zentriermulde
60: Oberes Spannstangengelenk
62: Unteres Spannstangengelenk
64: Schmiernut
66: Klebeseite

Claims

Spritzgießhilfswerkzeug (10) mit einer Spreizvorrichtung (12), welches Spritzgießhilfswerkzeug (10) zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern vorgesehen ist, wobei die Spreizvorrichtung (12) Spannmittel (14) aufweist, mit denen ein flexibler Formkörper (28) formstabil so aufspannbar ist, dass der Formkörper (28) an seiner Außenseite umspritzbar und dadurch ein Hohlraum in der Spritzmasse bildbar und der flexible Formkörper (28) nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel (14) aus dem Hohlraum entfernbar ist.
Spritzgießhilfswerkzeug nach Anspruch 1, wobei der flexible Formkörper (28) wenigstens einen Einfüllstutzen (30) und wenigstens einen Boden (32) umfasst.
Spritzgießhilfswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spreizvorrichtung (12) eine Zentrierstange (24) mit einem Zentrierkopf (26) umfasst, die mit den Spannmitteln (14) zusammenwirkt, wobei der Zentrierkopf (26) gegenüber dem Einfüllstutzen (30) auf dem Boden des flexiblen Formkörpers (28) lagerbar ist.
Spritzgießhilfswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannmittel (14) wenigstens drei obere Spannstangen (16) mit wenigstens drei oberen Positionierungsstangen (20), und wenigstens drei untere Spannstangen (18) mit wenigstens drei unteren Positionierungsstangen (22) umfassen.
Spritzgießhilfswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abdichtglocke (34) zum Fixieren des Einfüllstutzens (30) des flexiblen Formkörpers (28) vorgesehen ist.
Spritzgießhilfswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den Zentrierkopf (26), die oberen und unteren Positionierungsstangen (20, 22) sowie die Abdichtglocke (34) der flexible Formkörper (28) formstabil aufspannbar ist.
Spritzgießhilfswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flexible Formkörper (28) mit Gas oder Flüssigkeit füllbar ist.
Spritzgießhilfswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannmittel (14) der Spreizvorrichtung (12) zusammenfaltbar und die Spreizvorrichtung (12) nach Abschluss eines Spritzgießprozesses aus einem Kunststoffhohlkörper entnehmbar ausgebildet sind.
Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern, wobei ein Spritzgießhilfswerkzeug (10) mit einer Spreizvorrichtung (12), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zum Aufspannen eines flexiblen Formkörpers (28) verwendet wird, um den flexiblen Formkörper (28) an seiner Außenseite zu umspritzen und einen Hohlraum in der Spritzmasse zu bilden und den Formkörper (28) nach dem Spritzgießen durch Lösen der Spannmittel (14) aus dem Hohlraum zu entfernen.