DE102013010541A1

DE102013010541A1 - Verfahren zur Herstellung polymerer Hohlkörper mittels Raketeninjektionstechnik (RIT)

Info

Publication number: DE102013010541A1
Application number: DE201310010541
Authority: DE
Inventors: Clemens Behmenburg; Hendrik Kremer
Original assignee: VER ZUR FORDERUNG DES INST fur KUNSTSTOFFVERARBEITUNG IN IND und HANDWERK AN DER RHEIN WESTF TECH HO; Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: VER ZUR FORDERUNG DES INST fur KUNSTSTOFFVERARBEITUNG IN IND und HANDWERK AN DER RHEIN WESTF TECH HO; Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf Möglichkeiten zur Herstellung polymerer Hohlkörper mittels eines Verdrängungskörpers mit eigenem Antrieb. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe des Verdrängungskörpers die schmelzeflüssige Seele von Polymerbauteilen verdrängt, der Hohlraum ausgeformt und anschließend die Schmelze abgekühlt bzw. vernetzt. Das Verfahren ermöglicht die Nutzung der bekannten Vorteile der Fluidinjektionstechniken wie Gas-(GIT), Wasser-(WIT) oder Projektilinjektion (PIT) und verzichtet dabei vollständig auf aufwendige und kostenintensive periphere Technik. Ein Verdrängerkörper mit eigenem Antrieb kann außerdem in der Extrusion oder in der Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen zur Hohlraumausbildung genutzt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von polymeren Hohlkörpern unter Zuhilfenahme eines selbstangetriebenen schmelzeverdrängenden Körpers (RIT: Raketeninjektionstechnik). Mit Hilfe dieses Verfahrens können die Vorteile der Projektilinjektionstechnik, wie gleichmäßige Wanddickenverteilung und große Materialkompatibilität, in der Polymerverarbeitung ohne den im Stand der Technik üblichen hohen peripheren Anlagenbedarf, wie Injektor und Fluiddosierstation, genutzt werden.
Anwendungsgebiet
Die Spritzgießsonderverfahren Gas-, Wasser- und Projektilinjektionstechnik gehören zur Familie der Fluidinjektionstechniken. Bei diesen Verfahren wird ein polymerer Hohlkörper durch die gezielte Injektion eines Fluids ausgeformt. Dadurch können z. B. rohr- und stabförmige Bauteile oder dickwandige Bauteilbereiche sowie funktionale Hohlräume (beispielsweise für hochintegrierte Medienleitungen oder Verstärkungsstrukturen) im Spritzgießverfahren bei kurzen Zykluszeiten einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Stand der Technik
Im Spritzgießverfahren können durch die Injektion eines Fluids Hohlkörper gefertigt werden. Dabei werden bei der sogenannten Fluidinjektionstechnik (FIT) in Abhängigkeit des hohlraumausbildenden Mediums verschiedene Verfahren unterschieden. Die in US 5,225,141 A und DE 102005048082 A1 beschriebene Gasinjektionstechnik (GIT) nutzt zur Hohlraumausbildung ein druckbeaufschlagtes Gas. Die Wasserinjektionstechnik (WIT) nutzt Wasser zur Hohlraumausbildung. Bei der in DE 102009048837 A1 offengelegten Projektilinjektionstechnik (PIT) wird eine Möglichkeit zur Fertigung polymerer Hohlkörper durch Verdrängung des Kunststoffs mithilfe eines Projektils durch ein treibendes Fluid vorgestellt.
Nachteile des Standes der Technik
Um die bekannten Vorteile der verschiedenen Fluidinjektionstechniken (GIT, WIT, PIT) zur Fertigung von komplexen Hohlräumen nutzen zu können, sind für Unternehmen teils nicht unerhebliche Investitionen für Gas- und/oder Wasserdruckgeneratoren und eine entsprechend aufwendige Injektortechnologie zu tätigen.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Die RIT ist ein neues Sonderverfahren, welches es ermöglicht, preisgünstig Hohlkörper z. B. aus im Spritzgießverfahren verarbeitbaren Formmassen (z. B. Polymere, niedrigschmelzende Metalllegierungen oder Gläser, Keramiken) zu fertigen. Die Erfindung beschreibt daher ein Verfahren, welches nicht die Nachteile der Lösungen aufweist, die den Stand der Technik darstellen und die Aufgabe erfüllt, Hohlkörper mit definierten, homogenen Wanddicken bei größtmöglicher Freiheit in der Materialauswahl zu ermöglichen. Dabei kann auf die bislang übliche aufwendige und kostenintensive periphere Anlagentechnik verzichtet werden, da das Projektil nicht wie bisher üblich durch ein extern aufgegebenes Fluid, sondern durch einen eigenen Antrieb durch die Kavität getrieben wird.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und System mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 23 gelöst. Die Lösung der Aufgabe wird durch ein selbstangetriebenes, fließfähige Formmasse verdrängendes Projektil erreicht.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Zur Fertigung von einkomponentigen Hohlkörpern wurde das in 1 dargestellte Verfahren entwickelt. Im ersten Verfahrensschritt (A) wird zunächst in die Kavität (1) das Raketenprojektil (2) mit integriertem Treibstoff (3) auf dem Raketensitz (4) platziert. Im zweiten Verfahrensschritt (B) wird durch den Anguss mittels einer Plastifiziereinheit (5) die fließfähige Formmasse bis zu einer gewissen Füllhöhe/einem definierten Schussvolumen (6) in die Kavität injiziert. Anschließend wird im dritten Verfahrensschritt (C) der Antrieb des Projektils aktiviert (7), welcher das Projektil durch die Kavität treibt. Das Projektil erzeugt durch Verdrängung der fließfähigen Formmasse einen Hohlraum (8).
Bei der RIT können beispielsweise die in 2 dargestellten Projektile genutzt werden. Diese bestehen aus einem Schmelze verdrängenden Projektilkörper (9), der über ein Treibstoffreservoir (10) verfügt. Die Düse (11) wird freigegeben, wenn der Verschluss (12) aktiv von außen oder eigenständig (beispielsweise durch Sollbruchstelle) entfernt oder zerstört wird. Die Führung (13) schirmt wenn nötig den ausgebildeten Hohlraum vom austretenden Treibstoff ab.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

A: Schritt 1: Positionierung des Raketenprojektils
B: Schritt 2: Schmelzeinjektion
C: Schritt 3: Aktivierung des Antriebs und Hohlraumausbildung
1: Werkzeugkavität
2: Raketenprojektil
3: Treibstoff
4: Abschussrampe
5: Plastifizieraggregat
6: Schmelze
7: Aktivierter Antrieb
8: Hohlraum

9: Projektilkörper
10: Treibstoffreservoir
11: Düse
12: Verschluss
13: Führung

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

US 5225141 A [0003]
DE 102005048082 A1 [0003]
DE 102009048837 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, welches folgende Schritte aufweist: a) Untervolumetrische Injektion einer fließfähigen Formmasse in den Formhohlraum eines mehrteiligen und geschlossenen Formwerkzeuges b) Starten eines Antriebs c) Ausbildung eines Hohlraums innerhalb der Formmasse durch Verdrängung der Formmasse durch einen Verdrängungskörper in Richtung ungefüllter oder zusätzlich geschaffener Formhohlräume d) Verfestigung der Formmasse e) Entformung des Hohlkörpers aus dem Formhohlraum durch Öffnen des Formwerkzeuges dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum durch einen Verdrängungskörper, welcher über einen eigenen Antrieb verfügt, geschaffen wird.
Verfahren zur Herstellung polymerer Hohlkörper, welches folgende Schritte aufweist: a) Volumetrische oder untervolumetrische Injektion einer fließfähigen Formmasse in den Formhohlraum eines mehrteiligen und geschlossenen Formwerkzeuges b) Starten eines Antriebs c) Ausbildung eines Hohlraums innerhalb der Formmasse durch Verdrängung der Formmasse durch einen Verdrängungskörper in Richtung zusätzlich geschaffener Formhohlräume. d) Verfestigung der Formmasse e) Entformung des Hohlkörpers aus dem Formhohlraum durch Öffnen des Formwerkzeuges dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum durch einen Verdrängungskörper, welcher über einen eigenen Antrieb verfügt, geschaffen wird,
Verfahren zur Herstellung polymerer Hohlkörper, welches folgende Schritte aufweist: a) Untervolumetrische oder volumetrische Injektion einer fließfähigen Formmasse in den Formhohlraum eines mehrteiligen und geschlossenen Formwerkzeuges b) Starten eines Antriebs c) Ausbildung eines Hohlraums innerhalb der Formmasse durch Verdrängung der Formmasse durch einen Verdrängungskörper zurück in das Einspritzaggregat. d) Verfestigung der Formmasse e) Entformung des Hohlkörpers aus dem Formhohlraum durch Öffnen des Formwerkzeuges dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum durch einen Verdrängungskörper, welcher über einen eigenen Antrieb verfügt, geschaffen wird.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaffung zusätzlicher Hohlräume stetig erfolgt, wie durch das Kernzugverfahren.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaffung zusätzlicher Hohlräume unstetig durch Freigabe eines weiteren Formhohlraums erfolgt, wie durch das Nebenkavitätenverfahren.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper nach Entformung des Hohlkörpers im Formteil verbleibt.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper nach Entformung des Hohlkörpers im Formteil verbleibt und in einem weiteren Bearbeitungsschritt, wie Trennen, der Verdrängungskörper sowie der umgebende Bauteilabschnitt entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 2, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper in den zusätzlich freigegebenen Formhohlraum verdrängt wird, der mit dem Verdrängungskörper in einem weiteren Bearbeitungsschritt vom Bauteil entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die fließfähige Formmasse aus mehreren, vorzugsweise zwei, Komponenten besteht, die sequenziell durch ein Angusssystem in den Formhohlraum injiziert werden, sodass sich die Komponenten ineinander wie beim Sandwichspritzgießen ausbreiten und durch die Verdrängung des Verdrängungskörpers durch den eigenen Antrieb ein mehrschichtiger Hohlkörper entsteht.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die fließfähige Formmasse aus mehreren, vorzugsweise zwei, Komponenten besteht, die durch mehrere Angusssysteme in den Formhohlraum injiziert werden, sodass die Komponenten nebeneinander wie bei der Biinjketionstechnik vorliegen und durch die Verdrängung des Verdrängungskörpers durch den eigenen Antrieb ein sequenziell aufgebauter Hohlkörper entsteht.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum eine oder mehrere Gabelungen aufweist und der Hohlraum entlang eines Fließpfads durch die Verdrängung des der Verdrängungskörpers den eigenen Antrieb erzeugt wird, während die übrigen Hohlräume durch die Verdrängung der fließfähigen Formmasse direkt oder indirekt durch das phasenumgewandelte Produkt oder das Reaktionsprodukt des Antriebs wie bei der konventionellen Fluidinjektionstechnik erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass als fließfähige Formmasse gefüllte oder ungefüllte Thermoplastschmelzen eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass als fließfähige Formmasse verstärkte oder unverstärkte vernetzende Formmassen, wie Elastomere oder Duroplaste, eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass als fließfähige Formmasse Metalle, Keramiken oder Gläser eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper angetrieben wird durch eine chemische Reaktion eines Treibstoffes oder durch eine Phasenumwandlung eines zunächst in fester oder flüssiger Phase vorliegenden Stoffes in einen gasförmigen Zustand.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb aktiv oder passiv von innen oder außen beispielsweise durch einen elektrischen Impuls oder durch Erwärmung des Verdrängungskörpers bzw. des Treibstoffs durch Schmelze oder Zusatzheizung aktiviert wird.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper eine dreidimensionale Geometrie wie Kugel, Zylinder, Kegel, Paraboloid, Quader oder Mischungen daraus aufweist, oder eine dreidimensionale Geometrie; die keine Symmetrieebenen oder -achsen aufweist.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungskörper aus organischen oder anorganischen Materialien wie Kunststoffen, Keramiken, Gläsern oder Metallen bestehen.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper während der Hohlraumausbildung abschmilzt und eine zusätzliche Materialschicht an der Hohlraumoberfläche erzeugt.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper vor der Injektion der fließfähigen Formmasse im Formhohlraum platziert und von der fließfähigen Formmasse umflossen wird.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz mehrerer geeigneter parallel angeordneter Verdrängungskörper der Hohlraum mehrkanalig hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz eines geeignet aufgebauten Verdrängungskörpers Hohlräume mit sequentiell unterschiedlichen Hohlraumdurchmessern erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass durch Einlegen eines Faserhalbzeugs vor der Injektion der fließfähigen Formmasse in die Kavität ein endlosfaserverstärkter Hohlkörper hergestellt wird.