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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Kunststoffbauteils, umfassend die Schritte:
- a) Einbringen von flüssigem Kunststoff in die Kavität eines Werkzeugs; und
- b) Verdrängen von flüssigem Kunststoff aus dem zentralen Bereich der Kavität mittels Durchtritt eines Projektils durch die Kavität.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Spritzgussvorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens wie beschrieben, umfassend: ein Werkzeug mit einer Kavität zum Einbringen von flüssigem Kunststoff; und eine Einrichtung zum Bewegen eines Projektils durch die Kavität.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, hohle Kunststoffkörper, wie z.B. Rohre, im Spritzgussverfahren herzustellen. Dabei wird flüssiger Kunststoff in eine Kavität eingebracht. Bevor der Kunststoff sich vollständig verfestigt, muss der flüssige Kunststoff aus dem zentralen Bereich, in dem der Hohlraum des Kunststoffkörpers entstehen soll, entfernt werden. Dies geschieht in Fluidverfahren, bei denen ein Fluid (Gas, Wasser) durch den zentralen Bereich der Kavität getrieben wird, um den dort befindlichen flüssigen Kunststoff zu verdrängen.
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Alternativ dazu können Projektilverfahren eingesetzt werden, bei denen ein Projektil, z.B. aus Metall oder Kunststoff, durch den zentralen Bereich der Kavität bewegt wird. Der Antrieb des Projektils erfolgt durch einbringen eines Fluids in den Bereich hinter dem Projektil (bezogen auf seine Bewegungsrichtung). Bei Projektilverfahren kann das Projektil vor dem Schritt des Verdrängens des Kunststoffs nahe einem Injektor in die Kavität eingebracht oder aber in der Kavität erst gebildet werden.
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Bei den meisten Verfahren muss der aus dem zentralen Bereich der Kavität ausgetriebene bzw. von dort entfernte/verdrängte Kunststoff (bzw. die Kunststoffschmelze) aufgefangen werden. Dies kann in einer Nebenkavität geschehen, die außerhalb des Abschnitts der Kavität liegt, in dem das Produkt hergestellt wird (Produktabschnitt), oder der flüssige Kunststoff kann in einen Extruder zurückgetrieben werden.
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Bei Projektilverfahren kommt noch die Notwendigkeit hinzu, das Projektil nach dem Schritt des Austreibens des Kunststoffs abzubremsen, aufzufangen und dann ebenfalls zu entsorgen. In der Regel wird das Projektil in einem Auffangabschnitt der Kavität (der in Längsrichtung versetzt zum, d.h. vor oder hinter dem Produktabschnitt angeordnet ist) oder in der Nebenkavität aufgefangen. Anschließend wird der Abschnitt des ausgebildeten Kunststoffteils, in dem das Projektil aufgefangen wurde, abgetrennt, z.B. durch Sägen oder Schneiden.
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Aus dem Europäischen Patent
EP 2 656 999 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines hohlen Kunststoffkörpers durch Spritzgussverfahren bekannt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Spritzgussvorrichtung zur Herstellung eines hohlen Kunststoffgegenstands bereitzustellen, durch deren Einsatz Prozessschritte eingespart werden können.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Kunststoffbauteils nach Anspruch 1 und eine Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 9
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Einbringen von flüssigem Kunststoff in die Kavität eines Werkzeugs;
- b) Verdrängen von flüssigem Kunststoff aus dem zentralen Bereich der Kavität mittels Durchtritt eines Projektils durch die Kavität;
- c) Auffangen des Projektils nach dem Durchtritt durch die Kavität in einem Auffanggefäß wobei das Auffanggefäß als Formhülse ausgebildet ist; und
- d) Entfernen des Auffanggefäßes mit dem Projektil aus der Kavität, wobei das Auffanggefäß aus der Kavität herausgezogen wird.
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Mittels des Verfahrens kann das Projektil (z.B. Kunststoffzylinder/-pfropfen) zusammen mit dem Auffanggefäß und flüssigem Kunststoff, der durch das Projektil verdrängt wurde, aus dem Endbereich der Kavität bzw. dem Endabschnitt des Produkts herausgezogen werden. In der Kavität verbleibt somit das fertig gestellte Endprodukt. Ein Absägen oder Abschneiden des Bereichs, in dem das Projektil aufgefangen wurde, ist nicht erforderlich. Damit entfällt ein im Stand der Technik notwendiger Arbeitsschritt. Durch die Technik werden der hohe technische Aufwand zum Bearbeiten von Überlaufkavitäten und dessen negative Begleiterscheinungen eingespart. Das Endprodukt wird im Werkzeug (bzw. in dessen Produktabschnitt) komplett gefertigt.
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Die Masse bleibt im zentralen Bereich der Kavität zunächst flüssig, sodass die Schmelze ausgetrieben werden kann.
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Das Verfahren kann einen Schritt e) des Entformens des Produkts umfassen. Das Produkt wurde komplett und ohne Nachbearbeitung im Produktabschnitt der Kavität hergestellt.
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Das Auffanggefäß im Schritt d) wird vorzugsweise linear relativ zur Kavität bewegt.
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Der im Schritt c) durch das Projektil verdrängte Kunststoff kann wenigstens zu einem großen Teil in eine Nebenkavität eintreten und dort aufgenommen werden.
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Der im Schritt c) verdrängte Kunststoff kann über eine im Auffanggefäß ausgebildete Öffnung in die Nebenkavität eindringen.
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Die Öffnung wird insbesondere vor und/oder während des Schritts c) über den Rückzug eines Kerns freigegeben. Die Formhülse bzw. die Außenseite des Auffanggefäßes formt dabei die Innenseite des Produkts, z.B. des Rohres, in dem Abschnitt, in dem die Formhülse während des Befüllens der Kavität mit Kunststoff angeordnet ist, bzw. in dem Abschnitt, in den die Formhülse während des Befüllens der Kavität hineinragt. Die Öffnung der Formhülse weist eine geeignete Geometrie auf, sodass die verdrängte Masse in die Überlaufkavität eindringt und die Restmasse mit dem Projektil in der Formhülse aufgefangen wird. Die Öffnung ist insbesondere kleiner als das Projektil und/oder seitlich/radial relativ zur Bewegungsrichtung des Projektils angeordnet, sodass das Projektil in der Formhülse verbleibt und die in die Nebenkavität eingedrungene Masse von der Restmasse mit Projektil getrennt werden kann.
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Der Kunststoff bleibt im zentralen Bereich der Kavität und im Bereich der Eintrittsöffnung des Auffanggefäßes flüssig, bis das Projektil – bei dann zurückgezogenem Kern – in den Eintrittsbereich des Auffanggefäßes gelangt.
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Im Schritt a) während des Einspritzvorgangs kann ein Kern in einer ersten Position (z.B. im produktseitigen Abschnitt des Auffanggefäßes) und während des Ausdrück- bzw. Verdrängungsvorgangs im Schritt b) in einer zweiten Position (im dem Produkt abgewandten Abschnitt des Auffanggefäßes) angeordnet sein. Der Kern kann z.B. am Ende des Schritts a), zwischen den Schritten a) und b), und/oder am Beginn des Schritts b) mittels eines Hydraulikzylinders relativ zum Auffanggefäß bewegt bzw. aus dem Auffanggefäß herausgezogen werden. Dabei kann er gleichzeitig eine Öffnung in der Wand des Auffanggefäßes zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Innenraum des Auffanggefäßes und der Nebenkavität freigeben.
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Eine erfindungsgemäße Spritzgussvorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens wie beschrieben, umfasst: ein Werkzeug mit einer Kavität zum Einbringen von flüssigem Kunststoff; eine Einrichtung zum Bewegen eines Projektils durch die Kavität; und ein Auffanggefäß, das an der der Einrichtung zum Bewegen eines Projektils entgegengesetzten Seite der Kavität angeordnet ist. Die Einrichtung zum Bewegen des Projektils weist insbesondere einen Injektor auf, der Fluid (Flüssigkeit oder Gas) zum Antreiben des Projektils durch den zentralen Bereich (= hohler Bereich des Endprodukts) der Kavität unter Druck in die Kavität einbringt.
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Das Auffanggefäß ist als Formhülse (Hülse oder ein hülsenartiger Abschnitt) ausgebildet. Durch die Wahl eines geeigneten Außen- und/oder Innendurchmesser bzw. einer geeigneten Oberflächengeometrie der Formhülse wird erreicht, dass einen Hohlraum zwischen der Außenseite der Formhülse und der Innenwand der Kavität flüssiger Kunststoff eindringt, der den Endbereich des zu fertigenden Gegenstands bildet. Es versteht sich von selbst, dass die Formhülse einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Kavität an dieser Stelle. Außerdem ist die Formhülse bzgl. der Richtung, in der sie aus der Kavität herausgezogen wird, hinterschneidungsfrei. In der Regel ist die Außengeometrie der Formhülse zylindrisch.
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Wird die Formhülse aus der Kavität herausgezogen, werden zugleich der in der Formhülse aufgefangene verdrängte Kunststoff sowie das im Innenraum der Formhülse abgebremste Projektil aus dem Produktabschnitt der Kavität entfernt.
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Das Auffanggefäß kann linear relativ zum Werkzeug bzw. zur Kavität bewegbar angeordnet sein.
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Das Auffanggefäß ist aus dem Werkzeug bzw. der Kavität herausziehbar.
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Die Spritzgussvorrichtung kann eine Einrichtung zur Bewegung des Auffanggefäßes relativ zum Werkzeug aufweisen. Diese Einrichtung kann beispielsweise einen mit dem Auffanggefäß verbundenen Schieber aufweisen.
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Die Spritzgussvorrichtung weist vorzugsweise eine Nebenkavität zur Aufnahme von durch das Projektil verdrängtem Kunststoff auf. Die Nebenkavität kann den Kunststoff über eine Abzweigung aufnehmen, die in die Formhülse mündet. Die Formhülse weist eine entsprechende Öffnung auf, die den Durchtritt des verdrängten Kunststoffs in die Nebenkavität im eingeschobenen Zustand der Formhülse (d.h. die Formhülse ist wenigstens teilweise in die Kavität eingeschoben), also während des Verdrängungsvorgangs, freigibt.
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Die Wand des Auffanggefäßes weist vorzugsweise eine Öffnung auf, die das Innere des Auffanggefäßes mit der Nebenkavität verbindet. Außerdem kann die Spritzgussvorrichtung einen Kern aufweisen, der während des Einspritzvorgangs in einer ersten Position (im produktseitigen Abschnitt des Auffanggefäßes) und während des Ausdrück- bzw. Verdrängungsvorgangs in einer zweiten Position (im dem Produkt abgewandten Abschnitt des Auffanggefäßes) angeordnet ist. Der Kern kann z.B. mittels eines Hydraulikzylinders relativ zum Auffanggefäß bewegt werden. Dabei kann der Kern die Öffnung im Auffanggefäß in der ersten Position blockieren und in der zweiten Position freigeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren, wobei die Figuren zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgussvorrichtung; und
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2 eine schematische Ansicht der wichtigsten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung werden anhand der beigefügten Figur beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren beziehen sich auf dieselben Elemente.
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Ein Projektilinjektionsverfahren mit den erfindungsgemäßen Besonderheiten wird zunächst anhand der Darstellung der Spritzgussvorrichtung gemäß der 1 und der einzelnen Schritte gemäß der 2 erläutert.
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Die Spritzgussvorrichtung weist ein Werkzeug 1 mit einer Kavität 2 auf, in deren Randbereich ein Produkt P, beispielsweise ein Rohr, ausgebildet wird.
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Außerdem weist die Spritzgussvorrichtung eine Nebenkavität 3 auf, in die flüssiger Kunststoff verdrängt wird. Außerdem ist ein relativ zum Werkzeug 1 bzw. zur Kavität 2 entlang der Achse A verschiebbar angeordneter Kern 4 vorgesehen. Dieser kann beispielsweise von einem Hydraulikzylinder 50 angetrieben werden, um aus der Kavität herausgezogen zu werden, bevor oder sobald der Verdrängungsvorgang beginnt. Im vorliegenden Fall findet das Verdrängen durch ein Projektil 4 statt. Der Kern 4 ist innerhalb eines Schiebers 5 gelagert und relativ zum Schieber 5 bewegbar.
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Der Schieber 5 seinerseits ist mit einer Formhülse 6 verbunden, die als Auffanggefäß dient. Die Formhülse 6 ist ein zentrales Element der Erfindung. Sie ragt zumindest teilweise während der Schritte des Einbringens des Kunststoffs K in die Kavität 2 und während des Verdrängens der flüssigen Schmelze K‘ in die Kavität 2 hinein. Zwischen ihrer Außenwand 60 und der Innenwand des Werkzeugs 1 ist dabei ein Zwischenraum angeordnet, der den Endbereich E (z.B. Rohrstutzen) des herzustellenden Produkts P (z.B. Rohr) bildet.
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Die Formhülse 6 weist einen Produktabschnitt 61 auf, in dem ihre Außenwand 60 die Innenwand des zu bildenden Endabschnitts E begrenzt. Daran anschließend weist die Formhülse 6 einen Übergangsabschnitt 62 auf, in dem eine Öffnung 620 ausgebildet ist, die den Innenraum der Formhülse 6 mit der Nebenkavität verbindet, sodass flüssige verdrängte Kunststoffschmelze K‘ von der Kavität 2 über eine Eintrittsöffnung 610 der Formhülse 6, und über deren Innenraum in die Nebenkavität 3 gedrückt werden kann. Außerdem weist die Formhülse 6 einen Befestigungsabschnitt 63 zur Befestigung am Schieber 5 auf.
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Der Kern 4 ist während des Einbringens des Kunststoffs in die Kavität 2 in einer ersten Position P1, in der der Kern die Eintrittsöffnung 610 der Formhülse 6 versperrt. Während des Verdrängungsvorgangs, der mittels eines Projektils 7 durchgeführt wird, befindet sich der Kern 4 in einer gegenüber der Formhülse 6 (und Kavität 2) zurückgezogenen Position P2. Er gibt in dieser Position sowohl die Eintrittsöffnung 610 der Formhülse 6 als auch die Öffnung 620 zur Nebenkavität 3 hin frei. Das verdrängte Material kann somit sowohl in die Nebenkavität als auch im Innenraum der Formhülse 6 gesammelt werden. Auch das Projektil 7 dringt am Ende des Verdrängungsvorgangs in den Innenraum der Formhülse 6, hier in den Übergangsabschnitt 62 oder den Produktabschnitt 61, ein und wird dort abgebremst.
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Die Formhülse 6 ist über ihren Befestigungsabschnitt 63 unbeweglich mit dem Schieber 5 verbunden. Dieser ist wiederum beweglich relativ zum Werkzeug 1 und damit zur Kavität 2 angeordnet. Damit kann die Formhülse 6 linear durch Bewegen des Schiebers entlang der Achse A aus dem Werkzeug 1 bzw. der Kavität 2 herausgezogen werden. Mit dem herausziehen der Formhülse 6 aus der Kavität 2 wird auch der im Innenraum der Formhülse 6 gesammelte Restkunststoff zusammen mit dem Projektil 7 aus der Kavität 2 entfernt. Übrig bleibt das fertige Produkt P mit seinem Endabschnitt E, das anschließend aus dem Werkzeug 1 entformt werden kann. Ein Absägen, Abtrennen oder Abschneiden eines Restabschnitts ist, anders als im Stand der Technik, nicht erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hohlen Kunststoffgegenstands P läuft wie folgt ab:
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Zunächst wird flüssiger Kunststoff K in die Kavität 2 eines Werkzeugs 1 eingebracht (2: Schritt a).
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Der eingebrachte Kunststoff K härtet anschließend lokal aus. Dies geschieht zunächst in den Randbereichen der Kavität 2, also in dem Bereich der Wand W des herzustellenden Hohlkörpers P, z.B. eines Rohres (2: Schritt b).
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Anschließend wird der Kern 4 in einer Position P2 in der Formhülse 6 zurückgezogen, wodurch die Öffnung 620 zur Nebenkavität 3 freigegeben wird. Der von einem Projektil 7, das entweder an der der Nebenkavität 3 abgewandten Seite der Kavität 2 eingebracht wird (Projektilinjektionstechnik PIT) oder das an der der Nebenkavität 3 abgewandten Seite der Kavität 2 erzeugt wird (S-PIT), verdrängte Kunststoff K‘ wird größtenteils in der Nebenkavität 3 gesammelt (2: Schritt c).
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Der Restkunststoff K‘‘ und das Projektil 7 werden im Innenraum der Formhülse 6 abgebremst bzw. aufgefangen (2: Schritt d).
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Die Formhülse 6 ist gegenüber der Kavität 2 bewegbar angeordnet und wird anschließend aus der Kavität herausgezogen (2: Schritt e). Sobald dies erfolgt ist, kann das Produkt P ohne weiteren Bearbeitungsschritt entformt werden.
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Ein Abtrennen (Abschneiden, Absägen) des Bereichs, in dem das Projektil 7 aufgefangen wurde, ist nicht erforderlich. Das Projektil 7, das vorzugsweise aus demselben Kunststoff besteht wie das Endprodukt, wird zusammen mit dem vor vom Projektil 7 vorgeschobenen und in der Formhülse 6 befindlichen Material K‘‘ aus der Formhülse entfernt und kann in einem weiteren Arbeitszyklus wiederverwertet werden.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Achse
- E
- Endbereich
- K
- Kunststoff
- K‘
- Schmelze
- K‘‘
- Restkunststoff
- P
- Produkt
- P1
- erste Position
- P2
- zurückgezogene Position
- W
- Wand
- 1
- Werkzeug
- 2
- Kavität
- 3
- Nebenkavität
- 4
- Kern
- 5
- Schieber
- 6
- Formhülse
- 50
- Hydraulikzylinder
- 60
- Außenwand
- 61
- Produktabschnitt
- 62
- Übergangsabschnitt
- 63
- Befestigungsabschnitt
- 610
- Eintrittsöffnung
- 620
- Öffnung
