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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen.
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Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen stellt das sog. Spritzgießen dar, ein Urformverfahren, bei welchem der zu verarbeitende Kunststoff in einer Spritzgießmaschine verflüssigt und anschließend unter Druck in eine Spritzgießform eingespritzt wird. Dem Einspritzen folgt typischerweise ein kontrolliertes Abkühlen, wobei der Kunststoff erstarrt, so dass er der Spritzgießform als Fertigteil entnommen werden kann.
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Vor diesem Hintergrund lehrt der Stand der Technik in Form der
DE 39 34 115 A1 eine Spritzgießform zum Spritzgießen für Spritzgussteile aus plastifizierbaren Flüssigkristall-Polymeren. Die Spritzgießform umfasst wenigstens zwei Angussbohrungen, welchen jeweils ein Plastifizier- und Einspritzaggregat zugeordnet ist. Zum Füllen der Spritzgießform mit wechselweise zuzuführendem plastifiziertem thermoplastischem Material durch die Plastifizier- bzw. Einspritzaggregate besitzt die Spritzgießform einen Heißkanalblock mit mindestens zwei Bohrungen, wobei jeweils eine Bohrung mit einer Angussbohrung in Fluidverbindung steht. Beide Bohrungen münden in eine dem jeweils zugeordneten Plastifizier- und Einspritzaggregat zugeordnete weitere Bohrung. Zwischen diesen Angussbohrungen und den weiteren Bohrungen ist eine Anordnung von Einwegventilen angeordnet, so dass das plastifizierte thermoplastische Material wechselweise von einem der beiden Plastifizier- und Einspritzaggregate in das jeweils andere Aggregat strömt.
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Eine spezielle Variante des Spritzgießens stellt das Spritzgießen von kurz- und langfaserverstärkten Kunststoffen, das sogenannte Faserspritzgießen, dar. Beim Faserspritzgießen werden unter prinzipieller Anwendung des o.g. Spritzguss- Prinzips Kunststoffe aus einem Thermoplasten mittels geeigneter Fasermaterialien – bekannt sind aus dem Stand der Technik etwa Glas-, Kohlenstoff-, Natur- oder Aramidfasern – verstärkt.
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Als problematisch beim Spritzgießen erweisen sich die beim Einspritzen des Kunststoffs in die Spritzgießform auftretenden, aus strömungstechnischer Sicht komplexen Strömungsbilder. Dies gilt insbesondere bei Spritzgießformen mit komplexer Formgeometrie, wie sie im Rahmen der Fertigung moderner Spritzgussteile regelmäßig auftreten. Solche komplizierten geometrischen Formgebungen, oftmals mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und Aussparungen, können zu einer Aufteilung der Fließfronten des sich in der Spritzgießform ausbreitenden Kunststoffs führen. Beim erneuten Zusammenführen der temporär getrennten Fließfronten bilden sich Fließ- und Bindenähte aus, die gegenüber den verbleibenden Bereichen mit einer verminderten Festigkeit versehen sind. Gleiches gilt, wenn die Kunststoffschmelze über zwei oder mehr Einlassöffnungen in die Spritzgießform eingebracht wird und die jeweiligen Schmelzen innerhalb der Spritzgießform aufeinandertreffen.
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Besonders nachteilig wirkt sich die Bildung besagter Fließ- bzw. Bindenähte auf die Verteilung und Orientierung der im Thermoplasten vorhandenen Fasern aus, da sich diese im Bereich einer solchen Naht typischerweise orthogonal zur Fließrichtung des Thermoplasten ausrichten. Die von den Fasern eigentlich zu erbringende Verstärkung der Festigkeit des spritzgegossenen Spritzgussteils wird auf diese Weise teilweise – im ungünstigsten Fall sogar vollständig – wieder aufgehoben. Dies kann zu einer nicht unerheblichen Verringerung der Lebensdauer des mittels Faserspritzguss hergestellten Spritzgussteils führen.
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Vor diesem Hintergrund beschreibt die
JP 04-415 6322 A eine Spritzgießform mit einem Aktuator, der unter dem Druck der in die Spritzgießform eingebrachten Kunststoffschmelze zurückgedrängt wird.
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Ein weiterführendes Konzept verfolgt hingegen die
JP 11-070 541 , bei welcher zwei Aktuatoren an gegenüberliegenden Gehäusewänden der Spritzgießform vorgesehen sind, welche abwechselnd in jeweils orthogonaler Richtung zur Gehäusewand in die Spritzgießform hinein und wieder heraus bewegt werden, wodurch die Kunststoffschmelze quasi „umgerührt“ wird, was zu einer verbesserten Ausrichtung der Fasern im Kunststoff führt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen zu schaffen, welche die Fertigung von Spritzgussteilen mit verbesserter Festigkeit gestattet.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Gehäuse einer Vorrichtung zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen mit wenigstens einem drehverstellbaren Wandelement auszustatten, welches in der sich in der Gussform ausbreitenden Kunststoffschmelze Turbulenz- und Querströmungen erzeugt. In der Folge bewirkt ein solches Wandelement eine gezielte Beeinflussung des Volumenstroms des Kunststoffes, vornehmlich im kritischen Bindenahtbereich. Eine festigkeitsmindernde Orientierung der Fasern im Thermoplast kann auf diese Weise weitgehend oder gar vollständig vermieden werden. Im Ergebnis verleiht die hier vorgestellte Vorrichtung den gefertigten Spritzgussteilen somit eine homogene Festigkeit, die gerade den besonders kritischen Bereich der genannten Bindenähte miteinschließt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen umfasst daher eine einen ersten und einen zweiten Gehäusewandabschnitt umfassende Spritzgießform. In der Spritzgießform sind ein erster und ein zweiter Einlass zum Einleiten eines Kunststoffs in einen Innenraum der Spritzgießform vorgesehen, und dieser Innenraum wird von den beiden Gehäusewandabschnitten begrenzt. Im ersten Gehäusewandabschnitt ist eine erste Durchgangsöffnung vorgesehen, welche von einem verstellbaren ersten Wandelement verschlossen wird. Erfindungsgemäß ist dabei das erste Wandelement relativ zum ersten Gehäusewandabschnitt drehbar ausgebildet. Erfindungswesentlich an der hier vorgestellten Vorrichtung ist also die Drehverstellbarkeit eines die erste Durchgangsöffnung verschließenden ersten Wandelements relativ zum ersten Gehäusewandabschnitt, in welchem die Durchgangsöffnung vorgesehen ist. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Drehbewegung des Wandelements während des Einspritzens des Kunststoffs in die Spritzgießform zu vorteilhaften Quer- und Turbulenzströmungen in der Kunststoffschmelze führt, durch welche eine ungünstige Orientierung der einzelnen Fasern im Kunststoff besonders effektiv unterdrückt werden kann. Dies hat die Herstellung der gewünschten Formteile mit homogener Festigkeit und im Besonderen ohne lokale Bereiche mit verminderter Festigkeit zur Folge. Es versteht sich dabei, dass die Spritzgießform nicht nur eine einfache geometrische Gestalt, etwa in der Art eines Hohlzylinders, aufweisen kann, sondern auch komplexere Geometrien möglich sind, etwa wenn Spritzgussteile mit Durchbrüchen, Ausnehmungen oder anderen geometrischen Besonderheiten hergestellt werden sollen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann auch im zweiten Gehäusewandabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung vorgesehen sein, welche von einem entsprechend verstellbaren zweiten Wandelement verschlossen wird. Auch das zweite Wandelement ist relativ zur zweiten Gehäusewandabschnitt drehbar ausgebildet. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass eine kombinierte Drehbewegung gleich zweier Wandelemente während des Einspritzens des Kunststoffs in die Spritzgießform zu besonders vorteilhaften Quer- und Turbulenzströmungen in der Kunststoffschmelze führt. In vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung können auch weitere, relativ zu einem Gehäusewandabschnitt der Spritzgießform verstellbare Wandelemente vorgesehen sein, die analog zum ersten bzw. zweiten Wandelement realisiert sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können der erste und der zweite Gehäusewandabschnitt einander gegenüberliegen. Eine damit einhergehende Anordnung der beiden drehverstellbaren Wandelemente in einander gegenüberliegenden Gehäusewänden der Spritzgießform erzeugt im Kunststoff Strömungsbilder, die eine besonders homogene Festigkeit des nach dem Einspritzen durch Abkühlung in den festen Zustand übergegangenen Kunststoffs bewirken. Alternativ dazu können die beiden Gehäusewandabschnitte benachbart zueinander in derselben Gehäusewand vorgesehen werden. Auf diese Weise kann der für die Vorrichtung benötigte Bauraum reduziert werden.
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Konstruktiv besonders einfach zu realisieren ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform, in welcher das erste Wandelement um eine erste Drehachse drehbar ist, die orthogonal zu einer durch den ersten Gehäusewandabschnitt im Bereich der ersten Durchgangsöffnung definierten ersten Wandebene verläuft. In entsprechender Weise ist das zweite Wandelement, falls vorhanden, um eine zweite Drehachse drehbar, die orthogonal zu einer durch den zweiten Gehäusewandabschnitt im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung definierten zweiten Wandebene verläuft.
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Eine verbesserte Homogenisierung der Festigkeit in dem in der Spritzgießform gebildeten Kunststoff lässt sich erreichen, indem das erste Wandelement bündig mit dem ersten Gehäusewandabschnitt und/oder das zweite Wandelement bündig mit dem zweiten Gehäusewandabschnitt abschließt.
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Besonders wirksame Querströme in dem in die Spritzgussform eingespritzten Kunststoff lassen sich im Bereich der Bindenaht erzielen, indem die beiden Einlässe an gegenüberliegenden stirnseitigen Gehäusewänden vorgesehen werden, so dass durch eine virtuelle Verbindungsgerade zwischen den beiden stirnseitigen Gehäusewänden eine Erstreckungsrichtung des Innenraums definiert wird. Zur Erzeugung besagter Querströme sind dann die erste und die zweite Durchgangsöffnung bezüglich der Erstreckungsrichtung versetzt zueinander in dem ersten oder zweiten Gehäusewandabschnitt anzuordnen.
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Zum Zwecke einer technisch möglichst einfachen Realisierung der Drehverstellbarkeit der beiden Wandelemente empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der die erste Durchgangsöffnung auf einer vom Innenraum abgewandten Seite des ersten Gehäusewandabschnitts von einem ersten Aktuator-Aufnahmeelement eingefasst wird, welches von dem ersten Gehäusewandabschnitt weg absteht. Im ersten Aktuator-Aufnahmeelement ist ein das erste Wandelement umfassendes erstes Aktuatorelement angeordnet. Entsprechend kann auch die zweite Durchgangsöffnung auf einer vom Innenraum abgewandten Seite des zweiten Gehäusewandabschnitts von einem zweiten Aktuator-Aufnahmeelement eingefasst sein, welches von dem zweiten Gehäusewandabschnitt weg absteht. Im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement kann ein das zweite Wandelement umfassendes zweites Aktuatorelement angeordnet sein. Bei der Herstellung dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich nicht unerhebliche Kostenvorteile.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können das erste Aktuatorelement linearverstellbar im ersten Aktuator-Aufnahmeelement und/oder das zweite Aktuatorelement linearverstellbar im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement angeordnet sein. Die damit verbundene kombinierte Linear- und Drehbewegung der die Wandelemente umfassenden Aktuatorelemente erzeugt in dem in die Spritzgussform eingebrachten flüssigen Kunststoff im Bereich der sich zwischen den beiden Kunststoff-Strömen ausbildenden Bindenaht besonders ausgeprägte Quer- und Turbulenzströmungen.
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Kostenvorteile bei der Herstellung der Spritzgussform ergeben sich auch, wenn das erste Aktuatorelement entlang einer durch die erste Drehachse definierten ersten Verstell-Richtung linearverstellbar ausgebildet wird und/oder das zweite Aktuatorelement entlang einer durch die zweite Drehachse definierten zweiten Verstell-Richtung linearverstellbar ausgebildet wird.
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Besonders zweckmäßig können die Aktuator-Aufnahmeelemente in der Art von Aufnahmerohren ausgebildet werden. In diesem Fall bietet sich dem Fachmann im Rahmen der Entwicklung eine Vielfalt von konstruktiven Optionen, insbesondere, was die Befestigung der Aufnahmerohre an der Spritzgießform betrifft. Zu denken ist in diesem Zusammenhang etwa an formschlüssige Befestigungsverfahren in Form einer Schweißverbindung. Gemäß einer anderen Variante können jedoch besagte Aufnahmerohre auch integral an der Spritzgießform ausgeformt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich das erste Aufnahmerohr entlang einer ersten Rohrrichtung und/oder das zweite Aufnahmerohr entlang einer zweiten Rohrrichtung. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Anordnung der Aufnahmerohre relativ zur Erstreckungsrichtung der Spritzgießform derart, die erste bzw. zweite Rohrrichtung in einem Längsschnitt der Vorrichtung jeweils spitzen Winkel oder einen rechten Winkel, in ersterem Falle bevorzugt zwischen 10° und 45°, mit der Erstreckungsrichtung ausbildet.
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Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Aktuatorelemente eröffnen sich für den einschlägigen Fachmann ebenfalls verschiedene Optionen. So bietet sich etwa die Verwendung stempelartig ausgebildeter Aktuatorelemente an, die innerhalb der Aufnahmerohre gleitend gelagert sein können. Besonders empfiehlt sich jedoch eine Ausgestaltung des Aktuatorelements im Aktuator-Aufnahmeelement derart, dass es jeweils zwischen einer ersten Position, in welcher es teilweise in die Spritzgießform hineinragt, und einer zweiten Position verstellbar ist, in welcher es vollständig im Aktuator-Aufnahmeelement angeordnet ist. Denn gerade beim Eintritt eines Aktuatorelements in die Spritzgießform wird durch die damit einhergehende Verdrängung des in die Form eingeleiteten Kunststoffs die Ausbildung turbulenter Strömungen begünstigt.
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In diesem Zusammenhang haben Simulationsrechnungen gezeigt, dass zur Vermeidung festigkeitsmindernder Faserorientierungen im Kunststoff die Ausbildung von Wirbelströmen im Bereich aufeinander treffender Fließfronten des flüssigen Kunststoffs von Vorteil ist. Derartige Wirbelströme lassen sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugen, indem die beiden Aktuatorelemente mit einer Kopplungseinrichtung ausgestattet werden, welche eine Kopplung der beiden Elemente derart bewirkt, dass mit einem Verstellen des ersten Aktuatorelements von der ersten in die zweite Position ein Verstellen des zweiten Aktuatorelements in die erste Position einhergeht und umgekehrt. Kommt eine solche Kopplungseinrichtung zur Anwendung, so befindet sich also abwechselnd genau eines der beiden Aktuatorelemente innerhalb der Spritzgießform angeordnet. Durch die sich zwangsweise ergebende Hin- und Herbewegung der beiden Aktuatorelemente und die verbundene abwechselnde Volumenverdrängung von noch nicht erstarrtem Kunststoff innerhalb der Spritzgießform kann in der Kunststoffschmelze ein Strömungsbild erzeugt werden, welches die Eigenschaften eines Wirbelstroms zeigt.
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Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft, weil mit handelsüblichen Komponenten herstellbar, erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher die beiden Aktuatorelemente jeweils eine elektrische Antriebseinheit umfassen, d.h. die Aktuatorelemente sind in der Art dem Fachmann bekannter elektrischer Aktuatoren realisiert. Zur oben beschriebenen, quasi gegenpoligen Kopplung der beiden Aktuatorelemente kann die Kopplungseinrichtung mit einer herkömmlichen Steuerungseinheit ausgestattet werden, welche mit den Antriebseinheiten zum Verstellen der Position der Aktuatorelemente zwischen der ersten und der zweiten Position zusammenwirkt.
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Eine nochmals verbesserte Faserorientierung im Kunststoff lässt sich indes erzielen, in dem die Vorrichtung mit einer Temperiereinrichtung ausgestattet wird, mittels welcher die Temperatur des in die Spritzgießform eingeleiteten Kunststoffs variierbar ist. Eine solche Temperiereinrichtung gestattet insbesondere eine lokal variotherme Prozessführung im Bereich der Bindenaht. Unter dem Begriff „variotherme Prozessführung“ wird dabei im vorliegenden Zusammenhang ein zyklisches Aufheizen des Spritzgusswerkzeugs und dabei insbesondere der Spritzgießform während des Einspritzens des flüssigen Kunststoffs verstanden, so dass dessen Temperatur zwischen seinen – materialspezifisch festgelegten – Schmelz- und Entformungstemperaturen oszilliert. Die Temperiereinrichtung kann zum Erhitzen der Spritzgießform eine Heizeinrichtung, etwa in der Art einer elektrischen Widerstandsheizung umfassen. Bei geeigneter Auslegung ist keine separate Kühleinrichtung erforderlich, um die Spritzgießform wieder abzukühlen; vielmehr wird in einem solchen Szenario die gewünschte Reduzierung der Temperatur bereits allein durch ein Abschalten der Heizeinrichtung bewirkt. Alternativ dazu kann die gewünschte Temperierung durch Integration eines Ölkreislaufs in die Spritzgießform realisiert werden, so dass sodann die gewünschte Temperatur in der Spritzgießform durch thermische Wechselwirkung mit dem gleichermaßen als Heiz- und Kühlmittel wirkenden Öl erzielt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen in einer Vorrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Gemäß dem Verfahren wird während des Einspritzens von Kunststoff in die Spritzgießform wenigstens das erste Wandelemente relativ zu zum ersten Gehäusewandabschnitt gedreht. Gleiches gilt für optional vorhandene, weiterte Wandelemente, insbesondere ein im zweiten Gehäusewandabschnitt vorgesehenes zweites Wandelement.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des hier vorgestellten Verfahrens wird die Temperatur der Spritzgießform mittels einer Temperiereinrichtung während des Einspritzens des Kunststoffs zyklisch zwischen einer oberen und einer unteren Grenztemperatur variiert, insbesondere derart, dass die Temperatur des Kunststoffes zyklisch zwischen seiner Schmelztemperatur und seiner Entformungstemperatur variiert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Längsschnitt,
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2 eine Variante des Beispiels der 1 mit linear verstellbaren Wandelementen.
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Die 1 illustriert in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen. Die Vorrichtung bedient sich dem Wirkprinzip eines gängigen Spritzgussverfahrens für plastifizierbare Thermoplaste und umfasst zu diesem Zweck eine Spritzgießform 2. In der Spritzgießform 2 sind ein erster und ein zweiter Einlass 3a, 3b vorgesehen. Durch die beiden Einlässe 3a, 3b wird der zu plastifizierende Kunststoff unter Verwendung geeigneter, in 1 nicht dargestellter Einspritzaggregate in flüssiger Form in das Innere der Spritzgießform 2 eingespritzt.
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Erkennbar ist ferner ein erster Gehäusewandabschnitt 4a und ein im Beispielszenario der 1 dem ersten Gehäusewandabschnitt 4a diametral gegenüberliegender zweiter Gehäusewandabschnitt 4b. Beide Gehäusewände 4a, 4b sind Teil der Spritzgießform 2 und begrenzen somit deren Innenraum 7 teilweise. Die beiden Gehäusewandabschnitte 4a, 4b können jeweils Teil zweier verschiedener Gehäusewände sein, die – wie in 1 beispielhaft illustriert – zueinander im Abstand angeordnet sind oder über eine gemeinsame Gehäusekante miteinander verbunden sind. Denkbar ist aber auch, dass die beiden Gehäusewände Teil einer einzigen gemeinsamen Gehäusewand sind, etwa wenn die Spritzgussform in der Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist und besagte Gehäusewand eine Umfangswand eines solchen Hohlzylinders ist. In einer Variante des Beispiels können also die beiden Gehäusewandabschnitte in derselben Gehäusewand vorgesehen sein.
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Wie 1 weiter erkennen lässt, können sich die beiden Einlässe 3a, 3b bezüglich einer Erstreckungsrichtung E des Innenraums 7 gegenüberliegen. Im Beispiel sind die beiden Einlässe 3a, 3b an gegenüberliegenden stirnseitigen Gehäusewänden 19a, 19b vorgesehen. Durch eine virtuelle Verbindungsgerade zwischen den beiden stirnseitigen Gehäusewänden 19a, 19b wird somit eine Erstreckungsrichtung E des Innenraums 7 definiert.
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Der durch den ersten Einlass 3a in die Spritzgießform 2 eingeleitete Kunststoff 11a trifft innerhalb der Spritzgießform 2 auf den durch den zweiten Einlass 3b in die Spritzgießform 2 eingeleiteten Kunststoff 11b. Dabei trifft die erste Fließfront 18a des Kunststoffs 11a auf die Fließfront 18b des Kunststoffs 11b, so dass in diesem Bereich eine Bindenaht 10 entsteht.
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Erfindungswesentlich ist eine im ersten Gehäusewandabschnitt 4a vorgesehene erste Durchgangsöffnung 5a, welche von einem verstellbaren ersten Wandelement 20a verschlossen wird. Das erste Wandelement 20a ist dabei relativ zum ersten Gehäusewandabschnitt 4a drehbar ausgebildet, was in 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 21a symbolisiert wird.
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In derselben Weise kann optional – wie in 1 gezeigt – auch der zweite Gehäusewandabschnitt 4b mit einer zweiten Durchgangsöffnung 5b ausgestattet sein, die von einem verstellbaren zweiten Wandelement 20b verschlossen wird. Das zweite Wandelement 20b ist relativ zum zweiten Gehäusewandabschnitt 4b drehbar ausgebildet, was durch den Pfeil 21b wiedergegeben wird.
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Das erste Wandelement 20a ist um eine erste Drehachse D1 drehbar, die orthogonal zu einer durch den ersten Gehäusewandabschnitt 4a im Bereich der ersten Durchgangsöffnung 5a definierten ersten Wandebene E1 verläuft. Das zweite Wandelement ist um eine zweite Drehachse D2 drehbar, die orthogonal zu einer durch den zweiten Gehäusewandabschnitt 4b im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung 5b definierten zweiten Wandebene E2 verläuft. In Varianten des Beispiels sind auch andere Winkel zwischen den Drehachsen D1, D2 und den Wandebenen E1, E2 möglich. Die beiden drehbaren Wandelemente 20a, 20b erzeugen durch ihre Drehbewegung beim Einbringen von flüssigem Kunststoff 11 im Bereich der sich zwischen den beiden Kunststoffströmen 11a, 11b bildenden Bindenaht 10 Quer- und Wirbelströme, die eine vorteilhafte Umorientierung der Fasern im Kunststoff bewirken. In Varianten können – analog zum ersten und zweiten Wandelement 20a, 20b – auch weitere Wandelemente vorgesehen sein, die im ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt 4a, 4b oder einem anderen Gehäusewandabschnitt der Spritzgießform 2 angeordnet ist.
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Wie 1 anschaulich belegt, schließt das erste Wandelement 20a bündig mit dem ersten Gehäusewandabschnitt 4a und das zweite Wandelement bündig mit dem zweiten Gehäusewandabschnitt 4b ab. Man erkennt weiterhin, dass die erste Durchgangsöffnung 5a auf einer vom Innenraum 7 abgewandten Seite des ersten Gehäusewandabschnitts 4a von einem ersten Aktuator-Aufnahmeelement 6a eingefasst wird, das von dem ersten Gehäusewandabschnitt 4a weg absteht. Ebenso kann die zweite Durchgangsöffnung 5b auf einer vom Innenraum 7 abgewandten Seite des zweiten Gehäusewandabschnitts 4b von einem zweiten Aktuator- Aufnahmeelement 6b eingefasst werden, das vom zweiten Gehäusewandabschnitt 4b weg absteht. Das erste Aktuatorelement 9a umfasst dabei das erste Wandelement 20a und ist im ersten Aktuator-Aufnahmeelement 6a angeordnet, das das zweite Wandelement 20b umfassende zweite Aktuatorelement 9b hingegen im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement 6b. Die beiden Aktuator-Aufnahmeelemente 6a, 6b können jeweils in der Art eines Gehäuses ausgebildet sein, welches jeweils außen an dem ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt 4a, 4b angebracht ist. Die erfindungswesentliche Drehung wenigstens des ersten Wandelements 20a – im vorliegenden Beispiel sogar der beiden Wandelemente 20a, 20b - wird über eine Drehung der beiden Aktuatorelemente 9a, 9b um die Drehachse D1 bzw. D2 realisiert. Die beiden Durchgangsöffnungen 5a, 5b können wie in 1 gezeigt entlang der Erstreckungsrichtung E versetzt zueinander im ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt 4a, 4b angeordnet sein.
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Die 2 zeigt eine Variante des Beispiels der 1, in welcher das erste Aktuatorelement 9a linearverstellbar im ersten Aktuator-Aufnahmeelement 6a und das zweite Aktuatorelement 9b linearverstellbar im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement 6b angeordnet ist. Auch im Beispiel der 2 können die beiden Durchgangsöffnungen 5a, 5b entlang der Erstreckungsrichtung E versetzt zueinander im ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt 4a, 4b angeordnet sein. Wie 2 erkennen lässt, sind die beiden Aktuator-Aufnahmeelemente 6a, 6b in der Art von Aufnahmerohren 8a, 8b ausgebildet. Das erste Aufnahmerohr 8a erstreckt sich dabei entlang einer ersten Rohrrichtung R1, das zweite Aufnahmerohr 8b entlang einer zweiten Rohrrichtung R2. Im Beispielszenario verlaufen die beiden Rohrrichtungen R1, R2 parallel zueinander. Die erste und die zweite Rohrrichtung R1, R2 bilden in dem in 1 gezeigten Längsschnitt der Vorrichtung 1 entlang der Erstreckungsrichtung E mit dieser Erstreckungsrichtung E einen rechten Winkel aus; in Varianten sind auch andere Winkel, beispielsweise spitze Winkel zwischen 10° und 45°, vorstellbar.
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Die kombinierte Linear- und Drehbewegung der die Wandelemente 20a, 20b umfassenden Aktuatorelemente 9a, 9b – in 2 veranschaulicht durch die Pfeile 21a, 21b und die beiden Doppelpfeile 22a, 22b – erzeugt in dem in die Spritzgussform 2 eingebrachten flüssigen Kunststoff 11 im Bereich der sich zwischen den beiden Kunststoff-Strömen 11a, 11b ausbildenden Bindenaht 10 besonders ausgeprägte Quer- und Turbulenzströmungen. Diese werden in 1 und 2 schematisch durch die mit dem Bezugszeichen 12 bezeichneten Pfeile angedeutet. Derartige Turbulenz- bzw. Querströmungen unterbinden eine unerwünschte, festigkeitsmindernde Orientierung der Fasern des Kunststoffs 11 im Bereich der Bindenaht 10 während des Erstarrens der Kunststoffschmelze. Im Ergebnis führt dies zu einer verbesserten Festigkeit des Kunststoffs 11, insbesondere im Bereich der Bindenaht 10. In einer Vereinfachten Variante kann im Beispiel der 2 auf das zweite Wandelement 20b verzichtet sein. Auch im Beispiel der 2 können in Varianten – analog zum ersten und zweiten Wandelement 20a, 20b – weitere Wandelemente vorgesehen sein, die im ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt 4a, 4b oder einem anderen Gehäusewandabschnitt der Spritzgießform 2 angeordnet ist.
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Der 2 lässt sich auch entnehmen, dass die beiden Aktuatorelemente 9a, 9b im jeweiligen Aktuator-Aufnahmeelement 6a, 6b zwischen einer ersten Position, in welcher sie teilweise in die Spritzgießform 2 hineinragen, und einer zweiten Position verstellbar sind, in welcher sie vollständig im jeweiligen Aktuator- Aufnahmeelement 6a, 6b angeordnet sind. In 2 befindet sich das erste Aktuatorelement 9a folglich in der ersten Position, das zweite Aktuatorelement 9b hingegen in der zweiten Position. Durch den Eintritt eines Aktuatorelements 9a, 9b in den Innenraum 7 der Spritzgießform 2 wird eine lokale Verdrängung des in die Spritzgießform 2 eingeleiteten Kunststoffs 11 bewirkt, wodurch die bereits genannten Turbulenzen (Pfeile 12) im Bereich der Bindenaht 10 erzeugt werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Ausbildung von Querströmen in Form von Wirbelströmen. Derartige Wirbelströme lassen sich in besonders ausgeprägter Form erzeugen, indem die beiden Aktuatorelemente 9a, 9b abwechselnd und gegengleich zwischen der ersten und der zweiten Position hin- und her bewegt werden. Dies kann mit Hilfe einer Kopplungseinrichtung 15 realisiert werden, welche eine herkömmliche Steuerungseinheit 16 – beispielsweise in der Art eines Mikrokontrollers – besitzen mag, welche wiederum zur Ansteuerung der beiden Aktuatorelemente 9a, 9b dient. Denkbar ist etwa, die beiden Aktuatoren 9a, 9b als elektrische Aktuatoren auszubilden, welche von der Steuerungseinheit 16 der Kopplungseinrichtung 15 elektrisch/elektronisch über Steuerleitungen 17a, 17b angesteuert werden. Durch die abwechselnde Hin- und Herbewegung der beiden Aktuatorelemente 9a, 9b und die damit verbundene Volumenverdrängung des noch nicht erstarrten Kunststoffs 11a, 11b innerhalb der Spritzgießform 2 wird im Kunststoff ein Strömungsbild erzeugt, welches die Eigenschaften eines Wirbelstroms (Pfeile 12) besitzt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann optional mit einer sowohl in 1 als auch in 2 gezeigten Temperiereinrichtung 13 ausgestattet werden, welche eine Variation des in die Spritzgießform 2 eingeleiteten Kunststoffs erlaubt. Dies gestattet ein zyklisches Aufheizen der Spritzgießform 2 und somit auch des in die Spritzgießform 2 eingespritzten flüssigen Kunststoffs 11, 11a, 11b, so dass dessen Temperatur zwischen seiner – materialspezifisch festgelegten – Schmelz- und Entformungstemperatur oszilliert. Eine solche gezielte Variation der Temperatur des Kunststoffs 11 ist dem Fachmann im Fachbereich Spritzgusstechnik unter dem Begriff „variotherme Prozessführung“ bekannt und führt insbesondere im Bereich der Bindenaht 10 zu einer verbesserten Festigkeit des Kunststoffs 11. Zum Aufheizen der Spritzgießform 2 kann die Temperiereinrichtung 13 auch eine in der Figur nur schematisch angedeutete und in die Spritzgießform 2 integrierte Heizeinrichtung 14 aufweisen, welche beispielsweise in der Art einer herkömmlichen elektrischen Widerstandsheizung realisiert sein kann. Bei geeigneter Konfiguration der Heizeinrichtung 14 kann auf eine separate Kühleinrichtung verzichtet werden, um die Spritzgießform 2 und somit auch den Kunststoff 11 wieder abzukühlen; dann ist es ausreichend, die erforderliche Reduzierung der Temperatur durch ein Abschalten der Heizeinrichtung 14 zu erreichen.
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In einer in den 1 und 2 ebenfalls nur schematisch dargestellten Variante kann die gewünschte Temperierung der Spritzgießform 2 und somit des eingespritzten Kunststoffs 11 – alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Heizeinrichtung – durch Integration eines in den Figuren nicht gezeigten Ölkreislaufs in die Spritzgießform 2 realisiert werden. In diesem Fall wird die gewünschte Temperatur in der Spritzgießform 2 durch thermische Wechselwirkung mit dem gleichermaßen als Heiz- und Kühlmittel wirkenden und den Ölkreislauf durchströmenden Öl erzielt. In Varianten kann anstelle von Öl auch ein anderes geeignetes Fluid als Heiz- bzw. Kühlmittel verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3934115 A1 [0003]
- JP 04-4156322 A [0007]
- JP 11-070541 [0008]
