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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 beschreibt die
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 Heizkanalblock 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. Als problematisch beim Spritzgießen erweisen sich die beim Einspritzen des Kunststoffs in die Spritzgießform auftretenden, aus strömungstechnischer Sicht komplexen Strömungsbilder, insbesondere bei Spritzgießformen mit komplexer Formgeometrie, wie sie im Rahmen der Fertigung moderner Spritzgussteile in zunehmendem Maße 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 ausgestattet 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 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 erwartende Verstärkung der Festigkeit des spritzgegossenen Spritzgussteils wird auf diese Weise teilweise – im ungünstigsten Fall sogar vollständig – wieder aufgehoben. Dies kann zu einer erheblichen 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 die
JP 11-070 541 , bei welcher zwei Aktuatoren an gegenüberliegenden Gehäusewänden der Spritzgießform vorgesehen sind. Diese werden abwechselnd in jeweils orthogonaler Richtung zur Gehäusewand in die Spritzgießform hinein und wieder heraus bewegt, 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, eine Vorrichtung zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen mit zwei beweglichen Aktuatorelementen auszustatten, welche in der sich in der Gussform ausbreitenden Kunststoffschmelze Turbulenzund/oder Querströmungen erzeugen. Auf diese Weise bewirken besagte Aktuatoren 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 somit Spritzgussteilen eine homogene Festigkeit, die insbesondere den kritischen Bereich der genannten Bindenähte miteinschließt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine einen ersten und einen zweiten Gehäusewandabschnitt umfassende Spritzgießform, in welcher ein erster und ein zweiter Einlass vorgesehen sind, durch welche flüssiger Kunststoff in einen Innenraum der Spritzgießform eingeleitet werden kann. Die beiden Einlasse können fluidisch mit einem oder mehreren, dem einschlägigen Fachmann bekannten Einspritzaggregaten in Fluidverbindung stehen. Es versteht sich, 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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Im ersten Gehäusewandabschnitt ist eine erste Durchgangsöffnung vorgesehen, welche auf einer vom Innenraum abgewandten Seite von einem ersten Aktuator-Aufnahmeelement eingefasst ist. Im ersten Aktuator-Aufnahmeelement ist ein erstes Aktuatorelement bewegbar angeordnet, welches zur Erzeugung der oben beschriebenen Turbulenzen in dem in die Spritzgießform eingebrachten flüssigen Thermoplasten dient.
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Erfindungswesentlich ist nun die geometrische Anordnung des ersten Aufnahmeelements relativ zur Spritzgießform, welches nach außen vom ersten Gehäusewandabschnitt weg absteht. Entsprechendes gilt mutatis mutandis für eine im zweiten Gehäusewandabschnitt vorgesehene zweite Durchgangsöffnung, welche auf einer vom Innenraum abgewandten Seite von einem zweiten Aktuator-Aufnahmeelement eingefasst wird: Dieses steht ebenfalls nach außen vom zweiten Gehäusewandabschnitt weg ab, wobei im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement ein zweites Aktuatorelement bewegbar angeordnet ist.
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Rechnergestützte Simulationsrechnungen haben gezeigt, dass das Verstellen der beiden Aktuatorelemente während des Einspritzens des Kunststoffs in die Spritzgießform zu besonders vorteilhaften Turbulenz- und/oder Querströmungen in der Kunststoffschmelze führt, durch welche eine ungünstige Orientierung der einzelnen Fasern im Kunststoff besonders effektiv unterdrückt werden kann. Dies bewirkt die Erzeugung der gewünschten Formteile mit homogener Festigkeit und im Besonderen ohne lokale Bereiche mit verminderter Festigkeit.
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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 zur Folge haben. Alternativ dazu können die beiden Gehäusewandabschnitte benachbart zueinander in derselben Gehäusewand vorgesehen werden. Auf diese Weise lässt sich der für die Vorrichtung benötigte Bauraum reduzieren.
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Besonders ausgeprägte Turbulenz- und auch Querströmungen im Bereich der Bindenaht lassen sich erzeugen, wenn das erste Aktuator-Aufnahmeelement in einem Längsschnitt der Vorrichtung schräg von der ersten Gehäusewand und das zweite Aktuator-Aufnahmeelement in analoger Weise schräg vom zweiten Gehäusewandabschnitt absteht. Unter dem Begriff "schräg" seien im vorliegenden Zusammenhang ausdrücklich alle Ausgestaltungsformen umfasst, bei welchen die Bewegungsrichtung des Aktuator-Aufnahmeelements schräg zu einer Erstreckungsrichtung des Innenraums des Spritzgießteils verläuft. Die Erstreckungsrichtung kann dabei durch eine für die beiden Einlässe verbindende, virtuelle Verbindungsgerade definiert sein.
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Alternativ dazu können die beiden Aktuator-Aufnahmeelemente aber auch derart an besagten Gehäusen angeordnet werden, dass sie unter einem rechten Winkel von den jeweiligen Gehäusewandabschnitten abstehen. In diesem Fall reduziert sich der Aufwand für die Fertigung des Spritzgusswerkzeugs, woraus sich Kostenvorteile ergeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die im jeweiligen Aktuator-Aufnahmeelement verstellbar angebrachten Aktuatorelemente derart ausgebildet, dass sie auf den in den Innenraum eingebrachten Kunststoff als Turbulenz-Erzeuger wirken. Die oben vorgestellte, erfindungsgemäße Anordnung der Aktuator-Aufnahmeelemente an gegenüberliegenden Formwänden der Spritzgießform und mit – in Bezug auf die Erstreckungsrichtung der besagten Spritzgießform – schräger Anordnung erzeugt im Kunststoff Strömungsbilder, die eine besonders homogene Festigkeit des nach dem Einspritzen ausgehärteten Kunststoffs bewirken.
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Eine verbesserte Faserorientierung im Kunststoff lässt sich erzielen, indem die Vorrichtung mit einer Temperiereinrichtung ausgestattet wird, mittels welcher die Temperatur des in die Spritzgießform eingeleiteten Kunststoffs variierbar ist. Eine solche Tempereiereinrichtung gestattet insbesondere eine lokal variotherme Prozessführung im Bereich der Bindenaht. Unter dem Begriff „variotherme Prozessführung“ wird dabei vorliegend 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 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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Besonders zweckmäßig können die Aktuator-Aufnahmeelemente in der Art von Aufnahmerohren ausgebildet werden. In diesem Fall eröffnet 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 etwa an formschlüssige Befestigungsverfahren in Form einer Schweißverbindung. Bei 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 das zweite Aufnahmerohr entlang einer zweiten Rohrrichtung. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Anordnung der beiden Aufnahmerohre relativ zur Erstreckungsrichtung der Spritzgießform derart, dass die erste und die zweite Rohrrichtung in einem Längsschnitt der Vorrichtung jeweils einen spitzen Winkel, insbesondere einen Winkel zwischen 10° und 45°, mit der Erstreckungsrichtung ausbilden. Jedoch muss die schräge Anordnung der beiden Aufnahmerohre keineswegs auf den genannten bevorzugten Winkelbereich beschränkt sein; vielmehr sind auch Ausgestaltungsformen vorstellbar, bei welcher der das genannte Winkelintervall nach oben beschränkende Winkel von 45° überschritten wird. In Betracht kommen generell alle spitzen Winkel < 90°.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die beiden Aufnahmerohre in einem orthogonal zur jeweiligen Rohrrichtung definierten Querschnitt jeweils ein kreisrundes oder ovales oder mehreckiges Profil aufweisen. Während Aufnahmerohre mit einem kreisrunden oder ovalen Profil relativ einfach und somit kostengünstig herzustellen sind, bewirkt eine Ausgestaltung mit einem mehreckigen Profil einen verbesserten Durchmischungseffekt in den flüssigen Kunststoff. Prinzipiell gilt, dass die gewünschte Durchmischung mit zunehmender Anzahl an Profilecken zunimmt.
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Ihre hinsichtlich der Erzeugung von turbulenten Strömungen vorteilhafte Wirkung entfalten die beiden Aktuatorelemente in besonderem Maße in einer geometrischen Konfiguration, bei welcher die beiden Durchgangsöffnungen entlang der Erstreckungsrichtung versetzt zueinander im ersten bzw. zweiten Gehäusewandabschnitt angeordnet sind.
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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 der beiden Aktuatorelemente im jeweiligen Aktuator-Aufnahmeelement derart, dass sie jeweils zwischen einer ersten Position, in welcher sie teilweise in die Spritzgießform hineinragen, und einer zweiten Position verstellbar sind, in welcher sich vollständig im Aktuator-Aufnahmeelement angeordnet sind. 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. Dies bewirkt eine Kopplung der beiden Elemente derart, 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 damit verbundene abwechselnde Volumenverdrängung von noch nicht erstarrtem Kunststoff innerhalb der Spritzgießform wird in der Kunststoffschmelze ein Strömungsbild erzeugt, 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, hydraulischer oder pneumatischer Aktuatoren realisiert. In bevorzugter Weise wird der Aktuator elektrisch angesteuert, um gezielte verschiedene Verfahr-Modi für den Aktuator zu realisieren. Zur oben beschriebenen, quasi "gegenpoligen" Kopplung der beiden Aktuatorelemente mag 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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Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Faserspritzgießen von Spritzgussteilen in einer Vorrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Gemäß dem Verfahren werden während des Einspritzens von Kunststoff in die Spritzgießform die beiden Aktuatorelemente im Wesentlichen gegengleich jeweils zwischen der ersten Position, in welcher sie teilweise in den Spritzgießform hineinragen, und der zweiten Position, in welcher sich vollständig im Aktuator-Aufnahmeelement angeordnet sind, hin- und her bewegt.
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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 entlang einer Erstreckungsrichtung,
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2a–c verschiedene Ausgestaltungsformen der Aufnahmerohre in einem Profil senkrecht zu deren Rohrrichtung.
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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 erstreckenden Spritzgießform 2 sind stirnseitig ein erster und ein zweiter Einlass 3a, 3b vorgesehen, in welche ein mit 11a bezeichneter erster Teilvolumenstrom bzw. ein mit 11b bezeichneter zweiter Teilvolumenstrom an zu plastifizierendem Kunststoff in flüssiger Form in das Innere der Spritzgießform 2 eingespritzt wird. Dies kann unter Verwendung eines oder mehrerer geeigneter, in 1 nicht dargestellter Einspritzaggregate geschehen.
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Erkennbar ist in 1 ferner ein erster Gehäusewandabschnitt 4a und ein dem ersten Gehäusewandabschnitt 4a im Wesentlichen gegenüberliegender zweiter Gehäusewandabschnitt 4b, welche beide Teil der Spritzgießform 2 sind und einen Innenraum 7 dieser Spritzgussform 2 begrenzen. In einer Variante können die beiden Gehäusewandabschnitte 4a, 4b auch benachbart zueinander in derselben Gehäusewand vorgesehen sein (nicht gezeigt).
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Wie 1 erkennen lässt, können sich die beiden Einlässe 3a, 3b bezüglich einer Erstreckungsrichtung E des Innenraums 7 im Wesentlichen gegenüber liegen.
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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 vorgesehen. Durch eine virtuelle Verbindungsgerade zwischen den beiden stirnseitigen Gehäusewänden 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 somit innerhalb der Spritzgießform 2 auf den durch den zweiten Einlass 3b in die Spritzgießform 2 eingeleiteten Kunststoffs 11b. Somit 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 auf einer vom Innenraum 7 der Spritzgussform 2 abgewandten Seite von einem ersten Aktuator-Aufnahmeelement 6a eingefasst wird. Wie der Längsschnitt der 1 erkennen lässt, kann dieses in der Art eines Aufnahmerohrs 8a ausgebildet sein. Dabei steht das Aktuator-Aufnahmeelement 6a schräg von dem ersten Gehäusewandabschnitt 4a weg ab. In analoger Weise ist im zweiten Gehäusewandabschnitt 4b eine zweite Durchgangsöffnung 5b vorgesehen, welche wiederum auf einer der vom Innenraum 7 der Spritzgussform 2 abgewandten Seite des Gehäusewandabschnitts 4b von einem zweiten Aktuator-Aufnahmeelement 6b eingefasst ist. Auch dieses kann in der Art eines Aufnahmerohrs 8b ausgebildet sein. Unabhängig von seiner gewählten geometrischen Formgebung steht auch das zweite Aktuator-Aufnahmeelement 6b in schräger Richtung vom zweiten Gehäusewandabschnitt 4b weg ab.
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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. In einer Variante können die Aktuator-Aufnahmeelemente 8a, 8b unter einem rechten Winkel vom jeweiligen Gehäusewandabschnitt 4a, 4b abstehen.
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Das erste Aufnahmerohr 8a erstreckt sich 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 mit der Erstreckungsrichtung E jeweils einen spitzen Winkel α aus. Bevorzugt beträgt der Winkel α zwischen 10° und 45°; in Betracht kommen jedoch generell alle spitzen Winkel < 90°. In einer Variante können die Werte der beiden Winkel auch voneinander abweichen.
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Wie 1 anschaulich belegt, ist im ersten Aktuator-Aufnahmeelement 6a ein erstes Aktuatorelement 9a entlang der Rohrrichtung R1 bewegbar angeordnet, und im zweiten Aktuator-Aufnahmeelement 6b entsprechend ein zweites Aktuatorelement 9b entlang der Rohrrichtung R2.
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Die Aktuatorelemente 9a, 9b erzeugen in dem in die Spritzgussform 2 eingebrachten flüssigen Kunststoff 11 im Bereich der sich zwischen den beiden Kunststoff-Strömen 11a, 11b ausbildenden Bindenaht 10 Turbulenz- oder Querströmungen. Diese sind in 1 schematisch durch die mit dem Bezugszeichen 12 bezeichneten Pfeile angedeutet. Besagte 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 im Bereich der Bindenaht 10. Maßgeblichen Anteil an der verbesserten Faserorientierung im Bereich der Bindenaht 10 gegenüber herkömmlichen Aktuator-Geometrien hat dabei die oben vorgestellte, erfindungswesentliche Anordnung der Aktuatorelementen mit gegenüber der Erstreckungsrichtung E der Spritzgießform 2 schräger Ausrichtung.
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1 zeigt ferner, 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 1 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. Auf diese Weise werden die bereits erläuterten Querströmungen (Pfeile 12) im Bereich der Bindenaht 10 erzeugt.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich die Ausbildung von Querströmungen 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 geschehen, 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 beispielsweise, die beiden Aktuatorelemente 9a, 9b als elektrische Aktuatoren auszubilden, welche von der Steuerungseinheit 16 der Kopplungseinrichtung 15 elektrisch/elektronisch über Steuerleitungen 17a, 17b angesteuert werden.
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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 Vorrichtung 1 kann optional mit einer 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.
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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; in diesem Fall ist es ausreichend, die erforderliche Reduzierung der Temperatur durch ein Abschalten der Heizeinrichtung 14 zu erreichen.
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In einer in 1 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 1 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 Heizund 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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Die beiden Aufnahmerohre 8a, 8b können in einem orthogonal zur jeweiligen Rohrrichtung R1 bzw. R2 definierten Querschnitt jeweils ein kreisrundes oder ovales oder mehreckiges Profil aufweisen, was in den 2a–c grobschematisch skizziert ist. Während Aufnahmerohre 8a, 8b mit einem kreisrunden oder ovalen Profil (vgl. 2a, 2b) relativ einfach und kostengünstig herzustellen sind, bewirkt eine Ausgestaltung mit dem in 2c gezeigten mehreckigen Profil einen verbesserten Durchmischungseffekt auf den flüssigen Kunststoff. Prinzipiell gilt, dass die gewünschte Durchmischung mit zunehmender Anzahl an Profilecken 19 zunimmt.
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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 [0006]
- JP 11-070541 [0007]
