DE102019115097A1

DE102019115097A1 - Spritzgusswerkzeug

Info

Publication number: DE102019115097A1
Application number: DE102019115097.3A
Authority: DE
Inventors: Suleyman Samanci; Sébastien Roux
Original assignee: CQLT SaarGummi Technologies SARL
Current assignee: CQLT SaarGummi Technologies SARL
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug 1 umfassend mindestens zwei Werkzeugteile 2a, 2b, welche in einer geschlossenen Position einen Hohlraum 3a begrenzen, wobei mindestens ein Aufnahmekanal 4a, 4b für ein Werkstück 6a, 6b vorgesehen ist, welcher sich von dem Hohlraum 3a zu einer Außenseite des Spritzgusswerkzeugs 1 erstreckt. Um eine einfache Bedienung zu ermöglichen und Herstellungsfehler zu vermeiden, ist in einem Werkzeugteil 2a angrenzend an den Hohlraum 3a ein Drucksensor 9a angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Spritzgusswerkzeugs.
Durch Benutzung sind Spritzgusswerkzeuge zur Erzeugung von Spritzgussteilen bekannt, welche mehrere Werkzeugteile umfassen. Die Werkzeugteile begrenzen in einer geschlossenen Position, in welcher benachbarte Werkzeugteile aneinander anliegen, einen Hohlraum. Zudem ist in der geschlossenen Position ein Aufnahmekanal vorgesehen, welcher sich von dem Hohlraum zu einer Außenseite des Spritzgusswerkzeugs erstreckt. In den Aufnahmekanal kann mindestens ein Werkstück wie bspw. ein Strangprofil eingesetzt werden, welches den Aufnahmekanal verschließt. Mithilfe einer derartigen, als offenes Spritzgusswerkzeug bekannten Vorrichtung können Formteile an Werkstücke angespritzt werden, deren Abmessungen deutlich größer als die des Spritzgusswerkzeugs sind. Hierzu wird jeder Aufnahmekanal mit je einem Werkstück verschlossen und anschließend in den Hohlraum ein fließfähiges Material, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer, eingespritzt. Die Materialzufuhr wird dabei über das eingespritzte Volumen gesteuert. Das heißt, dass das Volumen des Hohlraums berechnet und anschließend eine entsprechende Menge Material eingespritzt wird. Aufgrund von Einlegefehlern der Werkstücke und ungenauen Randbeschnitten der einzusetzenden Werkstücke ist jedoch das Hohlraumvolumen nicht exakt vorhersehbar, so dass es oftmals zu einer nicht vollständigen Ausfüllung des Hohlraums und damit Luftblasen in dem anzuspritzenden Formteil kommt. Auch eine Überspritzung der eingelegten Strangprofile ist durch ungenaues Einsetzen möglich, d.h. hierbei wird das Strangprofil zu weit in das Werkzeug eingelegt und somit das Volumen der Hohlkammer verkleinert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spritzgusswerkzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Spritzgusswerkzeugs zu schaffen, welche eine einfache Bedienung ermöglicht und Herstellungsfehler vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem der Werkzeugteile angrenzend an den Hohlraum ein Drucksensor angeordnet ist. Mithilfe des Drucksensors kann der Druck in dem Hohlraum gemessen und geregelt werden. Um ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraums zu gewährleisten, kann so lange Material in den Hohlraum eingespritzt werden, bis ein vordefinierter Druck in dem Hohlraum erreicht wird. Hierdurch wird unabhängig von der Position des mindestens einen Werkstücks in dem Spritzgusswerkzeug bzw. der Größe des Hohlraums immer die richtige Menge an Material eingespritzt, um den Hohlraum vollständig auszufüllen und eine sichere Verbindung mit dem Werkstück zu ermöglichen. Kostenintensiver Ausschuss aufgrund von Einlegefehlern oder ungenauen Randbeschnitten wird hierdurch zuverlässig verhindert.
Zur Zuführung des fließfähigen Materials, insbesondere thermoplastischen Elastomers oder Polyolefin, kann mindestens ein Zuführkanal zu dem Hohlraum in einem der Werkzeugteile des Spritzgusswerkzeugs vorgesehen sein. Insbesondere kann der Zufuhrkanal zumindest abschnittsweise eine Heizung aufweisen, um das fließfähige Material bis kurz vor Eintritt in den Hohlraum auf einer Fließtemperatur zu halten. Alternativ kann der Zuführkanal auch ohne Heizung ausgebildet sein. Vorteilhaft können mehrere entsprechend ausgebildete Zuführkanäle vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Zuführkanal in einem ersten Werkzeugteil und der Drucksensor in einem zweiten Werkzeugteil angeordnet. Insbesondere kann eine Austrittsöffnung des Zuführkanals in dem ersten Werkzeugteil und der Drucksensor in dem zweiten Werkzeugteil an gegenüberliegenden Enden des Hohlraums mit vorzugsweise möglichst großem Abstand zueinander angeordnet sein, so dass eingespritztes Material erst nach dem vollständigen Ausfüllen des Hohlraums zu dem Drucksensor gelangt. Alternativ können der Zuführkanal und der Drucksensor jedoch auch in dem gleichen Werkzeugteil angeordnet sein.
Um ein stufenweises Befüllen des Hohlraums zu ermöglichen und Lufteinschlüsse zu vermeiden, kann der Zuführkanal mehrere Austrittsöffnungen in den Hohlraum umfassen, welche durch je ein Ventil verschließbar sind. Mittels einer derartigen Kaskadensteuerung können die Ventile derart nacheinander angesteuert werden, dass sich das fließfähige Material gleichmäßig in dem Hohlraum verteilt.
Zur weiteren Optimierung des Einspritzvorgangs kann in einem der Werkzeugteile angrenzend an den Hohlraum ein Temperatursensor vorgesehen sein mit welchem die Temperatur des eingespritzten Materials gemessen und geregelt werden kann. Der Temperatursensor kann insbesondere in Kombination mit dem Drucksensor als Temperatur-/Drucksensor ausgebildet sein. Alternativ können jedoch auch zwei separate Sensoren, ein Drucksensor und ein Temperatursensor, verwendet werden, welche zudem beabstandet voneinander und ggf. in unterschiedlichen Werkzeugteilen vorgesehen sein können. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das fließfähige Material in dem Hohlraum den richtigen Druck und die richtige Temperatur für eine stabile Verbindung mit den Werkstücken aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann mindestens ein von dem Hohlraum getrennter weiterer Hohlraum vorgesehen sein. Jeder der Hohlräume kann dabei durch mindestens ein Werkstück, bspw. ein Strangprofil, verschließbar sein. Zudem kann sich von jedem Hohlraum mindestens ein Aufnahmekanal zu einer Außenseite des Spritzgusswerkzeugs erstrecken. Zudem können zwei Hohlräume auch durch einen Aufnahmekanal verbunden sein.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb eines oben genannten Spritzgusswerkzeuge beansprucht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Werkstück in den mindestens einen Aufnahmekanal eingesetzt und anschließend fließfähiges Material in den Hohlraum eingespritzt wird. Dabei wird der Druck in dem Hohlraum gemessen und der Einspritzvorgang nach Erreichen eines vorgegebenen Drucks und ggf. Ablauf einer vordefinierten (Halte-)Zeit mit vorzugsweise konstantem Druck beendet.
Um das fließfähige Material mit entsprechendem Druck einzuspritzen, kann ein Einspritzzylinder vorgesehen sein. Vorzugsweise wird der Einspritzzylinder mit Hilfe der Messwerte des Drucksensors geregelt, um einen gewünschten Druck und ggf. zeitlichen Druckverlauf zuverlässig einstellen zu können.
Vorteilhaft kann in Abhängigkeit der Messwerte von dem Drucksensor und/oder dem Temperatursensor eine Anpassung der Betriebsparameter für das Spritzgusswerkzeuge für nachfolgende Spritzvorgänge erfolgen. So kann beispielsweise bei einem noch nicht auf Betriebstemperatur erwärmten Spritzgusswerkzeuge das einzuspritzende Material stärker vorgewärmt werden, so dass dieses in dem Hohlraum die gewünschte Temperatur aufweist. Auch kann eine Anpassung von Druck und Temperatur an die Umwelteinflüsse, beispielsweise bei einer witterungsbedingt höheren oder niedrigeren Außentemperatur, erfolgen.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Spritzgusswerkzeug und
2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Spritzgusswerkzeug.

In 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Spritzgusswerkzeug 1 gezeigt. Das Spritzgusswerkzeug 1 umfasst zwei Werkzeugteile, von welchen das untere Werkzeugteil 2a gezeigt ist. Das obere Werkzeugteil ist nicht dargestellt, um einen Einblick in das Spritzgusswerkzeug 1 zu ermöglichen.
Das Spritzgusswerkzeug 1 ist als offenes Werkzeug ausgebildet, was bedeutet, dass in der geschlossenen Position die Werkzeugteile einen Hohlraum 3a begrenzen, von welchem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Aufnahmekanäle 4a, 4b ausgehen und sich von den Hohlraum 3a zu einer Außenseite durch das Spritzgusswerkzeugs 1 erstrecken. In der Darstellung ist das Ergebnis des Anspritzvorgangs gezeigt, bei welchem in den Hohlraum 3a ein Formteil 5 eingespritzt und stoffschlüssig mit in den Aufnahmekanälen 4a, 4b angeordneten Strangprofilen 6a, 6b verbunden ist.
Um das Formteil 5 wie gezeigt an die Werkstücke in Form der zwei Strangprofile 6a, 6b anspritzen zu können, werden die Strangprofil 6a, 6b in Aufnahmekanäle 4a, 4b eingesetzt, wodurch diese verschlossen werden. Damit kann kein in den Hohlraum 3a eingespritztes fließfähiges Material über die Aufnahmekanäle 4a, 4b nach außen austreten.
Als fließfähiges Material kommen insbesondere thermoplastische Elastomere wie beispielsweise TPV (PP + EPDM) TPS (PP + SEBS), oder Polyolefine wie beispielsweise PP (Homopolymer, Copolymer, PP T PP GF) und PE (PE-LD, PE-HD) sowie Mischungen hiervon in Frage. Diese Materialien verhalten sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren, werden unter Wärmezufuhr jedoch plastisch verformbar und fließfähig, so dass sie für den Spritzguss verwendet werden können. Alternativ kann als fließfähiges Material auch ein Synthesekautschuk wie beispielsweise EPDM vorgesehen sein, wobei das Spritzgusswerkzeug und der Drucksensor bzw. der Temperatursensor entsprechend für die Verarbeitung von EPDM ausgebildet sind, das heißt, die Sensoren müssen eine Temperatur von 150-250 °C dauerhaft aushalten können.
Zur einfachen Positionierung der Strangprofil 6a, 6b in den Aufnahmekanälen 4a, 4b, können Markierungen 7a, 7b vorgesehen sein, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an dem unteren Werkzeugteil 2a angeordnet sind. Die Markierungen 7a, 7b zeigen an, wie weit die Strangprofile 6a, 6b in die Aufnahmekanäle 4a, 4b eingeschoben werden sollen.
In den Hohlraum 3a mündet zudem ein Zuführkanal 8a, für die Zuführung von fließfähigem Material. Über den Zuführkanal 8a kann das vorzugsweise erhitzte Material in den Hohlraum 3a eingespritzt werden bis der Hohlraum 3a vollständig ausgefüllt ist. Um ein unerwünschtes Abkühlen des einzuspritzenden Materials zu verhindern, kann der Zuführkanal 8a zumindest abschnittsweise eine nicht gezeigte Heizung aufweisen.
Des Weiteren ist in dem Werkzeugteil 2a angrenzend an den Hohlraum 3a ein Drucksensor 9a vorgesehen, mit welchem der Druck in dem Hohlraum 3a gemessen werden kann. Hierdurch kann der Einspritzvorgang druckgesteuert geregelt und erst gestoppt werden, wenn ein vordefinierter Druck ggf. über eine definierte Zeit erreicht und damit der Hohlraum 3a vollständig ausgefüllt ist. Hierdurch werden Lufteinschlüsse oder Überspritzungen verhindert und eine besonders sichere stoffschlüssige Verbindung des einzuspritzenden Formteils 5 mit den Strangprofilen 6a, 6b erreicht. Zudem kann überwacht werden, dass der Druck einen vorgegebenen Maximaldruck nicht übersteigt, bei welchem die Strangprofile aus dem Spritzgusswerkzeug herausgepresst würden.
In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein Spritzgusswerkzeug 1' gezeigt. Das Spritzgusswerkzeug 1' umfasst mehrere Werkzeugteile 2a, 2b, 2c, 2d, welche gemeinsam einen Hohlraum 3b begrenzen. In der gezeigten Schnittdarstellung ist zudem die Stirnseite eines Strangprofils 6c gezeigt, welches den Hohlraum 3b in der Bildebene nach hinten begrenzt.
Wie aus 2 weiter zu entnehmen ist, ist in dem Werkzeugteil 2a ein Zuführkanal 8b für die Zuführung von fließfähigem Material in den Hohlraum 3b vorgesehen. Die Zufuhr von fließfähigem Material in den Zuführkanal 8b wird über eine Nadelverschlussdüse 10 gesteuert, welche ebenfalls zumindest teilweise in dem Werkzeugteil 2a angeordnet ist. Die Nadelverschlussdüse 10 umfasst eine Düse 11 und eine bewegliche Nadel 12. Zur Ansteuerung der Nadel 12 können beispielsweise nicht dargestellte Druckluftzylinder vorgesehen sein. Wird die Nadel 12 aus einer Schließstellung heraus betätigt, öffnet sich die Düse und das fließfähige Material kann unter Druck in den Zuführkanal 8b und durch eine Austrittsöffnung 13 des Zuführkanals 8b in den Hohlraum 3b eingepresst werden, um ein Formteil an das Strangprofil 6c anzuspritzen.
In dem weiteren Werkzeugteil 2c ist ein Drucksensor 9b angrenzend an den Hohlraum 3b vorgesehen. Über den Drucksensor 9b kann der Druck in dem Hohlraum 3b bestimmt werden. Hierdurch ist es möglich, den Einspritzvorgang zu überwachen und zu stoppen, wenn ein vorgegebener Druck ggf. über eine definierte Zeit in dem Hohlraum 3b erreicht wird.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann der Zuführkanal mehrere Austrittsöffnungen in den Hohlraum umfassen, welche jeweils durch ein Ventil verschließbar sind. Die Ventile können unabhängig voneinander angesteuert werden, um in Form einer Kaskadensteuerung ein möglichst blasenfreies Ausfüllen des Hohlraums mit dem fließfähigem Material zu ermöglichen.
Das Einspritzen des fließfähigen Materials kann durch einen Einspritzzylinder einer Presse erfolgen, welche zuerst innerhalb kurzer Zeit ein größeres Volumen einspritzt und anschließend in einer statischen Einspritzphase (Nachdruckphase) den Druck unter Einspritzen eines geringeren Volumens aufrechterhält.
Bezugszeichenliste

1, 1': Spritzgusswerkzeug
2a, 2b: Werkzeugteile
3a, 3b: Hohlraum
4a, 4b: Aufnahmekanal
5: Formteil
6a, 6b, 6c: Strangprofil
7a, 7b: Markierung
8a, 8b: Zuführkanal
9a, 9b: Drucksensor
10: Nadelverschlussdüse
11: Düse
12: Nadel
13: Austrittsöffnung

Claims

Spritzgusswerkzeug (1; 1') umfassend mindestens zwei Werkzeugteile (2a; 2b; 2c; 2d), welche in einer geschlossenen Position einen Hohlraum (3a; 3b) begrenzen, wobei mindestens ein Aufnahmekanal (4a; 4b) für ein Werkstück (6a; 6b; 6c) vorgesehen ist, welcher sich von dem Hohlraum (3a; 3b) zu einer Außenseite des Spritzgusswerkzeugs (1; 1') erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Werkzeugteile (2a, 2b; 2c; 2d) angrenzend an den Hohlraum (3a; 3b) ein Drucksensor (9a; 9b) angeordnet ist.
Spritzgusswerkzeug (1; 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Werkzeugteile (2a) mindestens ein Zuführkanal (8a; 8b) zu dem Hohlraum (3a; 3b) für die Zuführung von fließfähigem Material, insbesondere thermoplastische Elastomere oder Polyolefine, angeordnet ist.
Spritzgusswerkzeug (1; 1') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (8a; 8b) zumindest abschnittsweise eine Heizung aufweist.
Spritzgusswerkzeug (1; 1') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (8a; 8b) in einem ersten Werkzeugteil (2a) und der Drucksensor (9b) in einem zweiten Werkzeugteil (2c) angeordnet ist.
Spritzgusswerkzeug (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, der Zuführkanal (8a; 8b) mehrere Austrittsöffnungen (13) in den Hohlraum umfasst, welche durch je eine Ventil (12) verschließbar sind.
Spritzgusswerkzeug (1a; 1 b; 1c, 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Werkzeugteile angrenzend an den Hohlraum ein Temperatursensor vorgesehen ist, insbesondere in Kombination mit dem Drucksensor (9a; 9b).
Spritzgusswerkzeug (1a; 1b; 1c, 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein von dem Hohlraum (3a; 3b) getrennter weiterer Hohlraum vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb eines Spritzgusswerkzeugs (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Einsetzen eines Werkstücks (6a; 6b; 6c) in den mindestens einen Aufnahmekanal (4a; 4b), - Einspritzen von fließfähigem Material in den Hohlraum (3a; 3b), - Messen des Drucks in dem Hohlraum (3a; 3b), - Beenden des Einspritzvorgangs nach Erreichen eines vorgegebenen Drucks.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem Hohlraum (3a; 3b) mittels dem Drucksensor (9a; 9b) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Messwerte des Drucksensors (9a; 9b) ein Einspritzzylinder für die Zufuhr des fließfähigen Materials geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Messwerte von dem Drucksensor (9a; 9b) und/oder dem Temperatursensor eine Anpassung der Betriebsparameter für das Spritzgusswerkzeug (1; 1') für nachfolgende Spitzvorgänge erfolgt.