DE10204806A1

DE10204806A1 - Injection molding thick-walled single or multi-component plastic parts involves injection of a thin walled structure prior to injection of other layers to make up a final thickness

Info

Publication number: DE10204806A1
Application number: DE10204806A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wenzel; Dirk Esbach; Friedrich Esbach
Original assignee: WGB WERKZEUG und GERAETEBAU KL
Current assignee: WGB WERKZEUG und GERAETEBAU KL
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Two stage process involves initially producing either: (a) a thin-walled outer shell with an opening on one or more sides which form part or all of the outer shape or (b) producing a basic body which forms only part of the outer shape. A second stage involves injecting either the same or a different plastic onto the inside of the thin walled shell or basic body. Two stage process involves initially producing either: (a) a thin-walled outer shell with an opening on one or more sides which form part or all of the outer shape or (b) producing a basic body which forms only part of the outer shape. A second stage involves injecting either the same or a different plastic onto the inside of the thin walled shell or basic body until the desired thick wall section is reached.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dickwandiger ein- und mehrkomponentiger Kunststoffteile in einem Spritzgießwerkzeug. The invention relates to a method for producing thick-walled ones multi-component plastic parts in an injection mold.

Kunststoffteile werden in der Technik zumeist aus thermoplastischem Kunststoff durch Spritzgießen hergestellt. Bei den dazu bekannten Verfahren sind zwei wichtige Bedingungen zu beachten. Zum einen ist die Abkühlzeit der Formteile stark von ihrer Wandstärke abhängig und zum anderen tritt bei der Abkühlung von Kunststoffen ein Schwund ein, der ebenfalls von der Wandstärke abhängig ist. Sollen Spritzgussteile aus Kunststoff geformt werden, hängt die Zykluszeit deshalb entscheidend von der Abkühlzeit ab, die von der Wandstärke der Kunststoffteile abhängt. Infolge des Schwunds treten im Kunststoffteil u. U. Formänderungen auf, die um so weniger beherrschbar sind, je dickwandiger und/oder komplizierter die Gussteile und je unterschiedlicher ihre Wandstärken sind. In engineering, plastic parts are mostly made of thermoplastic Injection molding. The processes known for this are two important conditions to consider. On the one hand, the cooling time of the molded parts strongly depends on their wall thickness and on the other hand, when plastics cool down, there is also a shrinkage depends on the wall thickness. If injection molded parts are to be molded from plastic, it hangs the cycle time is therefore crucially dependent on the cooling time, that of the wall thickness of the Plastic parts depends. As a result of the shrinkage u. U. shape changes on, the less manageable, the thicker and / or more complicated Castings and the more different their wall thicknesses are.

Die bisher bekannten Gussteile sind deshalb im wesentlichen dünnwandig oder mit Hohlräumen gestaltet. Es ist auch üblich, Hohlräume mit geschäumten Material auszufüllen, oder mit schäumenden Materialien zu spritzen um die entsprechenden Formdicken zu erhalten. Die Formstabilität ist aber geringer als bei voll ausgespritzten starkwandigen Teilen. Aufschäumen oder Ausschäumen stellen eine Stabilitätsverlust dar. The previously known castings are therefore essentially thin-walled or with Designed cavities. It is also common to fill voids with foamed material, or to spray with foaming materials to get the appropriate mold thickness receive. The dimensional stability is, however, less than with fully sprayed thick-walled parts. Foaming or foaming represent a loss of stability.

Weitere angespritzte Komponenten, die auch mehrfarbig sein können, sollen der Formgestaltung dienen, weichere Umhüllungen sollen einen besseren und sicheren Griff von Gebrauchsgegenständen garantieren. Neben diesen Komponenten können funktionelle Teile, wie Dichtlippen, Stoßkanten usw. angegossen werden. Dies sind sogenannte Mehrkomponenten-Teile. Other molded components, which can also be multi-colored, should Shaping serve, softer wrappings are said to have a better and safer grip Guarantee everyday items. In addition to these components, functional parts, such as sealing lips, butt edges etc. are cast on. These are so-called Multi-component parts.

In einem Spritzgusswerkzeug ist es nicht möglich, ohne ausreichende Abkühlzeit dicke Kunststoffteile herzustellen und diese sofort mit einer weiteren Komponente zu umspritzen, ohne die Form des Teiles zu beschädigen. Der Kunststoff ist im Inneren des Teiles noch nicht ausgehärtet, da erst nach einer hinreichenden Abkühlzeit eine ausreichende Formstabilität erreicht wird. Es muss eine solche Abkühlzeit eingehalten werden, dass der Kunststoff zumindest so formstabile ist, um dem Spritzdruck bei der Umspritzung mit weiteren Kunststoffkomponente, oder dem Anspritzen weiterer Komponenten standzuhalten und seine Form nicht zu beschädigen. Bei diesem Abkühlungsprozess verliert das Teil durch Schwund die Außenmaße der ursprünglich im Spritzgussverfahren hergestellten Form. Die dabei auftretenden Längen- und Breitenänderungen sind nur bei exakter Einhaltung der vorgeschriebenen Abkühlzeiten bis zur weiteren Bearbeitung beherrschbar und weitere Komponenten können erst nach dieser Abkühlzeit formschlüssig aufgespritzt werden. Durch eine dadurch zwangsweise notwendige Abkühlpause der Teile im Fertigungsprozess ist nur eine eingeschränkte Automatisierung des gesamten Spritz- und damit Fertigungsprozess möglich. Es ist nicht möglich die Teile ohne zwischenzeitliche Kühllagerung in einem Zyklus zu spritzen. In an injection mold it is not possible to thick without sufficient cooling time Manufacture plastic parts and immediately overmold them with another component, without damaging the shape of the part. The plastic is not inside the part yet hardened, because only after a sufficient cooling time sufficient dimensional stability is achieved. Such a cooling time must be observed that the plastic is at least as dimensionally stable as the injection pressure during the encapsulation Resist plastic component, or the injection of other components and its Shape not to damage. During this cooling process, the part loses due to shrinkage the external dimensions of the mold originally produced by injection molding. The one there Changes in length and width that occur are only possible if the prescribed cooling times until further processing manageable and others Components can only be positively sprayed on after this cooling time. By a necessary cooling break of the parts in the manufacturing process is only necessary limited automation of the entire spraying and thus manufacturing process possible. It is not possible to store the parts in one cycle without intermediate cold storage to inject.

Bei der vollständigen Abkühlung eines in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellten dickwandigen Teiles treten zusätzlich durch den Schwund, der an den außenliegenden Bereichen der bereits erstarrten Außenkontur geringer bzw. verlangsamter ist als in dem noch weichen Kern mitunter Hohlräume auf. Diese Hohlräume lassen auf erhebliche Spannungen im Kunststoffteil schließen und stellen bei klarsichtigen Teilen eine erhebliche optische Wertminderung dar. When completely cooling one manufactured in a single process step thick-walled part also occur through the shrinkage that on the outside Areas of the already solidified outer contour is less or slower than in the still soft core sometimes hollow. These voids leave considerable tension close in the plastic part and provide a significant optical appearance for transparent parts Depreciation.

Die bisher bekannten dickwandigen Spritzgussteile aus Kunststoff, die nachträglich mit weiteren Komponenten durch anspritzen ausgerüstet wurden, um z. B. die Aufnahme von Schrauben oder die Aufnahme von Borsten für Besen oder Bürsten und dergleichen zu erlauben oder Weichkomponenten wich Dichtlippen zu erhalten, sind in Ihrer Herstellung durch zusätzliche Kühlpausen und Arbeitsgänge aufwendig herzustellen The previously known thick-walled plastic injection molded parts, which can be retrofitted with other components were equipped by injection to z. B. the inclusion of Screwing or picking up bristles for brooms or brushes and the like allow or to receive soft components giving way to sealing lips are in your production complex to manufacture due to additional cooling breaks and work steps

Aus der DE 198 58 102 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bürstenkörper, besonders Zahnbürstenkörpern bekannt. In dem beschriebenen Verfahren wird der Bürstenkörper durch Umspritzen eines dünnwandigen Profilkörpers hergestellt. Es liegt nun nahe, einen derartig hergestelltes Kunststoffteil als Grundkörper für ein dickwandiges Mehrkomponenten- Kunststoffteil zu verwenden. Das ist nicht möglich, da das Verfahren dünnwandige Innen- Grundkörper für dünnwandigen Gesamtteilen herstellt. Der unter o. g. Patentnummer vorgestellte Körper würde beim Umspritzen zu einem Teil mit z. B. 14 mm und mehr Dicke sowie wesentlich längerer Gesamtgröße sofort seine Stabilität verlieren und erweichen Der hier vorgestellte Grundkörper für Zahnbürsten kann nicht zum Aufbau eines sehr dickwandigen Teiles dienen, da seine Stabilität nicht ausreicht der dickenwandigen Umspritzung, ohne Formverlust oder erneuter Erweichung durch die heiße Spritzmasse großen Volumens, standzuhalten. Weiterhin wird die Zykluszeit nicht wesentlich verkürzt, da zuerst ein dickwandiges Kunststoffteil hergestellt werden muss, bevor es zu einem Mehrkomponententeil weiterverarbeitet werden kann. Bei diesem Verfahren werden sehr dünnwandige Grundkörper zu dünnwandigen Teilen umspritzt. DE 198 58 102 describes a method for producing brush bodies, in particular Toothbrush bodies known. In the described method, the brush body is through Injection molding of a thin-walled profile body. It is obvious now, one like that manufactured plastic part as a base for a thick-walled multi-component Use plastic part. This is not possible because the process uses thin-walled Manufacture basic body for thin-walled overall parts. The one mentioned above Patent number presented body would be in part with z. B. 14 mm and more thickness as well as much longer overall size immediately lose its stability and soften Basic body for toothbrushes presented here can not be used to build a very thick-walled part serve, since its stability is not sufficient of the thick-walled Overmoulding, without losing shape or softening again through the hot molding compound large volume to withstand. Furthermore, the cycle time is not significantly reduced because First, a thick-walled plastic part must be made before it becomes one Multi-component part can be processed further. This procedure will be very overmolded thin-walled base body to thin-walled parts.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung dickwandiger ein- oder mehrkomponentiger Kunststoffteile bereitzustellen, mit dem Spritzgussteile aus Kunststoff, insbesondere Mehrkomponenten-Kunststoffteile in einem wirtschaftlichen Prozess hergestellt werden können. Durch das Verfahren soll gesichert werden, dass dickwandige Kunststoffteile in einem schnellen Zyklus und mit einer hohen Formstabilität insbesondere beim Um- oder Anspritzen weiterer Komponenten gefertigt werden. It is therefore the object of the invention to provide a method for producing thick-walled single or to provide multi-component plastic parts with which injection molded parts Plastic, especially multi-component plastic parts in an economical Process can be made. The procedure is intended to ensure that thick-walled plastic parts in a fast cycle and with high dimensional stability in particular when overmolding or molding additional components.

Die Aufgabe wird durch die anhängenden Patentansprüche gelöst. Das Verfahren zur Herstellung dickwandiger Kunststoffteile in einer Spritzgussform ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine im Verhältnis zum Gesamtteil entsprechend dünne, an einer oder mehreren Seiten offene Außen- oder Konturhülle, die teilweise oder vollständig die äußere Form des dickwandigen Kunststoffteils darstellt, hergestellt wird. Diese wird durch Kühlen schnell formstabil. Anschließend wird das Innere der dünnwandigen Umhüllung in einem oder mehreren Spritschritten mit derselben oder auch anderen Kunststoffkomponente ausgespritzt, bis die gewünschte Wandstärke oder Form erreicht ist. The object is solved by the appended claims. The procedure for Production of thick-walled plastic parts in an injection mold is characterized by that in a first step a thin one in relation to the total part, on one or several sides open outer or contour envelope, which partially or completely the represents outer shape of the thick-walled plastic part is produced. This is through Cooling quickly keeps its shape. Subsequently, the inside of the thin-walled casing is in one or more fuel steps with the same or different plastic components sprayed out until the desired wall thickness or shape is reached.

Bei mehrkomponentigen Teilen ist es möglich, ohne lange Vorkühlzeit auf die Konturhülle weitere Komponenten anzuspritzen oder nach dem Ausspritzen Komponenten anzuspritzen oder diese Vorgänge parallel durchzuführen. With multi-component parts, it is possible without long pre-cooling times on the contour envelope to spray on further components or to spray on components after spraying or perform these operations in parallel.

Mit diesem Verfahren wird gesichert, dass die Kunststoffteile im Fertigungsprozess eine hohe Formstabilität erhalten. Die dünnere Außen- und Konturhülle eines dickwandigen Kunststoffteiles kann mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Diese Hülle kühlt schnell durch und wird sehr schnell formstabil. Das Ausspritzen dieser erstarrten stabilen Umhüllung und Anspritzen weiterer Komponenten verändert die Außenform nur noch sehr gering. Mit diesem Verfahren erfolgt die Produktion insgesamt in einer geringeren Zeit, als die Herstellung des gleichen Teiles in einem einzigen Spritzgussschritt, da die Kühlzeit der herkömmlichen Teile im Werkzeug wesentlich länger ist. Diese Teile können schon ein selbständiges Produkt sein. This process ensures that the plastic parts in the manufacturing process are high Preserve dimensional stability. The thinner outer and contour envelope of a thick-walled Plastic part can be manufactured with high accuracy. This shell cools quickly through and becomes dimensionally stable very quickly. The spraying out of this solidified stable covering and molding additional components changes the outer shape very little. With In this process, the production takes place in less time than that Production of the same part in a single injection molding step because of the cooling time conventional parts in the tool is much longer. These parts can already be a be an independent product.

Die besonderen Vorteile bieten das Verfahren beim Einsatz der Teile als formstabiler Grundkörper für die An- oder Umspritzung mit mindestens einer weiteren Komponente. In einem ersten Schritt wird die dünnwandige, mit einer oder mehreren Öffnungen versehene Umhüllung, die die äußere Form des dickwandigen Kunststoffteils besitzt hergestellt. An die äußere Wand der dünnwandigen Umhüllung wird mindestens eine weitere Komponenten angespritzt. The process offers particular advantages when the parts are used as dimensionally stable Base body for injection molding or extrusion coating with at least one further component. In a first step is the thin-walled, provided with one or more openings Wrapping that has the outer shape of the thick-walled plastic part made. To the outer wall of the thin-walled casing becomes at least one further component molded.

Damit können dickwandige Mehrkomponenten-Kunststoffteile sehr wirtschaftlich hergestellt werden, da die Zykluszeit durch Umgehen der langen Abkühlzeiten dicker Teile vor dem Anspritzen der zweiten Komponente minimiert wird. Es wird zunächst eine Hülle als Außenkontur oder Teilkontur des Kunststoffteils hergestellt und in den nachfolgenden Schritten werden eine oder mehrere Komponenten an die Umhüllung angegossen und das dickwandige Kunststoffteil vervollständigend ausgespritzt, d. h. die dünnwandige Umhüllung, die die äußere Form des Kunststoffteiles besitzt, wird durch Spritzgießen ausgefüllt. Thick-walled multi-component plastic parts can be manufactured very economically the cycle time by bypassing the long cooling times of thick parts before Injection of the second component is minimized. It is initially considered a shell Outer contour or partial contour of the plastic part produced and in the following Steps, one or more components are cast onto the casing and that thick-walled plastic part completely injected, d. H. the thin-walled covering, which has the outer shape of the plastic part, is filled by injection molding.

Damit wird die Abhängigkeit der Zykluszeit von mehrfach gespritzten dickwandigen Teilen von der Kühlfase entkoppelt. Die gesamte Fertigungszeit wird wesentlich reduziert. Die Prozesssicherheit wird durch die erhöhte Formstabilität im Spritzprozess erhöht. This makes the dependence of the cycle time on multi-injection molded thick-walled parts decoupled from the cooling bevel. The entire manufacturing time is significantly reduced. The Process reliability is increased by the increased dimensional stability in the injection molding process.

Mit diesem vorgeschlagenen Verfahren werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden. Die dünnwandige Umhüllung mit der äußeren Form des zu bildenden dickwandigen Kunststoffteiles bildet also nur einen Teil des zu fertigenden dickwandigen Teiles. Das Spritzgusswerkzeug ist dabei so konstruiert, dass es die einzelnen Formnester zur Herstellung des gesamten Spritzgussteiles enthalten kann. With this proposed method, the disadvantages of the prior art are eliminated overcome. The thin-walled envelope with the outer shape of the one to be formed thick-walled plastic part thus forms only part of the thick-walled part to be manufactured Part. The injection molding tool is designed in such a way that the individual mold cavities are used Manufacture of the entire injection molded part can contain.

Nachdem die dünnwandige Umhüllung, welche die äußere Form des dickwandigen Kunststoffteiles besitzt, gegossen ist, wird sie in einem weiteren Formnest der Spritgussform weiterverarbeitet. Es kann diese dünnwandige Umhüllung durch Ausspritzen auf die gewünschte Wandstärke verstärkt und nacheinander oder gleichzeitig weitere Komponenten, meist andere Materialien mit unterschiedlichen Farben oder Konsistenzen aufgespritzt werden. Dies ist möglich, weil die dünnwandige Außenkonturhülle mit einer Wandstärke gefertigt wird, bei der sie durch schnelles Durchkühlen formstabil ist und in der Dicke so gewählt ist, dass sie dem Spritzdruck der weiteren Spritzschritte standhält, ohne sich zu verformen. After the thin-walled wrapping, which is the outer shape of the thick-walled Has plastic part, is cast, it is in another mold cavity of the injection mold further processed. It can be sprayed onto the thin-walled envelope desired wall thickness reinforced and successively or simultaneously other components, usually other materials with different colors or consistencies are sprayed on become. This is possible because the thin-walled outer contour envelope with a wall thickness is manufactured in which it is dimensionally stable due to rapid cooling and so in thickness is chosen so that it withstands the spray pressure of the further spraying steps without closing deform.

Durch das dünnwandige Aus-, An- und Umspritzen wird erreicht, dass die Spritzmasse schnell und formfest erstarrt. In dem einen Verfahrensschritt wird die Umhüllung der dickwandigen Komponente, z. B. eines Mehrkomponenten-Kunststoffteiles gespritzt, in einem oder mehreren Schritten durch dünnwandiges Ausspritzen ausgefüllt bis die gewünschte Wandstärke erreicht ist. In einem vor dem Ausspritzen stattfindenden, weiteren oder parallel ausgeführten Verfahrensschritt werden weitere Komponenten an die Umhüllung angespritzt. The thin-walled injection, injection and overmoulding means that the molding compound solidifies quickly and dimensionally. In one process step, the wrapping of the thick-walled component, e.g. B. injected a multi-component plastic part in one or several steps filled by thin-walled spraying until the desired one Wall thickness is reached. In one that takes place before, or in parallel Executed process step, further components are injection molded onto the casing.

Die Wandstärke der Aus- und Anspritzungen werden jeweils so gewählt ist, dass die Gussmasse in kürzester Zeit erstarrt ist, bevor die nächste Aus- oder Anspritzung beginnt. Es entsteht dabei ein dickwandiger Kunststoffkörper oder Mehrkomponenten-Kunststoffkörper. Das Mehrkomponenten-Kunststoffteil erhält dabei gleichzeitig die erforderliche Stabilität. Die Zykluszeit zur Herstellung von Mehrkomponenten-Kunststoffteile, auch bei Integration dickwandiger Kunststoffteile, wird wesentlich verkürzt, so dass eine Automatisierung des Herstellungsverfahrens von dickwandigen Kunststoffteilen mit einfachen Mitteln möglich ist. The wall thickness of the injections and injections is chosen so that the The casting compound has solidified in a very short time before the next injection or injection begins. It this creates a thick-walled plastic body or multi-component plastic body. The multi-component plastic part also receives the required stability. The cycle time for the production of multi-component plastic parts, also with integration thick-walled plastic parts, is significantly shortened, so that automation of the Manufacturing process of thick-walled plastic parts is possible with simple means.

Der gesamte Abkühlungsprozess für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes dickwandiges Kunststoffteil ist wesentlich kürzer als der Abkühlungsprozess eines in einem Schritt gespritzten dickwandigen Kunststoffteiles. Damit werden die Produktionszeiten um ein vielfaches kürzer. Das Verfahren zur Herstellung von dickwandigen Kunststoffteilen und Mehrkomponenten-Kunststoffteilen erfolgt im Regelfall Fall in nur einer Spritzgussform und ohne Zwischenkühlung der Teile außerhalb der Form. The entire cooling process for a process according to the invention The thick-walled plastic part produced is much shorter than the cooling process a thick-walled plastic part injected in one step. With that, the Production times many times shorter. The process of making thick-walled Plastic parts and multi-component plastic parts are usually made in just one Injection mold and without intermediate cooling of the parts outside the mold.

Das Umsetzen des Grundkörper bzw. der Kunststoffteile kann zum Beispiel durch eine Robotik oder durch eine in der Spitzgussform integrierten Umsetzmechanik oder mittels eines Drehtellers an der Spritzgießmaschine oder sogenannten Drehwerkzeugen erfolgen. Mit jedem Öffnen der Form kann dadurch ein fertiges Teil ausgeworfen werden. The implementation of the base body or the plastic parts can, for example, by a Robotics or by means of a transfer mechanism integrated in the injection mold or by means of a turntable on the injection molding machine or so-called turning tools. With Every time the mold is opened, a finished part can be ejected.

Die nach diesen Verfahren herstellbaren Teile sind dickwandig, ohne unerwünschte vakuumierte Hohlräume im Spritzmaterial und besitzen keine Zusätze wie aufschäumende Stoffe. Es können auch eingelegte Teile aus verschiedenen Materialien (z. B. Metalleile wie Klingen, Schraubenzieherstähle, Schraubgewindeeinsätze/-einlagen usw. durch Umspritzen zu einem dickwandigen Körper ohne Zwischenkühlung aufgebaut werden, der mit weiteren anderen Kunststoffkomponenten umspritzt werden kann. The parts that can be produced by these processes are thick-walled, without undesirable ones Vacuumed cavities in the spray material and have no additives such as foaming Substances. Inlaid parts made of different materials (e.g. metal parts such as Blades, screwdriver steels, screw thread inserts / inserts etc. by overmolding to be built into a thick-walled body without intermediate cooling, which with other other plastic components can be encapsulated.

Die Teile können mehrkomponentig sein und so gefertigt werden, das der Zeitpunkt des Anspritzen weiterer Komponenten auf ein sehr dickes Teil nicht mehr von der gesamten Abkühlzeit des Gesamtteiles abhängig ist. Die Fertigung mittels einer Außen- oder Konturhülle verkürzt die Fertigungszeit, ermöglicht die mehrkomponentige Herstellung von dickwandigen Teilen im schnellen Zyklus und löst das Problem der nicht gegebenen Formstabilität bei der Produktion von sehr dicken Teilen bei nicht gegebener sehr langen Kühlfaxe. The parts can be multi-component and manufactured in such a way that the time of the No more of the entire component is sprayed onto a very thick part Cooling time of the entire part is dependent. Manufacturing by means of an external or Contour envelope shortens the production time, enables the multi-component production of thick-walled parts in a fast cycle and solves the problem of non-existent Dimensional stability in the production of very thick parts when there are no long ones Kühlfaxe.

Claims

1. A method for producing thick-walled plastic parts in an injection mold, characterized in that in a first step, a thin-walled, on one or more sides with an opening provided with an outer or contour shell, some or all of which has the outer shape of the thick-walled plastic part or a base body which has the outer contour in partial areas, is produced and in at least one further step the interior of the thin-walled covering is sprayed out with the same or another plastic component or the base body is filled until the desired wall thickness is reached.

2. A method for producing thick-walled plastic parts according to claim 1, characterized characterized in that in at least one further step at least one further Component to the outside of the envelope or the base body in front of or after spraying, is injected.

3. A method for producing thick-walled plastic parts according to claim 1 and 2, characterized in that the following after spraying the contour envelope Steps to eject the thin-walled envelope of the thick-walled Plastic part or the corresponding base body with the same or a different one Plastic component and the injection of other components on the outer Wall of the thin-walled casing or the base body take place simultaneously.