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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Spritzgießform zum Herstellen von Mehrkomponenten-Bürstenkörpern aus Kunststoff insbesondere für Zahnbürsten, wobei die Spritzgießform eine düsenseitige und eine auswerferseitige Formplatte aufweist, in denen jeweils einander zugeordnete Formnester vorgesehen sind, wobei die Spritzgießform als Wendewerkzeug ausgebildet ist, mit einem um eine Rotationsachse drehbaren, der auswerferseitigen Formplatte zugeordneten Wendeteil (Indexplatte), welches Teil-Formnester der Formnester der auswerferseitigen Formplatte aufweist, und wobei das als Indexplatte ausgebildete Wendeteil wenigstens dreiarmig mit etwa radial bezüglich der Rotationsachse des drehbaren Wendeteils angeordneten, die Teil-Formnester aufweisenden Tragarmen ausgebildet ist.
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Aus der
DE 200 07 304 U1 ist bereits eine Spritzgießmaschine bekannt, welche als Wendewerkzeug ausgebildet ist, so daß in einem ersten Spritzvorgang ein Zahnbürsten-Grundkörper und in einem zweiten Spritzvorgang ein Umspritzen dieses Grundkörpers zu einem fertigen Zahnbürstenkörper vorgenommen werden kann.
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Die vorbekannte Spritzgießform weist Gruppen von Formnestern in den Formplatten und dem Wendeteil auf, die alle mit ihrer Längserstreckungen parallel zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung der Formnester soll gegenüber einer Anordnung der Formnester mit radial vom Drehpunkt wegweisenden Formnestern eine kompaktere Anordnung ermöglichen.
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Trotzdem ergibt dies noch einen vergleichsweise großen Platzbedarf, so dass der zwischen den Holmen der Spritzgießmaschine zur Verfügung stehende Platz die Anordnung einer nur vergleichsweise geringen Anzahl von Formnestern zulässt.
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Nach den Spritzvorgängen wird die Form geöffnet und die Spritzlinge mit Hilfe des Wendeteils umgesetzt. Dabei werden die Grundkörper in die nachfolgende Umspritzstation umgesetzt und die Fertigspritzlinge aus der Umspritzstation entnommen oder einer Abkühl- und Entnahmestation zugeführt. Die Zykluszeit setzt sich dabei aus der Zeit, wo die Form geschlossen ist und der Zeit, wo die Form geöffnet ist, zusammen. In der Offenzeit werden die Spritzlinge umgesetzt und fertige Bürstenkörper entnommen. Dies bedeutet, dass die Form erst dann wieder geschlossen werden kann, wenn die fertigen Bürstenkörper der Form entnommen sind. Übliche Zykluszeiten betragen bei der Herstellung von Zahnbürstenkörpern etwa 30 bis 35 Sekunden.
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Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der
EP 0 671 251 A1 werden den Spritzstationen weitere Stationen, beispielsweise zum Abkühlen, Nachbearbeiten oder Ausstoßen der Spritzlinge nachgeordnet, so dass diese Bearbeitungsschritte innerhalb der Zykluszeit des Spritzvorgangs erledigt werden können, um die gesamte Herstellungszeit für einen Spritzling zu reduzieren.
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Die
EP 0 678 368 A1 zeigt und beschreibt eine Spritzmaschine zum Spritzen von Bürstenkörpern mit zumindest zwei verschiedenen Materialien, wobei zunächst ein Bürstengrundkörper gespritzt wird, der anschließend in ein weiteres Formnest umgesetzt wird zum Spritzen einer zweiten Materialkomponente. Dabei wird ein Einsatzteil an einer den Spritzstationen vorgeschalteten Bündel-Zuführstation mit Borstenbündeln gefüllt und anschließend der ersten Spritzstation zugeführt. Dort werden die freien Bündel-Enden mit dem ersten Spritzmaterial umspritzt und in diesem eingebettet. Die Vorrichtung gemäß der
EP 0 678 368 A1 stellt eine Inmould-Anlage dar, bei der vorbereitete Borstenbündel umspritzt werden mit dem Ziel, auf eine separate Stopfeinrichtung für die Borstenbündel verzichten zu können.
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Eine Fertigung von Bürstenkörpern mit Bündelaufnahmelöchern, in die nach dem Spritzen Borstenbündel eingestopft werden, ist dabei nicht möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Spritzgießform zu schaffen, mit der während der einzelnen Arbeitsgänge eine erhöhte Anzahl von Kunststoffteilen hergestellt werden können, ohne dass dazu größere Spritzgießmaschinen eingesetzt werden müssen. Weiterhin soll die Möglichkeit der Verkürzung der Zykluszeit bestehen. Zudem soll auf konstruktiv einfache und somit kostengünstige Weise ermöglicht werden, Bürstenkörper mit Löchern für Borstenbündel zu spritzen.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Formnester mit ihrer Längserstreckung etwa tangential zur Rotationsachse angeordnet sind, dass die Teil-Formnester in den Tragarmen zum Formen von Löchern für Borstenbündel aufweisende Bürstenbereiche ausgebildet sind und daß dazu Lochstifte zum Formen dieser Borstenbündel-Löcher vorgesehen sind, die zusätzlich als Halteelemente zum Verbinden der Grundkörper und der Fertigspritzlinge mit dem jeweiligen Tragarm dienen.
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Durch diese Anordnung der Formnester ist der Platzbedarf auch bei einer großen Anzahl von Formnestern gering, so dass trotz hoher Anzahl von Formnestern vergleichsweise kleine Spritzgießmaschinen mit entsprechendem Kostenvorteil einsetzbar sind.
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Bei gleichem Außendurchmesser, der durch den Abstand der Holme der Spritzgießmaschine vorgegeben ist, lassen sich so wesentlich mehr Formnester unterbringen wie bei bisherigen Spritzgießwerkzeugen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, 24 Formnester vorzusehen, so dass jeder Tragarm der Indexplatte 24 Teil-Formnester aufweist.
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Mit Hilfe der Lochstifte zum Formen der Borstenbündel-Löcher können die Spritzlinge sicher gehalten werden, so dass dafür keine zusätzlichen Elemente mit entsprechendem Aufwand erforderlich sind.
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Um bezogen auf die Länge der Tragarme möglichst viele Teil-Formnester und damit auch Formnester vorsehen zu können, weist jeder Tragarm der Indexplatte vorzugsweise zwei parallele Reihen von in radialer Richtung nebeneinander angeordneten Teil-Formnestern auf, wobei die Teil-Formnester der beiden Reihen spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, dass die Spritzgießform wenigstens drei Stationen, nämlich eine zum Spritzen von Grundkörpern, wenigstens eine zum Umspritzen der Grundkörper sowie eine Station zur Kühlung und Abgabe von Bürstenkörpern aufweist und dass die Bürstenkörper-Abgabestation bei geschlossener Form für eine Entnahme von Bürstenkörpern zugänglich ist.
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Dadurch besteht die Möglichkeit, Bürstenkörper bei geschlossener Form während des Spritzvorganges zu entnehmen. Es wird somit die Zeit, die für den oder die Spritzvorgänge erforderlich ist gleichzeitig auch ausgenutzt, um die Bürstenkörper abzukühlen und zu entnehmen. Der Wechselvorgang, bei dem Grundkörper-Spritzlinge in die nachfolgende Umspritz-Station umgesetzt werden, nimmt dadurch nur noch sehr wenig Zeit in Anspruch, wobei für das öffnen, das Weiterdrehen der Indexplatte und das Schließen der Form etwa drei Sekunden genügen.
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In Versuchen hat sich herausgestellt, dass dadurch gegenüber den bisherigen Zykluszeiten etwa 5 Sekunden pro Zykluszeit eingespart werden kann. Bei einem 10-stündigen Betrieb der Spritzgießmaschine sind mit der erfindungsgemäßen Maschine bis zu 1.440 Zyklen möglich, während mit bisherigen Maschinen etwa bis zu 1.200 Zyklen möglich sind. Die Differenz von 240 Zyklen multipliziert mit der pro Zyklus hergestellten Anzahl von Bürstenkörpern, beispielsweise 24 Bürstenkörper, ergibt 5760 Bürstenkörper mehr innerhalb der angenommenen Betriebszeit von 10 Stunden.
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In Verbindung mit der wesentlich besseren Platzausnutzung beziehungsweise der größeren Anzahl von Formnestern bei vorgegebenen Platzverhältnissen ergibt sich so eine besonders wirtschaftlich arbeitende Maschine.
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Zu einer kurzen Zykluszeit trägt bei, wenn die Indexplatte(n) beim öffnen der Form von der auswerferseitigen Formplatte während der Öffnungsbewegung nach einem Teilbereich des Gesamtöffnungswegs abkuppelbar ist und wenn nach dem Abkuppeln und der Freigabe der Indexplatte diese für die Wende-Drehbewegung mit dem Drehantrieb kuppelbar ist.
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Beim öffnen der Form fährt somit die Indexplatte nicht über den vollen Öffnungsweg mit und anschließend zurück in eine Freigabestellung, sondern macht nur einen Teilbereich des Gesamtöffnungswegs der auswerferseitigen Formplatte mit bis die Spritzlinge bei der düsenseitigen Formplatte entformt sind und wird bereits in der vorgesehenen Zwischenstellung freigegeben. Die auswerferseitige Formplatte setzt ihre Öffnungsbewegung fort, so dass eine Trennung dieser Formplatte und der Indexplatte erfolgt. Sobald die Indexplatte frei ist, kann sie gedreht werden. Das Ausfahren der Indexplatte aus der Formplatte und die Wendedrehbewegung der Indexplatte erfolgt somit innerhalb der zum Öffnen der Form notwendigen Zeit.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt stärker schematisiert:
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1 eine Seitenansicht eines zu einer Spritzgießmaschine gehörenden Formwerkzeugs in geöffnetem Zustand,
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2 eine Innenseitenansicht einer auswerferseitigen Formplatte mit darin eingesetzter Indexplatte und
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3 eine schematische Darstellung eines als Etagenwerkzeug ausgebildeten Formwerkzeugs.
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Von einer Spritzgießmaschine ist in 1 das geöffnete Formwerkzeug 1 mit einer düsenseitigen Formplatte 2, einer auswerferseitigen Formplatte 3 und einer in Ausfahrstellung befindlichen Indexplatte 4 als Wendeteil dargestellt. Es handelt sich hier um ein Wendewerkzeug, mit dem Mehrkomponenten-Bürstenkörper aus Kunststoff, insbesondere für Zahnbürsten, gespritzt werden können.
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Wie in 2 erkennbar, sind dazu eine erste Station 5 zum Spritzen von Grundkörpern, eine um 120° verdreht dazu angeordnete zweite Station 6 zum Umspritzen der Grundkörper 12 sowie eine wiederum um 120° verdreht dazu angeordnete Bürstenkörper-Abgabestation 7, bei der fertige Bürstenkörper 9 entnommen werden können, vorgesehen.
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In der feststehenden, düsenseitigen Formplatte 2 und in der gemäß dem Doppelpfeil PF 1 zum Öffnen und Schließen der Form beweglichen auswerferseitigen Formplatte 3 sind gegenüberliegend angeordnete Formnester 8 (Kavitäten) vorgesehen, die bei geschlossener Spritzgießform die Formholräume für die Bürstenkörper 9 umgrenzen.
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In 2 sind die Formnester 8 im beweglichen Teil des Formwerkzeuges 1 erkennbar. Diese Formnester 8 setzen sich aus einem Teil-Formnest 8a in der beweglichen auswerferseitigen Formplatte 3 und einem Teil-Formnest 8b in der Indexplatte 4 zusammen.
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Die sternförmige, dreiarmige Indexputte 4 ist in eine Aufnahmevertiefung 10 (1) der auswerferseitigen Formplatte 3 einfahrbar, so dass die Teil-Formnester 8a und 8b jeweils fluchtend zueinander angeordnet sind und zusammen die Formnester 8 bilden.
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Die Teil-Formnester 8b in den Tragarmen 11 der Indexplatte 4 sind zum Formen von Zahnbürstenköpfen oder Teilbereichen davon ausgebildet und weisen Lochstifte zum Formen von Borstenbündel-Löchern auf. Diese Lochstifte dienen gleichzeitig auch als Halteelemente zum Verbinden von in der ersten Station 5 gespritzten Grundkörpern 12 beziehungsweise von Fertigspritzlingen 13 in der zweiten Station 6 beziehungsweise der Bürstenkörper-Abgabestation 7.
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Für einen Wendevorgang lässt sich die Indexplatte 4 aus der Aufnahmevertiefung 10 der auswerferseitigen Formplatte 3 herausbewegen, so wie dies in 1 gezeigt ist. In dieser Lage erfolgt dann eine Wendebewegung durch Drehung der Indexplatte 4 um eine Rotationsachse 14. Die Drehbewegung ist durch die Pfeile PF 2 in 2 gekennzeichnet. Bei der dreiarmigen Ausführungsform der Indexplatte 4 erfolgt eine Drehbewegung jeweils um 120°, so dass sich die gespritzten Grundkörper 12 dann in der zweiten Station 6 und die Fertigspriztlinge 13 aus der Station 6 bei der Abgabestation 7 befinden.
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Die einzelnen Tragarme 11 der Indexplatte 4 erstrecken sich, ausgehend von der Rotationsachse 14 in radialer Richtung, wobei die Formnester 8 beziehungsweise die Teil-Formnester 8b tangential zur Rotationsachse 14 angeordnet sind und somit rechtwinklig zur Längserstreckung der radial orientierten Tragarme 11 verlaufen. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Reihen von in radialer Richtung parallel nebeneinander angeordneten Teil-Formnestern 8b vorgesehen, wobei diese spiegelbildlich zueinander weisen. Im Ausführungsbeispiel, wo Zahnbürstenkörper gespritzt werden und in den Teil-Formnestern 8b deren Bürstenköpfe, weisen die Bürstenkopf-Enden der beiden Parallelreihen jedes Tragarms 11 zueinander.
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Es lassen sich dadurch eine Vielzahl von Formnestern 8 innerhalb des vorgegebenen Platzes unterbringen. Dieser Platz ist vorgegeben durch den Abstand der in 2 gezeigten Führungsholme 15 der Spritzgießmaschine.
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Für die Drehbewegung der Indexplatte 4 gemäß den Pfeilen Pf 2 ist ein Drehantrieb und für die Aus- und Einfahrbewegung der Indexplatte 4 in Richtung der Rotationsachse 14 ist ein Hubantrieb vorgesehen.
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Beim Öffnen des Formwerkzeuges 1 wird die Indexplatte 4 mechanisch zunächst mitgeschleppt bis in die in 1 gezeigte Stellung und bewegt sich dann beim weiteren öffnen des Werkzeuges aus der Aufnahmevertiefung 10 der auswerferseitigen Formplatte 3 heraus. Die gespritzten Bürstenkörper 9 bleiben dabei über die Lochstifte mit der Indexplatte 4 verbunden und sind dadurch aus den Teil-Formnestern 8a und den Formnestern in der düsenseitigen Formplatte 2 herausbewegt. Bereits während der Öffnungsbewegung der auswerferseitigen Formplatte 3 kann in der in 1 gezeigte Stellung die Indexplatte 4 weitergedreht werden, so dass die für das öffnen der Form benötigte Zeit gleichzeitig zum Trennen der auswerferseitigen Formplatte 3 und der Indexplatte 4 sowie für eine Wendedrehbewegung der Indexplatte 4 genutzt wird.
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Für das Mitschleppen und Freigeben der Indexplatte 4 in der vorgesehenen Wendeposition kann eine im Ausführungsbeispiel nicht gezeigte Kupplung vorgesehen sein.
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Im Ausführungsbeispiel weisen die drei Tragarme 11 und die Formplatten 2 und 3 bei jeder Station zwanzig Formnester 8 auf, so dass mit einem Spritzvorgang gleichzeitig zwanzig Grundkörper 12 beziehungsweise Fertigspritzlinge 13 hergestellt werden.
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Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Maschine besteht darin, dass die Bürstenkörper-Abgabestation 7 bei geschlossener Form für eine Entnahme von Bürstenkörpern 9 zugänglich ist. Dazu ist die düsenseitige Formplatte 2 im Bereich der Abgabestation 7 mit einer Aussparung versehen, so dass die Bürstenkörper 9 in der Abgabestation 7 einseitig offen zugänglich sind.
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Auch die auswerferseitige Formplatte 3 braucht im Bereich der Abgabestation 7 keine Teil-Formnester 8a aufweisen. Es würde somit genügen, die Bürstenkörper 9 alleine durch die Indexplatte 4 und die Lochstifte zu halten und dann durch Zurückziehen der Lochstifte die Bürstenkörper 9 auszuwerfen. Die Zugänglichkeit der fertigen Bürstenkörper 9 im Bereich der Abgabestation 7 bei geschlossener Form hat den erheblichen Vorteil, dass die Schließzeit der Form gleichzeitig auch zur Verfügung steht, um fertige Bürstenkörper 9 bei der Abgabestation 7 abkühlen zu lassen und zu entnehmen. Dadurch wird eine erhebliche Reduzierung der Zykluszeit erreicht, die zu einer wesentlich wirtschaftlicheren Arbeitsweise der Spritzgießmaschine führt.
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Die im Bereich der Abgabestation 7 einseitig offene Anordnung ist durch die sternförmige Ausbildung der Indexplatte 4 begünstigt.
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Wie bereits vorerwähnt, würde im Bereich der Abgabestation 7 ein Halten der fertigen Bürstenkörper 9 im Bereich der Teil-Formnester innerhalb der Tragarme 11 der Indexplatte 4 genügen. Gegebenenfalls kann es aber vorteilhaft sein, wenn in diesem Bereich die auswerferseitige Formplatte 3 die Bürstenkörper 9 von einer Seite zumindest bereichsweise aufnehmende Formnester aufweist. Dadurch sind die fertigen, unmittelbar nach dem Spritzvorgang noch etwas instabilen Bürstenkörper 9 nicht nur im Kopfbereich gehalten, sondern zumindest teilweise auch noch im anschließenden Stielbereich, so dass eine unerwünschte Verformung während der Abkühlphase sicher vermieden wird.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Formplatte 3 im Bereich der Abgabestation 7 einen Teil der Teil-Formnester 8a auf, der sich etwas über den Halsbereich des Bürstenkörpers 9 und bereichsweise in den Griffbereich erstreckt. Damit ist gerade dieser etwas schmalere Teil des Bürstenkörpers 9 ausreichend abgestützt.
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Die übrigen Bereiche der Bürstenkörper 9 liegen frei, so dass Luft zur Abkühlung, gegebenenfalls auch gezielt zugeführte Kühlluft Zutritt hat.
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Im Bereich der Abgabestation 7 ist zweckmäßigerweise eine Einrichtung zum Ziehen der Lochstifte vorgesehen, um die fertigen Bürstenkörper 9 nach dem Abkühlen freizugeben sowie gegebenenfalls noch eine Auswerfeinrichtung mit der die freigegebenen Bürstenkörper 9 auch geordnet entnommen werden können.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug 1a in Etagentechnik gezeigt. Dieses Etagenwerkzeug 1a weist eine zentrale, auswerferseitige Formplatte 3a auf, der praktisch spiegelbildlich beidseitig düsenseitige Formplatten 2a, 2b zugeordnet sind. Die auswerferseitige Formplatte 3a ist zur Aufnahme von zwei Indexplatten 4a, 4b ausgebildet, welche um die Rotationsachse 14 drehbar sind. Die Zuführung von Spritzmaterial-Komponenten erfolgt sowohl bei der düsenseitigen Formplatte 2a als auch bei der düsenseitigen Formplatte 2b, was durch die Pfeile Pf. 3 und 4 angedeutet ist. Außer PP (Polypropylen) bzw. TPE (Thermoplastisches Elastomer) können auch andere Kunststoffmaterialien verwendet werden.
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Bei diesem Etagenwerkzeug befindet sich keine Plastikschmelze im Mittelblock, was die Konstruktion wesentlich vereinfacht. Es ist hierbei nicht nötig Plastikschmelze durch die Formplatten zu führen.
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Das Formwerkzeug 1a weist eine feststehende, düsenseitige Formplatte z. B. 2b auf. Die anderen Werkzeugteile 2a, 4a, 3a, 4b sind zum Öffnen der Form von dieser feststehenden, düsenseitugen Formplatte 2b wegbewegbar.
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Auch hierbei werden bereits während der Öffnungsbewegung die Indexplatten 4a, 4b aus der zentralen auswerferseitigen Formplatte 3a herausbewegt und können dann weitergedreht werden, während die übrigen Formteile weiter bis in eine Öffnungs-Endstellung bewegt werden. Damit wird auch bei dem Etagenwerkzeug die für das Öffnen der Form benötigte Zeit gleichzeitig zum Trennen der Formplatten und der Indexplatten sowie für eine Wendedrehbewegung der Indexplatten genutzt.
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Der übrige Aufbau entspricht insbesondere auch hinsichtlich der Ausbildung der Indexplatten 4a, 4b und der Anordnung der Formnester dem in den 1 und 2 gezeigten Aufbau.
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Durch Einsatz eines Etagenwerkzeugs wirken sich die erheblich reduzierten Totzeiten nach vorteilhafter aus.
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Außerdem besteht bei einem Etagenwerkzeug die Möglichkeit, bei einem Problem zum Beispiel mit dem Heißkanal, die defekte Düsenseite zusammen mit der zugehörigen Indexplatte zur Reparatur auszubauen und das übrige Werkzeug nach Deaktivierung der entsprechenden Spritzaggregate als einfaches Wendewerkzeug weiterzubetreiben.
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Damit kann auch bei einem solchen Störfall mit halber Produktion weitergearbeitet werden.
