DE19729557C1

DE19729557C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffgegenstands

Info

Publication number: DE19729557C1
Application number: DE1997129557
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Gutwald
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2017-07-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstands mit mindestens einer Hohlstelle, das die Schritte aufweist:

- Schließen eines Formwerkzeugs mit mindestens einer Kavität;
- Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die mindestens eine Kavität des Formwerkzeugs, vorzugsweise bis die Kavität vollständig mit Kunststoffschmelze gefüllt ist;
- Freigeben einer fluidischen Verbindung zwischen der Kavität und einer mit dieser verbundenen Überlaufkavität;
- Eingeben eines Druckfluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze mittels mindestens einer Fluideinspritzdüse, so daß ein Teil der in die Kavität eingebrachten Schmelze unter Hohlraumbildung in der Kavität in die Überlaufkavität ausgetrieben wird;
- Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Kunststoff schmelze;
- Entlastung der Kavität vom Druck des Druckfluids;
- Schließen der fluidischen Verbindung zwischen Kavität und Nebenkavität, indem ein Verschlußschieber bewegt wird, so daß zwecks Herstellung einer sauberen, scharfkantigen Öffnung am Formteil noch schmelzflüssiges und/oder verfestigtes Kunststoffmaterial abgeschert wird; und
- Entformen des Formteils.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren.

Als vorteilhaftes Fertigungsverfahren für Kunststoff-Formteile hat sich das sog. Gasinnendruck-Verfahren durchgesetzt, wie es beispielsweise aus der US 4,101,617 bekannt ist. Hierbei wird Kunststoffschmelze in die Kavität eines Formwerkzeugs eingespritzt. Vor der Erstarrung wird Druckgas in die Schmelze injiziert, so daß sich in der Schmelze ein Hohlraum bildet.

Formteile werden beim Gasinnendruckverfahren üblicherweise also so hergestellt, daß zunächst eine bestimmte Menge Kunststoff eingespritzt wird. Danach oder mit einer zeitlichen Überlappung wird das Gas in die Schmelze eingespritzt. Das Gas bildet im Inneren des zu fertigenden Formteils einen Hohlraum, der eine Gewichtsreduzierung des Teils bewirkt und darüberhinaus zu einer Verbesserung der Formteiloberfläche beiträgt, da das Gas abkühlungsbedingten Volumenkontraktionen entgegenwirkt.

Eine weitergebildete Verfahrensweise stellt die DE 39 13 109 C2 dar. Dort wird eine Produktionsweise von hohlen Kunststoffkörpern offenbart, bei der der Formhohlraum zunächst vollständig mit Kunst stoffschmelze ausgefüllt und nach dem Einsetzen des Erstarrens der Schmelze an den Wänden des Formhohlraums die noch schmelzflüssige Seele des Kunststoffkörpers mittels des Fluids in mindestens eine außerhalb des Formhohlraums angeordnete und mit diesem verbundene entformbare Nebenkavität ausgetrieben wird. Damit ist es möglich, Kunststoffkörper herzustellen, die auch bei komplizierter geometrischer Form eine einwandfreie Oberfläche, insbesondere ohne Fließmar kierungen, aufweisen. Auch im Falle weniger, verhältnismäßig enger Hohlräume in einem weitgehend massiven Kunststoffkörper zeigen sich keine Einfallstellen in der Oberfläche.

Dabei sind zwischen der Haupt- und der Nebenkavität (Überlaufkavität) Ventilschieber angeordnet, die entweder die fluidische Verbindung zwischen Haupt- und Überlaufkavität freigeben oder sperren.

Weiterhin ist durch die DE 42 35 673 A1 eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen bekannt geworden, bei der die Formkavität mit einer Überlaufkavität in fluidischer Verbindung steht. Ein Gaseinblasmechanismus bläst Gas in die Kunststoffschmelze ein, um in der Schmelze einen Hohlraum zu bilden. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Ausflußpassage zwischen Haupt- und Nebenkavität auf, der die Ausflußpassage schließt, bis die Schmelze die Kavität füllt, und die Passage öffnet, wenn der Gaseinblasmechanismus in Betrieb ist.

Zweck der im Stand der Technik bekannten Überlaufkavitäten ist es, vor allem sicherzustellen, daß die gesamte Formkavität mit Schmelze gefüllt ist - auch die entferntesten Stellen - und daß sich der Hohlraum durch Gasinjektion in den gewünschten Bereichen ausbildet. Dabei ist in der Regel eine möglichst ungestörte Formteiloberfläche das Ziel, die also nicht von Gasaustrittsöffnungen unterbrochen ist. Hierzu sieht insbesondere die eingangs genannte US 4,101,617 Vorkehrungen vor, d. h. dort werden die Öffnungen, die durch Gasein- oder -austritt entstehen, nachträglich wieder verschlossen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, im Gasinnendruckverfahren gefertigte Formteile so herzustellen, daß sie eine möglichst scharf definierte Gasaustritts öffnung aufweisen. Die Erfindung soll also eine Vorgehensweise vorschlagen, mit der Formteile durch Gasinjektion dergestalt produziert werden, daß eine klar definierte Öffnung entsteht, die später den mit dem Formteil erwünschten Funktionen dient.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird also der Übergangsbereich von der Hauptkavität zur Überlaufkavität mit einem Schieberelement abgeschert, so daß sich eine definierte Öffnung an dieser Stelle bildet. Diese an sich unerwünschte Öffnung ist dann von Vorteil, wenn das fragliche Formteil zum Leiten eines Fluids vorgesehen ist, das dann durch die geschaffene Öffnung strömen soll. Dabei ist es unerheblich, ob diese Öffnung an einer Außen- oder Innenfläche des Formteils geschaffen wird.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Eingabe von Druckfluid in die Kunststoffschmelze an einem möglichst weit von der Überlaufkavität (5) entfernten Ort erfolgt.

Gemäß einer Weiterbildung wird der Verschlußschieber (7) in einer Hülse (13) geführt, die vor dem Einspritzen von Schmelze in die Kavität (4) eingeführt und aus dem fertigen Formteil (1) wieder entfernt wird.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß der Verschlußschieber (7) in einer Hülse (13) geführt wird, die vor dem Einspritzen von Schmelze in die Kavität (4) eingeführt wird, als Einlegeteil Bestandteil des Formteils (1) ist und nicht wieder aus dem Formteil (1) entfernt wird.

Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch

- ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (3) mit mindestens einer Kavität (4),
- mit einer Öffnung zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in die Kavität (4),
- mindestens eine Fluideinspritzdüse (6) zur Eingabe eines Druckfluids in die Schmelze, und
- eine Überlaufkavität (5), die mit der Kavität (4) in fluidische Verbindung gebracht werden kann,

gelöst, mit einem durch Bewegungsmittel (

10

) betätigbaren beweglichen Verschlußmittel (

7

), mit dem die fluidische Verbindung zwischen Kavität (

4

) und Nebenkavität (

5

) freigegeben und unterbrochen werden kann, wobei das Verschlußmittel (

7

) einen scharfkantigen Bereich (

9

) aufweist, mit dem zwecks Herstellung einer sauberen scharfkantigen Öffnung (

8

) am Formteil (

1

) noch schmelzflüssiges und/oder verfestigtes Kunststoffmaterial durch die Bewegung des Verschlußmittels (

7

) abgeschert werden kann.

Vorteilhafterweise weist der dem Formhohlraum zugewandte Endbereich (11) des Verschlußmittels (7) einen der Schmelzeströmung in die Überlaufkavität (5) angepaßten Bereich (12) auf. Ferner kann das Verschlußmittel (7) in einer Hülse (13) angeordnet sein, die durch Bewegungsmittel (14) verschiebbar ist. Schließlich kann die Hülse (13) eine Verbindungsbohrung (15) zwischen Kavität (4) und Überlaufkavität (5) aufweisen, die vorzugsweise scharfe Kanten hat.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Spritzgieß vorrichtung in einem frühen Verfahrensstadium, in

Fig. 2 ist ein späteres Verfahrensstadium skizziert,

Fig. 3 zeigt ein noch späteres Verfahrensstadium,

Fig. 4 stellt einen vergrößerten Ausschnitt der Spritzgießvorrichtung dar.

In Fig. 1 ist eine Spritzgießvorrichtung zu sehen. Der Kunststoff gegenstand 1 mit einer Hohlstelle 2 soll in ihr gefertigt werden. Hierfür ist ein Formwerkzeug 3 vorgesehen, das eine Formkavität 4 aufweist, die die Außenkonturen des Gegenstandes 1 definiert. Die Kavität 4 ist mit einer Überlaufkavität (Nebenkavität) 5 verbunden, d. h. es kann Kunststoffschmelze von der Kavität 4 in die Überlaufkavität 5 gelangen. In die Kavität 4 kann mittels einer Fluideinspritzdüse 6 ein Druckfluid, vorzugsweise Stickstoffgas, injiziert werden. Dieses Gas bildet die Hohlstelle 2 im Formteil 1 aus.

Die fluidische Verbindung zwischen Kavität 4 und Nebenkavität 5 kann abgesperrt werden. Hierfür ist ein Verschlußschieber vorgesehen, der verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebung erfolgt durch ein - schematisch skizziertes - Bewegungsmittel 10. Der Verschlußschieber 7 hat in seinem dem Formhohlraum zugewandten Endbereich 11 einen scharfkantigen Bereich 9, der dazu geeignet ist, beim Verschieben durch die Mittel 10 noch schmelzflüssiges oder bereits verfestigtes Kunststoffmaterial abzuscheren.

In Fig. 1 ist ein frühes Verfahrensstadium dargestellt. Mittels einer - nicht näher bezeichneten - Kunststoffeinspritzdüse (in der Fig. 1 links dargestellt) wird zunächst Kunststoffschmelze in die Kavität 4 eingespritzt. Der Verschlußschieber verschließt dann jedoch noch - im Unterschied zur Darstellung in Fig. 1 - die fluidische Verbindung zwischen Kavität 4 und Überlaufkavität 5, so daß noch kein Kunststoff in die Nebenkavität gelangen kann. Die Kavität wird im vorliegenden Falle dabei zunächst vollständig mit Schmelze gefüllt und kurz unter leichtem Nachdruck gehalten; es kann jedoch auch nur eine teilweise Kavitätsfüllung erfolgen.

Nach der Schmelzeeinspritzung wird Druckgas über die Fluidein spritzdüse 6 in die Schmelze injiziert. Zuvor wird der Verschlußschieber 7 in der Fig. 1 nach oben bewegt, so daß die fluidische Verbindung zwischen Kavität 4 und Nebenkavität 5 freigegeben ist. Die Gasinjektion über die Düse 6 bewirkt daher, daß Schmelze über den Öffnungsbereich 8 aus der Kavität 4 in die Nebenkavität 5 austreten kann. Dieses Stadium ist in Fig. 1 zu sehen. Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist der dem Formhohlraum zugewandte Endbereich 11 des Verschlußschiebers 7 dabei strömungsgünstig ausgebildet, d. h. der Bereich 12 ist der Schmelzeströmung angepaßt (s. auch Fig. 4).

Vor der Injektion von Schmelze wurde im gezeigten Falle eine Hülse 13 mittels eines Bewegungsmittels 14 in die Kavität 4 eingefahren. Die Hülse weist eine Verbindungsbohrung 15 auf, und zwar genau an der Übergangsstelle von der Haupt- zur Nebenkavität. Durch diese Bohrung 15 strömt also die Schmelze beim Austreiben in die Nebenkavität 5.

In Fig. 2 ist ein etwas späteres Verfahrensstadium zu sehen. Man erkennt, wie sich die Hohlstelle 2 nunmehr durch Gasinjektion über die Düse 6 weiter ausgebreitet hat und bereits in den Bereich der Überlaufkavität 5 reicht.

In Fig. 3 ist ein noch späteres Verfahrensstadium zu sehen. Durch Gasinjektion über die Düse 6 hat sich der Hohlraum 2 so weit ausgebreitet, daß eine rohrähnliche Struktur im Formteil 1 entstanden ist. Erfindungsgemäßes Ziel ist es, den Gasaustrittsbereich des Formteils 1, also die Öffnung 8, scharf auszubilden, d. h. mit scharfen Kanten zu versehen. Dies ist deshalb notwendig, weil der hohle Bereich 2 des Formteils 1 später für die Leitung von Fluiden dienen, also eine Fluidleitungsfunktion übernehmen soll.

Zu diesem Zweck befindet sich im vorliegenden Beispiel auch im Bereich der Fluideinspritzdüse 6 eine eingesetzte Buchse, die für den späteren Anschluß einer Fluidleitung (z. B. Ölleitung) vorgesehen ist. Durch die Gaseingabe an dieser Stelle wird eine saubere Ansatzstelle geschaffen. Die eingelegte Buchse wird in ihrem inneren Bereich nicht überspritzt, so daß später ein geringer Fließwiderstand an dieser Stelle gegeben sein wird. Die Buchse wird vor der Schmelzeeinspritzung mittig in die Kavität eingelegt, weshalb an dieser Stelle nach dem Spritzvorgang eine gute Anschlußstelle für externe Fluidleitungen ohne notwendige Nacharbeit vorliegt.

Zwecks Erzeugung einer scharfkantigen Öffnung wird daher gemäß Fig. 3 der Verschlußschieber 7 in der Zeichnung mittels des Bewegungs mittels 10 nach unten bewegt (s. Pfeil in Fig. 3). Der scharfkantige Bereich 9 des Verschlußschiebers 7 schert dabei das sich vor der Öffnung 8 befindliche Kunststoffmaterial - egal ob noch flüssig oder bereits verfestigt - ab und entfernt damit den Kunststoff, der sich im Inneren der eingelegten Hülse 13 befindet. Im Anschluß daran wird - dies ist jedoch nicht dargestellt - die Hülse 13 mittels des Bewegungsmittels 14 aus dem Formteil 1 herausgezogen (s. Pfeil in Fig. 3), wodurch die Öffnung 8 des Formteils 1 wunschgemäß scharfkantig ausgebildet wird. Dadurch wird dann auch ein gegebenenfalls noch vorhandener Restfilm zwischen Formteil 1 und Hülse 13 abgeschert.

In Fig. 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Bereichs des Verschlußschiebers 7 zu sehen. Allerdings enthält diese Figur auch eine alternative Ausführungsform: Die Hülse 13, die bei den Fig. 1 bis 3 vor der Schmelzeinjektion in die Kavität eingeschoben und nach der Formteilerstarrung wieder herausgezogen wurde, ist jetzt als Einlegeteil ausgebildet. D. h. die Hülse 13 wird bei der Ausführung gemäß Fig. 4 in die Kavität 4 eingelegt, von Schmelze umspritzt und verbleibt im Formteil 1. Daher hat die Hülse - wie auch in den Fällen der Fig. 1 bis 3 - eine Verbindungsbohrung 15, durch die Schmelze von der Hauptkavität 4 in die Überlaufkavität 5 fließen kann.

Gut zu sehen ist in Fig. 4, wie der Endbereich 11 des Verschlußschiebers 7 ausgebildet ist: Der scharfkantige Bereich 9 erlaubt das sichere Abscheren von Schmelze im Innenbereich der Hülse 13 und damit den Abtransport der Schmelze aus der Hülse 13. Weiterhin ist gut zu sehen, daß der Bereich 12 des Verschlußschiebers 7 der Schmelzeströmung angepaßt ist.

Mit dieser Lösung wird im vorliegenden Beispiel ein Formteil 1 erzeugt, daß eine scharfkantige Öffnung 8 und somit eine scharfkantige Umlenkung um - hier - 90° aufweist (nämlich vom länglichen, rohrförmigen Teil zum Querteil im Bereich der Nebenkavität 5), wobei ein genau ausgebildeter Verlauf der Bohrung im Querteil gegeben ist.

Die Lösung gemäß den Fig. 1 bis 3 und die in der Fig. 4 können auch kombiniert werden, so daß ein Einlegeteil in Form einer Hülse 13 gemäß Fig. 4 zum Einsatz kommt, in der sich dann eine herausnehmbare Hülse gemäß Fig. 1 bis 3 befindet, in der wiederum der Verschlußschieber gleitend angeordnet ist.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Schaffung einer scharfkantigen Öffnung in einem Innenbereich des Formteils (innenliegende Öffnung). Genauso ist es mit dem Verfahren bzw. mit der zugehörigen Vorrichtung aber auch möglich, Überläufe derart abzuscheren, daß sich eine außenliegende Öffnung ergibt.

Bezugszeichenliste

1

Kunststoffgegenstand

2

Hohlstelle

3

Formwerkzeug

4

Kavität

5

Überlaufkavität

6

Fluideinspritzdüse

7

Verschlußschieber

8

Öffnung

9

scharfkantiger Bereich des Verschlußschiebers

10

Bewegungsmittel für den Verschlußschieber

11

Endbereich des Verschlußschiebers

12

Bereich, der der Schmelzeströmung angepaßt ist

13

Hülse

14

Bewegungsmittel für die Hülse

15

Verbindungsbohrung

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstands (1) mit mindestens einer Hohlstelle (2), das die Schritte aufweist:

a) Schließen eines Formwerkzeugs (3) mit mindestens einer Kavität (4);
b) Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die mindestens eine Kavität (4) des Formwerkzeugs (3), vorzugsweise bis die Kavität (4) vollständig mit Kunststoffschmelze gefüllt ist;
c) Freigeben einer fluidischen Verbindung zwischen der Kavität (4) und einer mit dieser verbundenen Überlaufkavität (5);
d) Eingeben eines Druckfluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze mittels mindestens einer Fluideinspritzdüse (6), so daß ein Teil der in die Kavität (4) eingebrachten Schmelze unter Hohlraumbildung in der Kavität (4) in die Überlaufkavität (5) ausgetrieben wird;
d) Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils (1) auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Kunststoff schmelze;
e) Entlastung der Kavität (4) vom Druck des Druckfluids;
f) Schließen der fluidischen Verbindung zwischen Kavität (4) und Nebenkavität (5), indem ein Verschlußschieber (7) bewegt wird, so daß zwecks Herstellung einer sauberen, scharfkantigen Öffnung (8) am Formteil (1) noch schmelzflüssiges und/oder verfestigtes Kunststoffmaterial abgeschert wird; und
g) Entformen des Formteils (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabe von Druckfluid in die Kunststoffschmelze an einem möglichst weit von der Überlaufkavität (5) entfernten Ort erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (7) in einer Hülse (13) geführt wird, die vor dem Einspritzen von Schmelze in die Kavität (4) eingeführt und aus dem fertigen Formteil (1) wieder entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (7) in einer Hülse (13) geführt wird, die vor dem Einspritzen von Schmelze in die Kavität (4) eingeführt wird, als Einlegeteil Bestandteil des Formteils (1) ist und nicht wieder aus dem Formteil (1) entfernt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die aufweist:

- ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (3) mit mindestens einer Kavität (4),
- mit einer Öffnung zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in die Kavität (4),
- mindestens eine Fluideinspritzdüse (6) zur Eingabe eines Druckfluids in die Schmelze, und
- einer Überlaufkavität (5), die mit der Kavität (4) in fluidische Verbindung gebracht werden kann,

gekennzeichnet durch ein durch Bewegungsmittel (10) betätigbares bewegliches Verschluß mittel (7), mit dem die fluidische Verbindung zwischen Kavität (4) und Nebenkavität (5) freigegeben und unterbrochen werden kann,
wobei das Verschlußmittel (7) einen scharfkantigen Bereich (9) aufweist, mit dem zwecks Herstellung einer sauberen, scharfkantigen Öffnung (8) am Formteil (1) noch schmelzflüssiges und/oder verfestigtes Kunststoffmaterial durch die Bewegung des Verschlußmittels (7) abgeschert werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Formhohlraum zugewandte Endbereich (11) des Verschlußmittels (7) einen der Schmelzeströmung in die Überlaufkavität (5) angepaßten Bereich (12) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmittel (7) in einer Hülse (13) angeordnet ist, die durch Bewegungsmittel (14) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) eine Verbindungsbohrung (15) zwischen Kavität (4) und Überlaufkavität (5) aufweist, die vorzugsweise scharfe Kanten hat.