DE19751236C2 - Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen - Google Patents
Verfahren zum Spritzgießen von KunststoffgegenständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffge
genständen.
Es ist bekannt, Kunststoff-Formteile unter Verwendung von Treibmittel
herzustellen. Dabei wird beispielsweise dem Kunststoffgranulat vor der
Plastifizierung ein treibmittelhaltiges Material beigemischt. Die Mischung
wird plastifiziert und unter Druck in ein Formwerkzeug eingespritzt. Wird
der Druck abgebaut, kann das Treibmittel im Inneren des Formteils auf
schäumen. Dadurch wird ein Formteil erzeugt, das im Bereich der Außen
kontur massiv aufgebaut ist, hingegen im Inneren aus geschäumtem Kunst
stoff besteht.
In vorteilhafter Weise werden so Formteile produziert, die einerseits leich
ter sind als vergleichbare Massivteile, da sich im Inneren der - leichtere -
Schaum befindet. Andererseits haben solche Formteile in der Regel den
Vorteil, daß die Außenkontur frei von Einfallstellen ist, da bei abkühlungs
bedingten Volumenkontraktionen im äußeren Bereich der Druck des
Treibmittels im Inneren für einen Schwindungsausgleich sorgt.
Bei den bekannten Verfahren dieser Art (auch bekannt unter der Bezeich
nung Strukturschaum-Spritzgießen) ist es stets Ziel, dem Formteil die
durch die Werkzeugkavität definierte Form zu geben. D. h. erst nach der
Abkühlung des Formteils auf ein Temperaturniveau, das eine selbsttragen
de Struktur gewährleistet, wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil
entformt; es behält dann die durch die Kavitätsgeometrie bestimmte Au
ßenkontur bei.
Bei zu schnellem Öffnen der Form besteht die Gefahr, daß sich infolge des
Treibmitteldrucks die Außenkontur des Formteils noch verändert, was un
erwünscht ist und durch entsprechend lange Abkühlzeiten verhindert wird.
Der Beitrag "Spritzgießen von Polystyrol-Strukturschaumstoffen" (Sonder
druck 6128 von Kunststoffe Hoechst aus der Zeitschrift "Holz- und Kunst
stoffverarbeitung", Heft 6, 1975) empfiehlt daher auch bei der Herstellung
geschäumter Spritzgießformteile, den Spritzling nach der Entformung in
ein Wasserbad zu tauchen, um ein Aufblähen der erstarrten Außenhaut
durch das noch plastische und blähfähige Material im Kern nach der Ent
formung zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung verfolgt eine andere Zielrichtung: Das anson
sten unerwünschte Aufblähen des Formteils, wenn es noch nicht hinrei
chend selbsttragend ist, wird genutzt, um speziell geformte Formteile zu
schaffen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgießver
fahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, bei der Verarbeitung von
treibmittelhaltiger Kunststoffschmelze eine gezielte Verformung des
Formteils vor der endgültigen Verfestigung zu bewerkstelligen. Der an sich
negative Effekt der Verformung des Teils vor der Verfestigung soll also
gezielt genutzt werden, um die Geometrie des Teils in vorbestimmter Wei
se außerhalb der Spritzgießform zu verändern.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, folgende
Verfahrensabfolge vorzusehen:
- a) Herstellen einer homogenen, schmelzflüssigen Materialmi schung (2) in einer Kunststoffplastifiziereinheit (3), die aus min destens einem Kunststoff (4) und mindestens einem Treibmittel (5) besteht;
- b) Aufbauen eines Gasdrucks in der Kavität (6) eines Formwerk zeugs (7) durch Eingabe eines Gases, der über dem Niveau des Umgebungsdruckes liegt;
- c) Einspritzen der homogenen Materialmischung (2) in die Kavi tät (6) des Formwerkzeugs (7), bis diese vollständig mit der Mi schung (2) gefüllt ist, und gleichzeitig mit dem Einspritzen der Materialmischung (2) Abziehen des gemäß Schritt b) einge brachten Gases aus der Kavität (6);
- d) Aufbringen eines Nachdrucks auf die in die Kavität (6) einge spritzte Materialmischung (2) für eine vorgegebene Zeit (T);
- e) bevor die eingespritzte Materialmischung (2) vollständig er starrt ist: schnelles Öffnen des Formwerkzeugs (7) und Entformen des Kunststoffgegenstandes (1), dabei Erlaubenlassen, daß die noch nicht vollständig erstarrten Bereiche (8) des Kunststoffge genstandes (1) durch das Treibmittel (5) in ihrem Volumen ver größert werden,
- f) Beeinflussen des Erstarrungsverhaltens der Materialmi schung (2) durch Temperierelemente (9), durch die Bereiche der Kavität (6) in ihrer Temperatur beeinflußt werden.
Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß das aus einer Kunststoff-
Treibmittel-Mischung gespritzte Formteil vor der endgültigen Verfestigung
entformt wird, wodurch die noch nicht endgültig erstarrten Bereiche des
Formteils sich außerhalb der Form weiter ausformen, d. h. aufblähen, kön
nen.
Ein reproduzierbares Vorgehen wird dadurch erreicht, daß nach dem ge
nannten Schritt c) der Arbeitsschritt durchgeführt wird: Aufbringen eines
Nachdrucks auf die in die Kavität (6) eingespritzte Materialmischung (2)
für eine vorgegebene Zeit (T).
Weiterhin wird die Prozeßsicherheit dadurch erhöht, daß vor dem Einsprit
zen der Materialmischung (2) in die Kavität (6) des Formwerkzeugs (7) in
der Kavität (6) durch Eingabe eines Gases ein Gasdruck aufgebaut wird,
der über dem Niveau des Umgebungsdruckes liegt, und daß das einge
brachte Gas gleichzeitig mit dem Einspritzen der Materialmischung (2)
wieder aus der Kavität (6) abgezogen wird.
Dadurch wird auf die Kunststoff-Treibmittel-Mischung im Werkzeug ein
externer Druck ausgeübt, der ein vorzeitiges Aufschäumen des Materials
verhindert.
Weiterhin ist vorgesehen, daß Bereiche der Kavität (6) durch Tempe
rierelemente (9) in ihrer Temperatur beeinflußt werden, wodurch das Er
starrungsverhalten der Materialmischung (2) beeinflußt wird. Das kann
sowohl durch ein Beheizen als auch durch ein Kühlen bestimmter Regio
nen des Werkzeugs erfolgen.
Als Treibmittel kommen sowohl physikalische als auch chemische Mittel
in Frage. Als physikalische Treibmittel eignen sich vor allem Stickstoffgas
oder ein anderes Inertgas. Bevorzugte chemische Treibmittel sind Azodi
carbonamid oder Natriumbicarbonat.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel darge
stellt:
Fig. 1 zeigt schematisch den Schnitt durch eine Spritzgießvorrich
tung,
Fig. 2 zeigt den entformten Kunststoffgegenstand in drei aufein
anderfolgenden Zeitpunkten.
In Fig. 1 ist - schematisch dargestellt - eine Spritzgießvorrichtung zu se
hen. Das zweiteilige Spritzgießwerkzeug 7 weist eine Kavität 6 auf, die die
Geometrie des zu fertigenden Formteils definiert, was die Ausgestaltung
anbelangt, die sich ergeben soll, solange das Werkzeug geschlossen ist.
In den Trichter einer Kunststoffplastifiziereinheit 3 wird beispielsweise
Kunststoffgranulat 4 und treibmittelhaltiges Material 5 eingefüllt. In der
Plastifiziereinheit 3 wird mittels einer Mischschnecke eine homogene
Kunststoff-Treibmittel-Mischung hergestellt. Entsprechende Plastifizier-
und Mischvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt (Struktur
schaum-Spritzgießtechnologie); jedoch kommt es bei der vorliegenden Er
findung besonders darauf an, daß eine sehr homogene Mischung 2 produ
ziert wird.
Diese wird in die Kavität 6 des Werkzeugs 7 eingespritzt. Damit die Mate
rialmischung 2 nicht bereits in der Kavität aufschäumt, wird sie unter
Druck gehalten. Hierzu wird über geeignete Leitungen vorzugsweise Stick
stoffgas in die Kavität 6 eingeleitet. Der Gasdruckaufbau erfolgt in an sich
bekannter Weise, weshalb die pneumatischen Leitungs- und Druckrege
leinheiten nicht näher dargestellt sind. Entscheidend ist, daß vor der Ein
spritzung der Mischung 2 ein Gasdruck aufgebaut ist, wobei gleichzeitig
mit der Schmelzeinjektion über das Gasdruckregelsystem das Stickstoffgas
wieder aus der Kavität abgezogen wird.
Die Erzeugung eines "Gegendruckes" im Werkzeug während des Einsprit
zens - zwecks Verhinderung des vorzeitigen Aufschäumens - kann auch
dadurch erreicht werden, daß für eine "schlechte" Entlüftung des Werk
zeugs durch zu kleine Entlüftungsbohrungen gesorgt wird. Dann bedingt
die in die Kavität einströmende Schmelze eine Komprimierung der noch in
der Kavität vorhandenen Luft, so daß auf diese Weise ein Gegendruck aus
geübt wird. In diesem Falle ist eine externe Gaseingabe entbehrlich.
Die Kavität 6 wird zunächst vollständig mit der Materialmischung 2 ge
füllt. Dann wird vorzugsweise - zur Sicherstellung der vollständigen Fül
lung - über eine gewisse, evtl. nur sehr kurze Zeit - ein Schmelzenachdruck
aufrechterhalten. Die Nachdruckzeit T ist in jedem Falle kürzer als die Zeit,
die notwendig wäre, um das Formteil 1 in einen selbsttragenden Zustand zu
bringen.
Im Werkzeug 7 sind Temperierelemente 9 angeordnet. Mit ihnen wird er
reicht, daß bestimmte Bereiche des Werkzeugs und damit auch des Form
teils 1 in der Temperatur beeinflußt werden können. Im skizzierten Fall
werden die dünnwandigen Bereiche des Formteils (oben und unten) mittels
der Temperierelemente gekühlt, so daß sie bei der Werkzeugöffnung be
reits vollständig erstarrt sind und sich in ihrer Geometrie nicht mehr verän
dern können. Im Gegensatz dazu stellt der mittlere dickwandige Bereich
des Formteils einen Bereich 8 dar (s. Fig. 2a), der bei der Öffnung des
Werkzeugs noch nicht vollständig erstarrt ist.
Bevor das Formteil 1 vollständig selbsttragend ist, wird das Werkzeug
möglichst schnell geöffnet und das Teil 1 entformt. Typische Öffnungszei
ten des Werkzeugs bewegen sich zwischen 0,5 und 1,0 Sekunden. Die Au
ßenkontur des Formteils 1 ist der Fig. 2a zu entnehmen. Man kann insbe
sondere sehen, daß unmittelbar nach der Entformung die Außenkontur des
Formteils 1 der Geometrie der Kavität 6 entspricht.
Da der noch nicht vollständig erstarrte Bereich 8 des Gegenstands 1 noch
nicht selbsttragend ist, bewirkt das Treibmittel im Inneren des Formteils,
daß das Formteil in diesem Bereich 8 aufgebläht wird, s. Fig. 2b. Beim
Öffnen des Werkzeugs ist der Hautbereich des Formteils durch Anlage an
das kalte Werkzeug erkaltet, während der Kernbereich noch heiß ist. Durch
Wärmeausgleich von innen nach außen kann sich daher der Hautbereich
des Formteils durch die von innen stammende Wärme nach dem Entformen
nochmals aufwärmen. Hierdurch wird das Nachblähen begünstigt. Wenn
gleich im Stand der Technik dies bislang eine unerwünschte Reaktion auf
zu schnelles Öffnen des Werkzeugs war, ist es im Rahmen der vorliegen
den Erfindung beabsichtigt.
Das Nachblähen kann infolge des Temperaturausgleichs evtl. erst etliche
Sekunden nach der Entformung (z. B. 30 Sekunden) erfolgen, weil sich erst
dann die Haut nochmals erwärmt hat und das Treibmittel aus dem Formtei
linneren nachblähen kann.
Dadurch, daß beim Aufblähen die geometriegebende Kontur des Werk
zeugs fehlt, kann freilich nicht erwartet werden, daß sich eine exakt defi
nierte Kontur am fertigen Formteil in den Bereichen des Formteils ausbil
det, die nach der Entformung aufgebläht werden. Jedoch lassen sich Vor
kehrungen treffen, damit sich die Dicke des Formteils in diesen Bereichen
weitgehend gleichmäßig ausformt. Beispielsweise kann dafür Sorge getra
gen werden, daß das Formteil in einer zur Erdanziehung ausgerichteten
Weise nach der Entformung gehalten wird (s. z. B. Fig. 2), wodurch Ein
flüsse der Schwerkraft nicht nachteilig wirken. Weiterhin wird sich in der
Regel bei (rotations-)symmetrischen Formteilen keine nennenswerte Dic
kenschwankung ergeben.
Abhängig von der Menge des zugemischten bzw. verarbeiteten Treibmittels
kann sich im Inneren des Formteils 1 sogar ein Hohlraum bilden, s. Fig. 2c,
der der Gewichtsersparnis des Formteils dienlich ist. Wird weniger Treib
mittel zugegeben, wird das Formteil im Stadium gemäß Fig. 2b verbleiben
und vollständig aushärten.
Die Beeinflussung und Steuerung des Aufblähens der noch nicht vollstän
dig erstarrten Bereiche 8 des Formteils kann durch verschiedene Prozeßpa
rameter erfolgen: Zunächst einmal ist die Zeit entscheidend, die vom Ende
des Einspritzens der Materialmischung 2 bzw. vom Ende der Nachdruck
zeit bis zum Öffnen des Werkzeugs vergeht. Eine kürzere Zeit hat zur Fol
ge, daß das Formteil noch nicht so formstabil ist; der Aufblähprozeß wird
begünstigt.
Weiterhin wird das Aufblähen entscheidend von der Geometrie des Form
teils beeinflußt, wie unmittelbar aus Fig. 2 hervorgeht: Dünne Bereiche des
Teils erstarren schneller, so daß dort auch das Blähen nicht so ausgeprägt
ist.
Weitere wichtige Parameter sind - wie teilweise bereits oben ausgeführt -
die Temperaturen, und zwar nicht nur im Kavitätsbereich sondern auch die
Temperaturen, mit denen die Materialmischung 2 verarbeitet und einge
spritzt wird.
Weiterhin kann über die Menge des zugesetzten bzw. zugemischten Treib
mittels der Blähvorgang gesteuert werden, wie es im Zusammenhang mit
Fig. 2b und 2c bereits ausgeführt wurde. So kann (s. Fig. 2c) gezielt er
reicht werden, daß sich Hohlräume im Formteilinneren bilden. Ferner hat
freilich die Art des Treibmittels einen entscheidenden Einfluß auf das Auf
blähen des Formteils. Hier gelten jedoch die bekannten Erkenntnisse aus
der klassischen Verarbeitung von treibmittelhaltigen Kunststoffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für solche Form
teile, bei denen für einen guten Gebrauch in bestimmten Bereichen eine
Verdickung gewünscht ist, die nicht notwendigerweise eine exakt definierte
Außengeometrie haben muß (z. B. Griffbereiche eines Formteils).
1
Kunststoffgegenstand
2
homogene Materialmischung
3
Kunststoffplastifiziereinheit
4
Kunststoff
5
Treibmittel
6
Kavität
7
Formwerkzeug
8
nicht vollständig erstarrte Bereiche des Gegenstands
1
9
Temperierelemente
Claims (5)
1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen (1), das die
Schritte aufweist:
- a) Herstellen einer homogenen, schmelzflüssigen Materialmi schung (2) in einer Kunststoffplastifiziereinheit (3), die aus min destens einem Kunststoff (4) und mindestens einem Treibmit tel (5) besteht;
- b) Aufbauen eines Gasdrucks in der Kavität (6) eines Formwerk zeugs (7) durch Eingabe eines Gases, der über dem Niveau des Umgebungsdruckes liegt;
- c) Einspritzen der homogenen Materialmischung (2) in die Kavi tät (6) des Formwerkzeugs (7), bis diese vollständig mit der Mi schung (2) gefüllt ist, und gleichzeitig mit dem Einspritzen der Materialmischung (2) Abziehen des gemäß Schritt b) einge brachten Gases aus der Kavität (6);
- d) Aufbringen eines Nachdrucks auf die in die Kavität (6) einge spritzte Materialmischung (2) für eine vorgegebene Zeit (T);
- e) bevor die eingespritzte Materialmischung (2) vollständig er starrt ist: schnelles Öffnen des Formwerkzeugs (7) und Entformen des Kunststoffgegenstandes (1), dabei Erlaubenlassen, daß die noch nicht vollständig erstarrten Bereiche (8) des Kunststoffge genstandes (1) durch das Treibmittel (5) in ihrem Volumen ver größert werden,
- f) Beeinflussen des Erstarrungsverhaltens der Materialmi schung (2) durch Temperierelemente (9), durch die Bereiche der Kavität (6) in ihrer Temperatur beeinflußt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche der
Kavität (6) gekühlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche der
Kavität (6) beheizt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Treibmittel (5) ein physikalisches Treibmittel, insbesondere Stick
stoffgas oder ein anderes Inertgas, ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Treibmittel (5) ein chemisches Treibmittel, insbesondere Azodi
carbonamid oder Natriumbicarbonat, ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997151236 DE19751236C2 (de) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997151236 DE19751236C2 (de) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19751236A1 DE19751236A1 (de) | 1999-06-02 |
DE19751236C2 true DE19751236C2 (de) | 1999-11-04 |
Family
ID=7849191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997151236 Expired - Lifetime DE19751236C2 (de) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19751236C2 (de) |
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