DE19947767B4

DE19947767B4 - Verfahren zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen

Info

Publication number: DE19947767B4
Application number: DE1999147767
Authority: DE
Inventors: Helmut Eckardt; Jürgen Ehritt
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Adcuram Maschinenbauholding 80333 Muenchen De GmbH
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: DE19947767A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, bei dem mindestens zwei unterschiedliche Kunststoffkomponenten (K¶1¶, K¶2¶) zur Ausbildung eines Kunststoff-Formteils in ein Spritzgießwerkzeug (1) eingespritzt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einspritzen einer ersten Kunststoffkomponente (K¶1¶) entlang eines Schmelzefließweges (2) und durch einen Angußbereich (3) in das Spritzgießwerkzeug (1); b) Einspritzen einer zweiten Kunststoffkomponente (K¶2¶) entlang des Schmelzefließweges (2) und durch den Angußbereich (3) in das Spritzgießwerkzeug (1). Um eine optimale Versiegelung der Eintrittsstelle (5) zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Verfahren weiterhin die Verfahrensschritte aufweist: - während Verfahrensschritt a): Füllen einer Nebenkammer (4), die im Angußbereich (3) des Schmelzefließweges (2) angeordnet ist, mit der ersten Kunststoffkomponente (K¶1¶); DOLLAR A - anschließend an Verfahrensschritt b): Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K¶1¶) und Einspritzen dieses Kunststoffmaterials in das Spritzgießwerkzeug (1), wodurch die Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) mit erster Kunststoffkomponente (K¶1¶) versiegelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, bei dem mindestens zwei unterschiedliche Kunststoff-Komponenten zur Ausbildung eines Kunststoff-Formteils in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Einspritzen einer ersten Kunststofflkomponente entlang eines Schmelzefließweges und durch einen Angußbereich in das Spritzgießwerkzeug;
b) gleichzeitiges oder anschließendes Einspritzen einer zweiten Kunststoffkomponente entlang des Schmelzefließweges und durch den Angußbereich in das Spritzgießwerkzeug; Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen.

Ein gattungsgemäßes Spritzgießverfahren zum Herstellen von Mehrschicht-Formteilen ist beispielsweise in der DE 37 35 099 A1 beschrieben. Dort werden zwei unterschiedliche Kunststoff-Komponenten über einen gemeinsamen Angußbereich in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges eingespritzt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird zuerst die erste Kunststoffkomponente (Hautmaterial) und anschließend die zweite Kunststoffkomponente (Kernmaterial) eingespritzt.

Aus der US 5,254,306 ist ein erfahren zum Mehrkomponenten-Spritzgießen bekannt, bei dem beim Einspritzen der ersten Komponente gleichzeitig eine Nebenkammer mit dieser Komponente gefüllt und nach Abschluß des Einspritzvorganges aus der Nebenkammer getrieben.

Um die Eintrittsstelle – also den Übergang vom Angußbereich in den Bereich der Werkzeugkavität – zu versiegeln, wird im Stand der Technik beschrieben, daß nach Abschluß des Einbringens des Kernmaterials im Rahmen des Nachdrucks nochmals das Hautmaterial nachgespritzt wird. Hierdurch wird ein Teil des Kernmaterials verdeckt. Verfahrensbedingt bleibt jedoch stets ein Teilbereich des Kernmaterials im Angußbereich sichtbar, was sich nachteilhafterweise als Ring (10) abbildet (s. 1).

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem es möglich wird, in einfacher Weise eine einwandfreie Oberfläche auch im Bereich der Eintrittsstelle von Kunststoffmaterial in die Werkzeugkavität zu erzeugen. Es soll also möglich werden, eine Versiegelung des Angusses zu bewerkstelligen, bei der das Kernmaterial vollständig eingeschlossen wird.

Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist:

– während des oben genannten Verfahrensschritts a): Füllen einer Nebenkammer (4), die im Angußbereich (3) des Schmelzefließweges (2) angeordnet ist, mit der ersten Kunststoffkomponente (K₁);
– anschließend an den oben genannten Verfahrensschritts b): Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststofflcomponente (K₁) und Einspritzen dieses Kunststoffmaterials in das Spritzgießwerkzeug (1), wodurch die Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) mit erster Kunststoffkomponente (K₁) versiegelt wird.

Erfindungsgemäß wird also erreicht, daß die äußere, an den Wandungen der Werkzeugkavität anliegende Formmasse (Hautmaterial) nach Beendigung des eigentlichen Einspritzvorganges die innenliegende Formmasse (Kernmaterial) vollständig einschließt.

Gemäß einer ersten Weiterbildung ist vorgesehen, daß vor, oder während dem Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) weiter erste Kunststoffkomponente (K₁) aus der Einspritzvorrichtung (7) in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird.

Dabei kann weiterhin vorgesehen werden, daß der Nachdruck zumindest überwiegend, vorzugsweise jedoch ausschließlich, durch das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) in das Spritzgießwerkzeug (1) erzeugt wird. Dann wird also der im Rahmen der Abkühlung des Formteils benötigte Nachdruckvorgang möglichst ausschließlich durch Nachdrücken von Kunststoffmasse aus der Nebenkammer bewerkstelligt.

Das Austreiben von erster Kunststoffkomponente aus der Nebenkammer zwecks Versiegelung kann weiterhin damit kombiniert werden, daß gleichzeitig damit eine Formgebung der Eintrittsstelle vorgenommen wird. Dazu ist vorgesehen, daß das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststofflkomponente (K₁) mit Mitteln (9) erfolgt, die die Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) so ausformen, daß eine gewünschte Oberflächenkontur entsteht, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittsstelle(5) unterscheidet.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststofflcomponente (K₁) mit Mitteln (9) so erfolgt, daß der Anguß zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig, abgeschert wird.

In den zuletzt genannten Fällen wird also sowohl eine definierte Form im Bereich der Eintrittsstelle erzeugt als auch der Anguß abgeschert, was nicht nur zu Formteilen hoher Oberflächengüte führt, sondern gleichzeitig auch eine sehr wirtschaftliche Fertigung ermöglicht. Es kann aber auch vorgesehen werden, das Verfahren so durchzuführen, daß eine Verbindung zwischen Anguß und Formteil erhalten bleibt, um den Anguß mit dem Formteil zu entformen, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittsstelle(5) unterscheidet.

Die Vorrichtung zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, mit der mindestens zwei unterschiedliche Kunststoff-Komponenten (K₁, K₂) zur Ausbildung eines Kunststoff-Formteils verarbeitet werden, weist folgende Elemente auf:

– mindestens zwei Einspritzvorrichtungen (7, 8) zum Einspritzen mindestens zweier unterschiedlicher Kunststofflcomponenten (K₁, K₂),
– ein Spritzgießwerkzeug (1) mit einer Werkzeugkavität (6) und
– einen Schmelzefließweg (2), der sich von den mindestens zwei Einspritzvorrichtungen (7, 8) über einen Angußbereich (3) bis in die Werkzeugkavität (6) des Spritzgießwerkzeugs (1) erstreckt.

Eine derartige vorbekannte Spritzgießvorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine im Angußbereich (3) angeordnete Neben kammer (4), die fluidisch mit dem Schmelzefließweg (2) in Verbindung steht, wobei die Nebenkammer (4) mit Mitteln (9) zum Verändern, vorzugsweise zum gesteuerten Verändern, des Volumens der Nebenkammer (4) ausgestattet sind, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittsstelle(5) unterscheidet. Hierdurch kann beispielsweise das Massevolumen auf das Formteil angepaßt werden.

Fortbildungsgemäß ist hier vorgesehen, daß das Mittel (9) zum Verändern des Volumens der Nebenkammer (4) ein Kolben ist, der in der Nebenkammer (4) verschieblich angeordnet ist. Weiterhin kann der Kolben in seinem Endbereich so ausgebildet sein, daß er eine definierte Oberflächenkontur an der Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) ausformt, wenn er in eine bestimmte Position verschoben wird. Schließlich kann vorgesehen sein, daß der Kolben in seinem Endbereich so ausgebildet ist, daß er beim Verschieben in eine bestimmte Position den Anguß zumindest weitgehend abschert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lö- sung dargestellt.
1 zeigt schematisch den typischen Übergangsbereich vom Anguß in die Werkzeugkavität nach dem Stand der Technik, in
2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung dargestellt,
3 zeigt den Übergangsbereich vom Anguß in die Werkzeugkavität zu einem ersten Verfahrenszeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, die
4 bis 6 stellen spätere, aufeinander folgende Verfahrenszeitpunkte des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, die
7 und 8 zeigt Verfahrensschritte eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens und
9 zeigt einen letzten Verfahrensschritt eines 3. Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in 2 zu sehende Spritzgießvorrichtung wird für die Fertigung von Kunststoff-Formteilen eingesetzt, die aus zwei unterschiedlichen Kunststoff-Komponenten bestehen, nämlich aus der ersten Komponente K₁ und der zweiten Komponente K₂. Die beiden Komponenten K₁ und K₂ werden in jeweiligen Plastifizier- und Einspritzvorrichtungen 7 und 8 bekannter Art aufbereitet und in ein Spritzgießwerkzeug 1 eingespritzt.
Von den Einspritzvorrichtungen 7, 8 bis in die Werkzeugkavität 6 erstreckt sich ein Schmelzefließweg 2, der unmittelbar vor dem Eintritt in die Werkzeugkavität 6 in den Angußbereich 3 mündet. Der Übergangsbereich vom Ende des Angusses in die Werkzeugkavität 6 ist als Eintrittsstelle 5 bezeichnet.
Erfindungsgemäß steht der Angußbereich 3, namentlich der Teil des Angusses an der Eintrittsstelle 5 mit einer Nebenkammer 4 fluidisch in Verbindung. Die Kammer 4 ist mit einem Kolben 9 ausgestattet, der es erlaubt, das Volumen der Kammer 4 gesteuert zu variieren, was von einer nicht dargestellten Steuerung vorgenommen werden kann sowie von nicht näher dargestellten Betätigungselementen (s. Doppelpfeil am Ende der Kolbenstange).
Wie weiter zu sehen ist, ist das untere Ende des Kolbens 9 speziell ausgeformt, nämlich so, daß der Kolben in einer nach unten gefahrenen Position die Eintrittsstelle 5 mit vorgegebener gerader Geometrie abschließt (s. hierzu auch 6). Damit wird gleichzeitig erreicht, daß der Anguß abgeschert werden kann.
In einem ersten Verfahrensschritt, der in 3 schematisch dargestellt ist, wird zunächst erste Kunststoffkomponente K₁ (Hautkomponente) aus der Einspritzvorrichtung 7 in das Werkzeug 1 injiziert. Dabei ist der Kolben 9 zurückgezogen, so daß sich die Nebenkammer 4 mit erster Komponente K₁ füllt.
Im nächsten Verfahrensschritt wird zweite Kunststoffl{omponente K₂ ins Werkzeug 1 injiziert. Wie in 4 hierbei zu sehen ist, bleibt dabei die Nebenkammer mit erster Komponente K₁ gefüllt.
Zur Versiegelung der Eintrittsstelle 5 wird, wie abfolgend in den 5 und 6 zu sehen ist, durch Betätigung des Kolbens 9 in der Nebenkammer 4 (Verfahren des Kolbens 9 nach „unten") das in der Nebenkammer 4 gespeicherte Material ausgetrieben. Während der Nachdruck durch den Kolben 9 aufgebracht wird, kann bereits mit der Einspritzvorrichtung 7 und/oder 8 erneut Material plastifiziert werden. Wie insbesondere in 6 zu erkennen ist, formt der Endbereich des Kolbens 9 eine saubere, ebene Abschlußfläche an der Eintrittsstelle 5. Wie weiterhin gut zu erkennen ist, wird der Anguß 3 durch die Verschiebung des Kolbens 9 auch weitgehend abgeschert, so daß dieser leicht entformt werden kann und das Formteil angußlos hergestellt wird. Im Ergebnis wird die Eintrittsstelle 5 vollständig und durchgängig mit Hautmaterial versiegelt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispieles, wie in den 7 und 8 dargestellt, wird zur Versiegelung der Eintrittsstelle 5, nochmals erste Komponente K₁ (also Hautmaterial) nachgespritzt: Dies wird zunächst dadurch bewerkstelligt, daß aus der Einspritzvorrichtung 7 nochmals Material nachgespritzt wird. Andererseits wird jetzt jedoch auch durch Betätigung des Kolbens 9 in der Nebenkammer 4 (Verfahren des Ko1-bens 9 nach „unten") das in der Nebenkammer 4 gespeicherte Material ausgetrieben. Wie insbesondere in 8 zu erkennen ist, formt der Endbereich des Kolbens 9 auch hier eine saubere, ebene Abschlußfläche an der Eintrittsstelle 5. Wie weiterhin gut zu erkennen ist, wird der Anguß 3 durch die Verschiebung des Kolbens 9 auch weitgehend abgeschert, so daß dieser leicht vom Formteil getrennt werden kann. Im Ergebnis wird auch die Eintrittsstelle 5 vollständig und durchgängig mit Hautmaterial versiegelt; es bleibt kein störender „Ring" (s. Position 10 in 1).
Der Endbereich des Kolbens 9 kann so ausgestaltet werden, daß die Eintrittsstelle 5 vollständig oder auch nur teilweise überdeckt wird. Bei vollständiger Überdeckung hat dies den Vorteil, daß der Anguß abgeschert wird und keine Nacharbeit am Formteil erforderlich ist. Bei dieser Ausgestaltung des Kolbenendes ist jedoch darauf zu achten, daß der im Werkzeug verbleibende Anguß entformt werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine trichterförmige Gestaltung des Angußbereiches – entgegengesetzt zur Einspritzrichtung – erreicht werden, indem der Trichter mit einem kragenförmigen Ring ausgeführt wird, unter den zum Entformen z.B. Luft geblasen wird. Bei Ausgestaltung des Kolbenendes zur nur teilweisen Überdeckung der Eintrittsstelle 5 kann der Anguß mit dem Formteil entformt werden, da dieser nach dem Abkühlen noch mit dem Teil in Verbindung steht (siehe 9).

Claims

Verfahren zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, bei dem mindestens zwei unterschiedliche Kunststoff-Komponenten (K₁, K₂) zur Ausbildung eines Kunststoff-Formteils in ein Spritzgießwerkzeug (1) eingespritzt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einspritzen einer ersten Kunststoffkomponente (K1) entlang eines Schmelzefließweges (2) und durch einen Angußbereich (3) in das Spritzgießwerkzeug (1); b) gleichzeitiges oder anschließendes Einspritzen einer zweiten Kunststoffkomponente (K2) entlang des Schmelzefließweges (2) und durch den Angußbereich (3) in das Spritzgießwerkzeug (1); dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin die Verfahrensschritte aufweist: während Verfahrensschritt a): Füllen einer Nebenkammer (4), die im Angußbereich (3) des Schmelzefließweges (2) angeordnet ist, mit der ersten Kunststoffkomponente (K₁); anschließend an Verfahrensschritt b): Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) und Einspritzen dieses Kunststoffmaterials in das Spritzgießwerkzeug (1), wodurch die Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) mit erster Kunststoffkomponente (K₁) versiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während dem Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) weitere erste Kunststoffkomponente (K₁) aus der Einspritzvorrichtung (7) in das Spritzgießwerkzeug (1) eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachdruck zumindest überwiegend, vorzugsweise jedoch ausschließlich, durch das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) in das Spritzgießwerkzeug (1) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) mit Mitteln (9) erfolgt, die die Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) so ausformen, daß eine gewünschte Oberflächenkontur entsteht, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittsteile (5) unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) mit Mitteln (9) so erfolgt, daß der Anguß zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig, abgeschert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbringen der in der Nebenkammer (4) befindlichen ersten Kunststoffkomponente (K₁) mit Mitteln (9) so erfolgt, daß der Anguß mit dem Formteil verbunden bleibt, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittstelle (5) unterscheidet.
Vorrichtung zum Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, mit der mindestens zwei unterschiedliche Kunststoff-Komponenten (K₁, K₂) zur Ausbildung eines Kunststoff-Formteils verarbeitet werden, die aufweist: mindestens zwei Einspritzvorrichtungen (7, 8) zum Einspritzen mindestens zweier unterschiedlicher Kunststoffkomponenten (K1, K2), ein Spritzgießwerkzeug (1) mit einer Werkzeugkavität (6) und einen Schmelzefließweg (2), der sich von den mindestens zwei Einspritzvorrichtungen (7, 8) über einen Angußbereich (3) bis in die Werkzeugkavität (6) des Spritzgießwerkzeugs (1) erstreckt, gekennzeichnet durch eine im Angußbereich (3) angeordnete Nebenkammer (4), die fluidisch mit dem Schmelzefließweg (2) in Verbindung steht, wobei die Nebenkammer (4) mit Mitteln (9) zum Verändern, vorzugsweise zum gesteuerten Verändern, des Volumens der Nebenkammer (4) ausgestattet ist, wobei sich die Achse der Mittel (9) von der Achse des Schmelzefließweges (2) an der Eintrittstelle (5) unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (9) zum Verändern des Volumens der Nebenkammer (4) ein Kolben ist, der in der Nebenkammer (4) verschieblich angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in seinem Endbereich so ausgebildet ist, daß er eine definierte Oberflächenkontur an der Eintrittsstelle (5) des Kunststoffmaterials vom Angußbereich (3) in die Werkzeugkavität (6) ausformt, wenn er in eine bestimmte Position verschoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in seinem Endbereich so ausgebildet ist, daß er beim Verschieben in eine bestimmte Position den Anguß zumindest weitgehend abschert.