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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug für eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen und die damit hergestellten Formteile. Diese Formteile bestehen üblicherweise aus Kunststoff und sind insbesondere als Behälter und auch insbesondere als dickwandige Behälter ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einem solchen Spritzgießwerkzeug.
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Beim Spritzgießverfahren oder kurz Spritzgießen werden mittels einer Spritzgießmaschine, welche ein Spritzgießwerkzeug aufweist, Formteile aus einer Formmasse, insbesondere aus Kunststoffen, hergestellt. Dabei wird die Formmasse in Hohlräume des Spritzgießwerkzeugs, die sogenannte Kavitäten, eingespritzt und anschließend, insbesondere durch Abkühlen, durch Erhitzen oder durch eine chemische Reaktion, verfestigt. Da das Spritzgießwerkzeug üblicherweise für eine hohe Zahl an Spritzvorgängen ausgelegt ist, ermöglicht das Spritzgießverfahren die kostengünstige Massenproduktion von Formteilen, insbesondere von Behältern, Verschlüssen, Dosen und vielen anderen Gebrauchsgegenständen.
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Wichtige Kostenfaktoren bei einer solchen Massenproduktion sind neben den Anschaffungs- und Betriebskosten für die Spritzgießmaschine die Kosten für die Herstellung des Spritzgießwerkzeugs, welches für jedes Formteil mit neuer Form bzw. Gestaltung hergestellt oder angepasst werden muss, und der mit der jeweiligen Spritzgießmaschine und dem jeweiligen Spritzgießwerkzeug erzielbare Produktionstakt, d. h. die Zahl der hergestellten Formteile pro Zeit.
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Generell wird zur Optimierung der Betriebskosten ein hoher Produktionstakt bei gleichzeitig niedrigem Platz- und Energiebedarf der Spritzgießmaschine angestrebt.
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Insbesondere für den Vertrieb von cremigen und pastösen Substanzen, werden häufig dickwandige Tiegel aus Glas eingesetzt. Dies geschieht unter anderem, um dem Produkt ein hochwertiges Aussehen zu verleihen. Da die Herstellung dieser Glastiegel sehr aufwändig ist, besteht der Wunsch, diese Glastiegel durch ebenfalls dickwandige Kunststofftiegel zu ersetzen. Deren Herstellung stößt aber auf Probleme.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 21 42 881 C3 ist eine Vorrichtung zum Herstellen, Füllen und Verschließen von Kunststoffflaschen mit mehreren in einer Reihe hintereinandergeschalteten Stationen aus Unter- und Oberwerkzeugen bekannt. Dabei werden in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen Vorformlinge hergestellt und zu Flaschen aufgeblasen sowie die Flaschen gefüllt, verschlossen und abtransportiert. Hierzu ist das Unterwerkzeug zum Herstellen der Vorformlinge unten in der Mitte der Reihe angeordnet und daran auf gegenüberliegenden Seiten je ein Unterwerkzeug zum Blasen und Füllen. Neben diesen beiden Unterwerkzeugen befindet sich je eine Station zum Abtransport der Flaschen. Die Oberwerkzeuge sind entlang der Längsrichtung der Reihe so bewegbar, dass die beiden mittleren Oberwerkzeuge wechselweise mit dem mittleren Unterwerkzeug und einem der beiden Unterwerkzeuge zum Blasen sowie Füllen zusammenwirken können und entsprechend die beiden äußeren Oberwerkzeuge wechselweise zu dem jeweiligen Unterwerkzeug zum Blasen sowie Füllen und einer der beiden Stationen zum Abtransport der Flaschen überführbar sind. Folglich führen alle Oberwerkzeuge mehr als einen Arbeitsschritt aus, so dass weniger Oberwerkzeuge benötigt werden im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne einer solchen Ausführung von mehreren Arbeitsschritten an den Oberwerkzeugen.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 2 554 355 A1 beschreibt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Kosmetiktiegeln. Die Vorrichtung weist eine feste Formplatte und eine bewegliche Formplatte auf und kann in handelsüblichen Spritzgießmaschinen verwendet werden. Zur Herstellung eines Kosmetiktiegels wird in dieser Vorrichtung zunächst in einer ersten Position ein Vorformling gebildet. Darauf wird die bewegliche Formplatte entlang der Maschinenlängsachse von der festen Formplatte wegbewegt und quer zur Maschinenlängsachse so parallelverschoben, dass der an der beweglichen Formplatte gehaltene Vorformling zu einem Blaswerkzeug transportiert wird. Dort wird der Vorformling in seine endgültige Form, d. h. in die Form eines Kosmetiktiegels, gebracht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Spritzgießwerkzeug und eine Spritzgießmaschine zur verbesserten Herstellung von Formteilen, insbesondere aus Kunststoff, insbesondere von Kunststoffbehältern und insbesondere von dickwandigen Kunststoffbehältern und die damit hergestellten Formteile zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Spritzgießwerkzeug gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 1, durch eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 10 und durch die damit hergestellten Formteile gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 13 gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug für eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen, insbesondere aus Kunststoff, insbesondere von Kunststoffbehältern. Das Spritzgießwerkzeug weist eine erste Formplatte mit wenigstens einem ersten Kavitätsbereich sowie wenigstens einem zweiten Kavitätsbereich auf und eine zweite Formplatte mit wenigstens einem dritten Kavitätsbereich.
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Dabei ist das Spritzgießwerkzeug wenigstens in einen ersten geschlossenen Zustand und in einen zweiten geschlossenen Zustand überführbar. Im ersten geschlossenen Zustand bilden der wenigstens eine erste Kavitätsbereich sowie der wenigstens eine dritte Kavitätsbereich eine erste Kavität aus. Im zweiten geschlossenen Zustand bilden der wenigstens eine zweite Kavitätsbereich sowie der wenigstens eine dritte Kavitätsbereich eine zweite Kavität aus.
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Zudem können die erste Formplatte und die zweite Formplatte entlang einer Längsachse aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Überdies können die erste Formplatte und die zweite Formplatte entlang einer Querachse, die nicht parallel zur Längsachse ist, relativ zueinander so bewegt bzw. gegeneinander verschoben, insbesondere parallelverschoben, werden, dass der wenigstens eine dritte Kavitätsbereich alternativ dem wenigstens einen ersten Kavitätsbereich oder dem wenigstens einen zweiten Kavitätsbereich gegenüberliegt. Dabei kann das Spritzgießwerkzeug durch Aufeinanderzubewegen der ersten Formplatte und der zweiten Formplatte entlang der Längsachse jeweils entweder in den ersten geschlossenen Zustand oder in den zweiten geschlossenen Zustand gebracht werden.
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Insbesondere kann das Spritzgießwerkzeug auch n-fach ausgebildet sein; dabei ist n eine natürliche Zahl, so dass das Spritzgießwerkzeug bevorzugt als ein 2-fach- oder 4-fach- oder weiter bevorzugt 8-fach-Spritzgießwerkzeug ausgebildet ist. Entsprechend kann auch die Kavität bzw. können auch die Kavitäten des n-fach-Spritzgießwerkzeugs bevorzugt als n-fach-Kavität bzw. als n-fach-Kavitäten ausgebildet sein.
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Unter einer „Formplatte” im Sinne der Erfindung ist ein Teil eines Spritzgießwerkzeugs zu verstehen. Eine Formplatte dient dabei dem zumindest teilweisen Formen eines Formteils und weist dazu wenigstens einen Kavitätsbereich auf. Dabei kann zusammen mit wenigstens einer weiteren Formplatte, welche passend zur Formplatte gewählt ist, beim Zufahren der beiden Formplatten, d. h. beim Aufeinanderzubewegen der beiden Formplatten, so dass diese schließlich aneinandergrenzen, eine Kavität aus den Kavitätsbereichen ausgebildet werden, in diese eine Formmasse gespritzt und so das Formteil geformt werden. Üblicherweise werden Formplatten aus Metall, Keramik oder Kunststoff hergestellt. Die Form der Formplatte selbst kann dabei frei gewählt werden; jedoch muss diese zum jeweiligen Spritzgießwerkzeug passen, bevorzugt durch Verwenden von Normalien und Einhalten entsprechender Normen. Dabei wird bevorzugt eine plattenförmige Ausgestaltung gewählt, um die Montage am Spritzgießwerkzeug zu erleichtern. Überdies sind auch anders geformte Ausgestaltungen denkbar. Insbesondere kann die Formplatte auch quaderförmig, zylindrisch, pyramidenartig oder kegelförmig ausgebildet oder unregelmäßig geformt sein.
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Überdies kann die Formplatte insbesondere in mehrere Formplattenteile aufteilbar sein oder weitere Teile, insbesondere Kernzüge, aufweisen.
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Unter einer „Formmasse” im Sinne der Erfindung, ist insbesondere eine Formmasse für ein Spritzgießverfahren zu verstehen, welche insbesondere im flüssigen, fluiden, teigigen oder pastösen Zustand spritzgegossen werden kann. Bevorzugt ist die Formmasse ein thermoplastischer Kunststoff, ein duroplastischer Kunststoff, ein Elastomer, ein Metall oder ein Glas oder eine Mischung, welche die vorgenannten Substanzen enthält. Weiter bevorzugte Substanzen sind: PP, SAN, PMMA und Surlyn. Insbesondere kann die Formmasse auch weitere Substanzen, insbesondere als Füllmasse, wie Holz, Glasfasern, Kohlefasern, Glas- oder Metallpartikel, Ruß oder Farbpigmente enthalten.
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Bevorzugt können mehrere Substanzen, insbesondere ein Kunststoff und Glaspartikel oder Glaskugeln oder Metallpartikel, vorteilhaft kombiniert werden, so dass das Formteil, etwa ein Kosmetiktiegel, einerseits im Wesentlichen wie ein reiner Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt werden kann und andererseits eine andere Haptik und/oder ein anderes Aussehen, und/oder eine andere Steifigkeit, und/oder eine gegenüber einem Kunststoff ohne weiteren Substanzen erhöhte Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Im Rohzustand liegen derartige Formmassen bevorzugt als Granulat, Pulver, Schnitzel oder als flüssiges, fluides, teigiges oder pastöses Vorprodukt vor.
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Unter einem „geschlossenen Zustand” im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem eine erste Formplatte und eine zweite Formplatte aneinandergrenzen, insbesondere formschlüssig in Eingriff gebracht sind. Dabei sind die Flächen der beiden Formplatten, die die jeweiligen Kavitätsbereiche aufweisen, einander zugewandt.
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Das erfindungsgemäße Spritzgießwerkzeugs kann insbesondere in Standardspritzgießmaschinen eingesetzt werden. Dabei sehen derartige Standardspritzgießmaschinen die Bewegbarkeit entlang der Längsachse üblicherweise bereits vor, um gefertigte Formteile aus der Kavität entnehmen zu können, und die Bewegbarkeit entlang der Querachse kann bevorzugt mittels einer Schiebeplattentechnik erreicht werden. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, dass keine vergrößerten Öffnungsweiten oder mehrere Spritzeinheiten erforderlich sind. Überdies weisen derartige Standardspritzgießmaschinen eine verhältnismäßig geringe Baugröße auf.
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Insbesondere durch die Möglichkeit zu zwei geschlossenen Zuständen, erster geschlossener Zustand und zweiter geschlossener Zustand, kann das erfindungsgemäße Spritzgießwerkzeug effektiver eingesetzt werden. Dabei werden die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Formteils unterteilt in Verfahrensschritte, die eine geschlossene erste Kavität bzw. zweite Kavität erfordern, und weitere Verfahrensschritte, die insbesondere bezüglich des jeweiligen Formteils jeweils nur den ersten Kavitätsbereich bzw. den zweiten Kavitätsbereich erfordern. Hierdurch kann insbesondere der Produktionstakt gesteigert werden, und überdies sind die Formteile während derjenigen Verfahrensschritte, welche nur entweder den ersten oder den zweiten Kavitätsbereich, aber keine geschlossene Kavität erfordern, zugänglich für zusätzliche Verfahrensschritte wie bevorzugt die Temperierung und insbesondere die Abkühlung, das Färben, das Entgraten oder das Beschichten des Formteils.
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Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildungen des Spritzgießwerkzeugs beschrieben, die jeweils, soweit dies technisch möglich ist und nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung des Spritzgießwerkzeugs ist im zweiten geschlossenen Zustand ein erster Temperierungsbereich vorgesehen, an welchen der wenigstens eine erste Kavitätsbereich angrenzt oder in welchen dieser hineinragt. Entsprechend ist im ersten geschlossenen Zustand ein zweiter Temperierungsbereich vorgesehen, an welchen der wenigstens eine zweite Kavitätsbereich angrenzt oder in welchen dieser hineinragt. Dabei ist zur Temperierung, insbesondere zum Abkühlen, eines Formteils der erste Temperierungsbereich oder der zweite Temperierungsbereich zumindest teilweise für Umgebungsluft oder für einen externen Luftstrom zugänglich, insbesondere frei zugänglich.
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Der erste Temperierungsbereich und der zweite Temperierungsbereich ist bevorzugt frei von zusätzlichen Elementen oder Werkzeugteilen. Es sind also keine zusätzlichen Elemente oder Werkzeugteile erforderlich, in denen ein Formteil zur Temperierung angeordnet werden müsste und welche jeweilig passend zu dem zu produzierenden Formteil hergestellt und montiert werden müssten. Dies erlaubt insbesondere eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung.
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Unter einer „Temperierung” im Sinne der Erfindung ist die Beeinflussung, d. h. die Kontrolle und/oder die Veränderung, der Temperatur, insbesondere eines Spritzgießwerkzeugs, einer Formplatte, eines Bereichs eines Spritzgießwerkzeugs, einer Formmasse oder eines Formteils durch aktives oder passives Kühlen oder Erwärmen zu verstehen. Insbesondere bei thermoplastischen Kunststoffen müssen die Formteile bzw. deren Formmasse in vielen Fällen abgekühlt werden, um den thermoplastischen Kunststoff zu verfestigen. Ebenso muss insbesondere bei Verwendung von duroplastischen Kunststoffen für ein Spritzgießverfahren die Formmasse erhitzt werden und so die chemische Reaktion zur Verfestigung der Formmasse und damit zum Herstellen der Formteile gestartet werden.
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Zur Temperierung werden die Spritzgießwerkzeuge bevorzugt mit Bohrungen und/oder Kanälen für eine Kühlflüssigkeit oder Heizflüssigkeit versehen und die Heiz- oder Kühlflüssigkeit durch die Bohrungen und/oder Kanäle geleitet. Des Weiteren kann insbesondere die Umgebungsluft und/oder ein Luftstrom zum Temperieren verwendet werden. Dabei wird der Luftstrom bevorzugt durch eine Temperierungseinrichtung erzeugt und in den Temperierungsbereich geblasen.
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Mittels Umgebungsluft oder mittels eines externen Luftstroms kann ein Formteil, das zumindest teilweise im ersten Temperierungsbereich bzw. im zweiten Temperierungsbereich angeordnet ist, effizient temperiert werden. Da sich das Formteil für diese Temperierung nicht in der ersten Kavität bzw. nicht in der zweiten Kavität befinden muss, kann das Spritzgießwerkzeug während dieser Temperierung im jeweiligen anderen geschlossenen Zustand, d. h. dem zweiten geschlossenen Zustand bzw. dem ersten geschlossenen Zustand, sein. Auf diese Weise kann die dann ausgebildete zweite Kavität bzw. erste Kavität bevorzugt bereits zur Herstellung eines weiteren Formteils verwendet und so der Produktionstakt gesteigert werden.
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Insbesondere bei Formteilen, deren zur Temperierung benötigte Zeit wesentlich den Produktionstakt beeinflusst, kann ein erstes Formteil im ersten Temperierungsbereich temperiert werden, während in der zweiten Kavität ein zweites Formteil gespritzt wird. So kann bevorzugt eine ausreichende Gesamttemperierungszeit sichergestellt und damit eine formstabile Temperierung ermöglicht werden, die insbesondere ein unerwünschtes Einfallen oder Verziehen des eingespritzten Materials verhindert. Insbesondere bei dickwandigen Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, die aufgrund der Materialstärke verhältnismäßig lange z. B. 90 Sekunden zum Temperieren bzw. zum Abkühlen benötigt, wird so ein formwahrender Abkühlprozeß ermöglicht. Auf diese Weise wird insbesondere ein unerwünschtes Einfallen oder Verziehen des Formteils vermieden, welches den optischen Eindruck, aber z. B. auch die Abdichtung mit dem zugehörigen Verschluss gefährden würde.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Spritzgießwerkzeug eine Auswerferseite und eine Angussseite auf. Dabei ist die erste Formplatte als eine auswerferseitige Formplatte und die zweite Formplatte als eine angussseitige Formplatte ausgebildet. Zudem weist die zweite Formplatte, also die angussseitige Formplatte, ein Angusssystem auf.
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Auf diese Weise kann das Spritzgießwerkzeug mittels der angussseitigen Formplatte und der auswerferseitigen Formplatte flexibel für verschiedene Formteile vorteilhaft angepasst werden. Überdies kann ein fertiges Formteil vorteilhafterweise über eine Auswerfereinrichtung aus dem wenigstens einen ersten Kavitätsbereich und/oder aus dem wenigstens einen zweiten Kavitätsbereich ausgeworfen bzw. entformt werden.
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Schließlich kann insbesondere das Angusssystem einfach und damit kostengünstig in der angussseitigen Formplatte ausgeführt sowie an eine Spritzeinheit angeschlossen sein, wodurch Formmasse bevorzugt in den wenigstens einen dritten Kavitätsbereich und damit in die gesamte erste Kavität bzw. zweite Kavität eingespritzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen der wenigstens eine erste Kavitätsbereich und der wenigstens eine zweite Kavitätsbereich des Spritzgießwerkzeugs jeweils wenigstens ein Angusssystem auf. Hierbei können insbesondere mehrere, insbesondere verschiedene, Formmassen verarbeitet werden. Sofern auch der wenigstens eine dritte Kavitätsbereich ein Angusssystem aufweist, kann insbesondere der Teil des Formteils, welcher sich in dem wenigstens einen dritten Kavitätsbereich befindet, mit zumindest teilweise einer anderen Formmasse hergestellt werden als der Teil des Formteils, der sich näher an dem wenigstens einen ersten Kavitätsbereich oder entsprechend näher an dem wenigstens einen zweiten Kavitätsbereich befindet. Dies kann bevorzugt eingesetzt werden, um bei einem Formteil mit Gewinde, insbesondere bei einem Tiegel mit Gewinde, das Gewinde aus einer anderen Formmasse herzustellen als den restlichen Körper des Formteils. Auch können dabei insbesondere verschiedene Farben für die beiden unterschiedlichen Formmassen vorgesehen sein.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung einer der beiden vorangegangenen bevorzugten Weiterbildungen ist eine Formmasse im ersten geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeugs in die erste Kavität, jedoch nicht in den wenigstens einen zweiten Kavitätsbereich einspritzbar und im zweiten geschlossenen Zustand in die zweite Kavität, jedoch nicht in den wenigstens einen ersten Kavitätsbereich einspritzbar. Bevorzugt kann dies so realisiert werden, dass die Formmasse nur über ein Angusssystem des wenigstens einen dritten Kavitätsbereichs eingespritzt wird.
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Ebenso bevorzugt kann die Formmasse zusätzlich auch über ein Angusssystem in den wenigstens einen ersten Kavitätsbereich und/oder in den wenigstens einen zweiten Kavitätsbereich einspritzbar sein, wobei das Angusssystem so konfigurierbar ist, dass die Formmasse nur jeweils entweder in den wenigstens einen ersten Kavitätsbereich oder in den wenigstens eine zweiten Kavitätsbereich eingespritzt wird. Dies kann bevorzugt über Ventile im Angusssystem realisiert werden.
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Weiter bevorzugt kann das Formteil, welches sich jeweils in dem Kavitätsbereich der ersten Formplatte befindet, in den keine Formmasse eingespritzt werden soll, beim Einspritzen bereits so verfestigt, insbesondere abgekühlt, sein, dass dieses Formteil das erneute Einspritzen von Formmasse verhindert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste Kavität und/oder die zweite Kavität derart ausgebildet, dass ein in dem Spritzgießwerkzeug hergestelltes Formteil zumindest teilweise eine Wandstärke im Bereich von 1 mm bis 30 mm, bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 20 mm, weiter bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm und noch weiter bevorzugt von etwa 12 mm aufweist. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Formteile, insbesondere Tiegel, herstellen, die als Ersatz für Formteile, insbesondere dickwandige Tiegel, aus Glas dienen. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs können derartige Wandstärken kosteneffizient und mit hohem Produktionstakt hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der wenigstens eine erste Kavitätsbereich und/oder der wenigstens eine zweite Kavitätsbereich mehrteilig ausgebildet und weist wenigstens zwei Kavitätsbereichsteile auf. Diese sind in einen Haltezustand und in einen Entnahmezustand überführbar. Im Haltezustand kann ein in dem Spritzgießwerkzeug hergestelltes Formteil durch die wenigstens zwei Kavitätsbereichsteile, insbesondere formschlüssig, gehalten oder seine Form im ersten geschlossenen Zustand und/oder im zweiten geschlossenen Zustand durch die wenigstens zwei Kavitätsbereichsteile zumindest teilweise vorgegeben werden. Im Entnahmezustand kann ein in dem Spritzgießwerkzeug hergestelltes Formteil aus den wenigstens zwei Kavitätsbereichsteilen entnommen werden.
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Ein Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass Formteile hergestellt werden können, die Hinterschneidungen, insbesondere Taschen und/oder Ausbuchtungen, entlang der Entnahmeachse aufweisen. Dabei können derartige Formteile insbesondere Gewinde, wie etwa bei Tiegeln, aufweisen.
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Schließlich kann auf diese Weise das Gewinde im Wesentlichen während des gesamten Produktionstakts in dem wenigstens einem ersten Kavitätsbereich oder in dem wenigstens einem zweiten Kavitätsbereich verbleiben, wodurch insbesondere die exakte Form des Gewindes und folglich die Verschließbarkeit und Abdichtung zusammen mit einem entsprechenden Schraubverschluss gewährleistet werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der wenigstens eine zweite Kavitätsbereich eine im Wesentlichen gleiche Form wie der wenigstens eine erste Kavitätsbereich auf oder eine von der Form des wenigstens einen ersten Kavitätsbereichs abweichende Form. Insbesondere lassen sich so zwei verschiedene Formteile herstellen oder aber die doppelte Anzahl pro Zeit an gleichen Formteilen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung steht der erste und/oder der zweite Kavitätsbereich und/oder der dritte Kavitätsbereich jeweils mit wenigstens einer Temperierungseinrichtung im thermischen Kontakt. Hierdurch lässt sich die Formmasse vorteilhaft temperieren, insbesondere abkühlen oder aufheizen, wobei dies auch mit lokalen Wärmegradienten erfolgen kann, so dass bevorzugt ein Verfestigen in dem jeweiligen Angusssystem verhindert und zugleich ein Verfestigen der Formteile sichergestellt wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen, insbesondere aus Kunststoff, insbesondere von Kunststoffbehältern, mit einem Spritzgießwerkzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine weist wenigstens eine Schiebeeinrichtung, insbesondere eine Schiebeplatte, auf.
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Insbesondere ist dabei die erste Formplatte des Spritzgießwerkzeugs oder die zweite Formplatte des Spritzgießwerkzeugs über die Schiebeeinrichtung mit der Spritzgießmaschine so verbunden, dass sie entlang der Querachse bewegbar ist und das Spritzgießwerkzeug in den ersten geschlossenen Zustand und in den zweiten geschlossenen Zustand überführbar ist. Auf diese Weise können insbesondere sowohl der erste geschlossene Zustand als auch der zweite geschlossene Zustand zur Herstellung von Formteilen verwendet werden.
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Überdies ist insbesondere die Verwendung einer Schiebeplatte, bevorzugt eines Schiebetisches, bei handelsüblichen Spritzgießmaschinen vorgesehen, welche eine wirtschaftliche und schnelle Umrüstung vorhandener Spritzgießmaschinen auf derartige Spritzgießwerkzeuge erlaubt und die bei derartigen Spritzgießwerkzeugen benötigte Bewegbarkeit entlang einer Querachse ermöglicht. Bevorzugt haben dabei die Längsachse und die Querachse einen Winkel im Bereich von 70° bis 110°, insbesondere einen Winkel von 90° zueinander.
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Schließlich treffen die bereits vorausgehend genannten möglichen Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung entsprechend auch für die Spritzgießmaschine zu.
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Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildungen der Spritzgießmaschine beschrieben, die jeweils, soweit dies technisch möglich ist und nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung weist die Spritzgießmaschine des Weiteren wenigstens eine erste Luftstromtemperierungseinrichtung und/oder wenigstens eine zweite Luftstromtemperierungseinrichtung zur Temperierung, insbesondere zum Abkühlen, eines in dem Spritzgießwerkzeug hergestellten Formteils mit einem Luftstrom auf. Bei der Temperierung mittels des Luftstroms ist das Formteil im Luftstrom und insbesondere im ersten Temperierungsbereich oder im zweiten Temperierungsbereich angeordnet. Ein Vorteil bei einer derartigen Temperierung besteht darin, dass das Formteil in einer kürzeren Zeitspanne abgekühlt und die gewünschte Formfestigkeit erreicht und so ein höherer Produktionstakt erzielt werden kann, d. h. dass mehr Formteile pro Zeit hergestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Spritzgießmaschine wenigstens eine, insbesondere genau eine, Spritzeinheit auf. Zudem ist die erste Formplatte über die Schiebeeinrichtung mit der Spritzgießmaschine beweglich verbunden und die zweite Formplatte gegenüber der Spritzgießmaschine unbeweglich angeordnet. Dabei weist der dritte Kavitätsbereich wenigstens ein Angusssystem auf, welches so an die Spritzeinheit angeschlossen ist, dass Formmasse in das wenigstens eine Angusssystem einspritzbar ist.
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Überdies kann insbesondere auch die Bewegung entlang der Längsachse, d. h. das Aufeinanderzubewegen und das Voneinanderwegbewegen, ausschließlich über die erste Formplatte erfolgen. Daraus resultiert insbesondere eine starre Anordnung zwischen Spritzeinheit und zweiter Formplatte, so dass das wenigstens eine Angusssystem der zweiten Formplatte bevorzugt ohne bewegliche Teile und damit besonders einfach, robust und kostengünstig erfolgen kann.
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Daneben kann eine Spritzgießmaschine insbesondere auch mit Holmen ausgeführt sein, wobei die Stirnplatte und die feste Aufspannplatte über Holme miteinander befestigt sind und insbesondere die bewegliche Aufspannplatte über Holme geführt wird.
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Alternativ und bevorzugt kann eine Spritzgießmaschine insbesondere auch als holmlose Spritzgießmaschine ausgeführt sein, wobei insbesondere die Stirnplatte und die feste Aufspannplatte an einer Grundplatte oder einem Rahmen, bevorzugt einem H-Rahmen, befestigt sind. Insbesondere können hierdurch größere Spritzgießwerkzeuge auf bevorzugt geringeren Maschinenbaugrößen eingesetzt werden und der Zugang zu den Spritzgießwerkzeuge kann erleichtert werden.
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Unter einer „Anfangstemperierung” im Sinne der Erfindung ist eine Temperierung zu verstehen, die insbesondere nur über einen begrenzten Zeitraum erfolgt. Bevorzugt erfolgt eine Anfangstemperierung mindestens so lange, bevorzugt nicht wesentlich länger, als dies erforderlich ist, um den darauf folgenden Verfahrensschritt ausführen zu können. Bei der Herstellung von Formteilen dient die Anfangstemperierung insbesondere dazu, das Formteil oder zumindest die Randbereiche des Formteils noch in der Kavität so weit zu verfestigen, so dass das Formteil nicht einfällt oder sich verzieht, wenn es aus der Kavität entnommen wird.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Formteil, welches unter Verwendung eines Spritzgießwerkzeugs gemäß des ersten Aspekts der Erfindung oder unter Verwendung einer Spritzgießmaschine gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung zumindest teilweise hergestellt wird. In einer Variante kann das Formteil insbesondere aus Kunststoff hergestellt und/oder ein Kunststoffbehälter oder ein Kunststofftiegel sein. Bevorzugt ist das Formteil dickwandig ausgebildet und weist zumindest teilweise eine Wandstärke im Bereich von 1 mm bis 30 mm, weiter bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 20 mm, noch weiter bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm und insbesondere von etwa 12 mm auf.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
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Dabei zeigt
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formteils;
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2 schematisch das Formteil aus 1 im Querschnitt entlang der Ebene E in 1;
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3 schematisch einen Querschnitt entlang der Achsen A1 und A2 einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs; und
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4 schematisch einen Querschnitt entlang der Längsachse A1 einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine.
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formteils 9, nämlich ein Tiegel skizziert ist, welches insbesondere mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine hergestellt werden kann. Insbesondere handelt es sich bei dem Tiegel 9 um einen dickwandigen Kunststoffbehälter mit einem Gewinde, wie er z. B. als Kosmetiktiegel Verwendung findet.
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Der Tiegel besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Teil 9a, an welches der Bodenteil 9b mit angespritzt ist. Im oberen Teil ist ein Gewindeabschnitt 9c vorgesehen, der im Gebrauchszustand mit einem nicht dargestellten Deckel verschlossen wird. Die Ebene E steht senkrecht zur Zeichenebene und verläuft im Wesentlichen mittig durch den Tiegel 9.
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In 2 ist der Tiegel 9 im seitlichen Querschnitt entlang der Ebene E aus 1 dargestellt. Hierbei sind vom Tiegel 9 der zylindrische Teil 9a, dass Bodenteil 9b und der Gewindeabschnitt 9c zu sehen. Insbesondere ist auch unten mittig im Bodenteil 9b die Einspritzstelle 9d dargestellt, an welcher das Angusssystem 10 mit der Kavität zur Herstellung des Tiegels 9 verbunden war und an der die Formmasse eingespritzt wurde. Die Wandstärke u im zylindrischen Teil 9a ist groß im Vergleich zu dessen Außendurchmesser r und beträgt vorzugsweise zwischen 5% und 25% des Außendurchmessers r des Tiegels 9 gemessen in halber Höhe h des zylindrischen Teils 9a.
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Bei der Herstellung eines solchen dickwandigen Tiegels ist es wichtig, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit in und außerhalb der Kavität so gesteuert wird, das sich keine Abweichungen von der gewünschten Endform, insbesondere keine Hohlräume, Vertiefungen in der Oberfläche etc. bilden. Dies gilt insbesondere auch für den Gewindebereich, bei dem durch dessen vergleichsweise komplexe Formgebung die Gefahr eines Einfallens der Oberfläche besonders groß ist.
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In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs 1 als schematischer Querschnitt gezeichnet. Dabei ist das Spritzgießwerkzeug 1 in den ersten geschlossenen Zustand K1 gebracht, und sowohl die Längsachse A1 als auch die Querachse A2 liegen im Wesentlichen in der Querschnittsebene.
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Die erste Formplatte 3 weist einen ersten Kavitätsbereich 4 und einen zweiten Kavitätsbereich 5 auf. In der zweiten Formplatte 6 sind ein dritter Kavitätsbereich 7 und ein Angusssystem 10 ausgebildet, wobei das Angusssystem 10 mit dem dritten Kavitätsbereich 7 so verbunden ist, dass Formmasse eingespritzt werden kann.
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Die erste Formplatte 3 und die zweite Formplatte 6 können entlang der Querachse A2 relativ zueinander so bewegt, insbesondere parallelverschoben, werden, dass sich der dritte Kavitätsbereich 7 und der erste Kavitätsbereich 4 oder der zweite Kavitätsbereich 5 gegenüberliegen.
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Zudem können die erste Formplatte 3 und die zweite Formplatte 6 entlang der Längsachse A1 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden, wobei insbesondere die beiden Formplatten 3 und 6 so zum Aneinandergrenzen gebracht werden können, dass sich im ersten geschlossenen Zustand K1 eine erste Kavität und im zweiten geschlossenen Zustand K2 eine zweite Kavität ausbildet. Im hier gezeigten ersten geschlossenen Zustand K1 ist also die erste Kavität aus dem dritten Kavitätsbereich 7 und dem ersten Kavitätsbereich 4 ausgebildet.
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Überdies zeigt 3 ein im Spritzgießwerkzeug 1 hergestelltes Formteil 9, welches durch den zweiten Kavitätsbereich 5 gehalten wird. Dieses Formteil 9 wird insbesondere formschlüssig gehalten und kann durch Öffnen von (hier nicht weiter dargestellten) Teilen des zweiten Kavitätsbereichs 5 freigegeben und dann bevorzugt von einer zusätzlichen Entnahmevorrichtung aus dem Spritzgießwerkzeug 1 entnommen werden.
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Außerdem befindet sich das Formteil 9 in einem zweiten Temperierungsbereich 8 und kann dort vor der Entnahme temperiert werden, während Formmasse in die erste Kavität zur Herstellung eines weiteren Formteils eingespritzt wird und eine Anfangstemperierung des weiteren Formteils noch in der ersten Kavität stattfindet. Bevorzugt kann die Temperierung im zweiten Temperierungsbereich 8 durch Umgebungsluft und/oder einen externen Luftstrom erfolgen und so das Formteil 9 gekühlt bzw. erhitzt werden.
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Die Temperierung und die Anfangstemperierung erfolgen insbesondere auch über die Temperierungseinrichtungen 11 und 12, welche mit der ersten Formplatte 3 und mit der zweiten Formplatte 6 im thermischen Kontakt stehen. Dazu sind bevorzugt Kühlmittelkanäle/Heizmittelkanäle 11a der Temperierungseinrichtung 11 in der ersten Formplatte 3 ausgebildet, so dass die Temperatur der ersten Formplatte 3, insbesondere in der Nähe des ersten und der zweiten Kavitätsbereichs, gesteuert werden kann.
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Entsprechend sind auch in der zweiten Formplatte 6 Kühlmittelkanäle/Heizmittelkanäle 12a der Temperierungseinrichtung 12 ausgebildet. Auch ist es denkbar, dass insbesondere bei der ersten Formplatte 3 weitere Temperierungseinrichtungen und entsprechende Kanäle eingesetzt werden, um abhängig vom geschlossenen Zustand K1, K2 der erste und der zweite Kavitätsbereich 4, 5 verschieden zu kühlen. Auf diese Weise können insbesondere der Einspritzvorgang sowie die Anfangstemperierung mit einer anderen Temperatur stattfinden als die anschließende Temperierung im ersten oder im zweiten Temperierungsbereich 8.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine 2 im ersten geschlossenen Zustand K1 und die Verwendung sowie Anordnung eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeugs 1 darin. Dabei liegt die Längsachse A1 im Wesentlichen in der Zeichenebene der schematischen Querschnittszeichnung aus 4, während die Querachse A2 orthogonal zur Zeichenebene verläuft und folglich hier nicht dargestellt ist.
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Die Spritzgießmaschine 2 weist einen Spritzgießmaschinenrahmen 15 auf, so dass sie insbesondere holmlos ausgeführt sein kann. An dem Spritzgießmaschinenrahmen 15 sind die Stirnplatte 16 und die feste Aufspannplatte 17 befestigt. Hierbei sind jedoch auch andere Ausführungsformen, insbesondere mit Holmen, möglich, in denen die Stirnplatte 16 und die feste Aufspannplatte 17 auf diese Weise gegeneinander geführt werden.
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Die Schiebeeinrichtung 13 ist über Schließzylinder 18 mit der Stirnplatte 16 und folglich mit der Spritzgießmaschine 2 beweglich verbunden. Die erste Formplatte 3 ist wiederum beweglich mit den Schließzylindern 18 über die Schiebeeinrichtung 13 verbunden. Die Schiebeeinrichtung 13 ist bevorzugt als Schiebetisch ausgebildet und erlaubt so insbesondere das Parallelverschieben der ersten Formplatte 3 bezüglich der zweiten Formplatte 6, also ein Parallelverschieben in die Zeichenebene hinein oder aus dieser heraus entlang der Querachse A2.
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Die Schließzylinder 18 ermöglichen eine Bewegung entlang der Längsachse A1 und damit insbesondere das Aufeinanderzubewegen und das Voneinanderwegbewegen der ersten Formplatte 3 und der zweiten Formplatte 6. Entsprechend ermöglicht die Schiebeeinrichtung 13 eine Bewegung, insbesondere eine Parallelverschiebung, entlang der Querachse A2 und damit insbesondere das Verschieben der ersten Formplatte 3, so dass das Spritzgießwerkzeug 1 in den ersten geschlossenen Zustand K1 oder in den zweiten geschlossenen Zustand K2 gebracht werden kann.
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Bevorzugt ist die erste Formplatte 3 als eine auswerferseitige Formplatte 3 ausgebildet und weist eine Auswerfereinrichtung mit Aufspannplatte 3a auf. Dabei ist die auswerferseitige Formplatte 3 über die Auswerfereinrichtung mit Aufspannplatte 3a an der Schiebeeinrichtung 13 befestigt, insbesondere aufgespannt. Die zweite Formplatte 6 ist bevorzugt als eine angussseitige Formplatte 6 ausgebildet und weist eine angussseitige Aufspannplatte 6a auf, über die die angussseitige Formplatte 6 mit der festen Aufspannplatte 17 fest verbunden, insbesondere aufgespannt, ist.
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Die in der Beschreibung zu 3 angesprochene, weitere Aufteilung von Kavitätsbereichen ist in 4 bezüglich des ersten Kavitätsbereichs 4 dargestellt, wobei diese in drei Kavitätsbereichsteile 4a, 4b und 4c aufgeteilt ist. Dabei befinden sich die drei Kavitätsbereichsteile 4a, 4b und 4c im Haltezustand.
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So kann im ersten geschlossenen Zustand K1 insbesondere Formmasse in die aus dem dritten Kavitätsbereich 7 und den drei Kavitätsbereichsteilen 4a, 4b und 4c ausgebildete erste Kavität eingespritzt werden. Diese Formmasse wird über die Spritzeinheit 14 in das Angusssystem 10, das in der angussseitigen Formplatte 6 ausgebildet ist, in die erste Kavität eingespritzt. Da bevorzugt die Spritzeinheit 14 und die angussseitige Formplatte 6 mit Angusssystem 10 relativ zueinander unbeweglich angeordnet sind, ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau möglich.
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Bevorzugt kann auf diese Weise eine handelsübliche Spritzgießmaschine eingesetzt werden. Daneben sind auch, wie in der Beschreibung weiter ausgeführt, zusätzliche Angusssysteme und Spritzeinheiten möglich und bevorzugt, so dass Formteile aus mehreren verschiedenen Formmassen hergestellt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgießwerkzeug
- 2
- Spritzgießmaschine
- 3
- Erste Formplatte, insbesondere ausgebildet als auswerferseitige Formplatte
- 3a
- Auswerfereinrichtung mit Aufspannplatte
- 4
- Erster Kavitätsbereich
- 4a, 4b, 4c
- Kavitätsbereichsteile
- 5
- Zweiter Kavitätsbereich
- 6
- Zweite Formplatte, insbesondere ausgebildet als angussseitige Formplatte
- 6a
- Angussseitige Aufspannplatte
- 7
- Dritter Kavitätsbereich
- 8
- Zweiter Temperierungsbereich
- 9
- Formteil, insbesondere ausgebildet als Tiegel
- 9a
- Zylindrischer Teil
- 9b
- Bodenteil
- 9c
- Gewindeabschnitt
- 9d
- Einspritzstelle
- 10
- Angusssystem
- 11, 12
- Temperierungseinrichtungen
- 11a, 12a
- Kühl- und/oder Heizmittelkanäle der Temperierungseinrichtungen
- 13
- Schiebeeinrichtung, insbesondere ausgebildet als Schiebeplatte
- 14
- Spritzeinheit
- 15
- Spritzgießmaschinenrahmen
- 16
- Stirnplatte
- 17
- Feste Aufspannplatte
- 18
- Schließeinheit, insbesondere ausgebildet als Schließzylinder
- A1
- Längsachse
- A2
- Querachse
- E
- Ebene
- h
- Höhe des zylindrischen Teils 9a
- K1
- Erster geschlossener Zustand
- K2
- Zweiter geschlossener Zustand
- r
- Außendurchmesser
- u
- Wandstärke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2142881 C3 [0006]
- EP 2554355 A1 [0007]
