DE2420806A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kunststoffteilen mit sandwichartigem aufbau und glatter aussenhaut - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffteilen mit sandwichartigem Aufbau und glatter Außenhaut! Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus zwei unterschiedlichen vorzugsweise thermoplastischen oder vernetzenden Kunststoffen, wobei ein in der Regel nichtschäumender Kunststoff einen minderwertigen oder mit Treibmitteln aufgeschäumten vollständig oder weitgehend einhüllt.
• Es sind Verfahren und Vorrichtungen (Britisches Patent Wr. 11 56217) dieser Art bekannt, bei denen in dem Zuführkanal zum Werkzeug ein Mehrweghahn angeordnet ist, der die Materialströme trennt. Entsprechend der Durchgangsstellung kann eine Komponente in das Werkzeug eingespritzt werden. Nach dem Umschalten strömt die zweite Komponente nach. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zwei verschiedene Materialien für ein Formteil verwendet werden können. Die qualitativ hochwertige bildet dabei vorzugsweise die Randzone. Nachteilig ist, daß die Komponenten nur nacheinander einströmen können und eine vollständige Umhüllung durch hochwertiges Material nur sehr schwer zu realisieren ist. Ein anderes Verfahren (DOS 1945454 DOS 2103 885.7) arbeitet so, daß über ein offenes Düsensystem lediglich durch Umsteuern der Einspritzkolben für die beiden Komponenten ein Zweikomponententeil entsteht. Die Vermischung der Komponenten im Angußsystem bewirkt unerwünschte Störungen in der Teiloberfläche.
• Eine Endversiegelung des Angusses mit Randzonenmaterial ist kaum möglich.
• Diesen Nachteil vermeidet das Verfahren (DOS 2241002), welches beide Komponenten durch zwei getrennte Düsen bis zur Angußstelle am Werkzeug führt. Nachteilig ist hier eine aufwendige Düsen- und Plastifiziereinheitkonstruktion.
• Es handelt sich um verhältnismäßig lange Düsen, die im Düsenkanal einen hohen Druckverlust bewirken und gleiche Temperatur aufweisen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die es erlauben, Formteile mit sandwichartigem Aufbau nach dem Zweikomponentenverfahren mit verfahrenstechnisch einfachen mitteln herzustellen. Insbesondere an die Düsentechnik werden keine schwierigen Anforderungen gestellt. Das Verfahren zeichnet sich andererseits dadurch aus, daß auch kompliziert gestaltete leise nach einem Lweikomponentenverfahren hergestellt werden können, bei denen die geschlossene Randzone das Kernmaterial umgibt, ohne sich mit dem Randzonenmaterial in störender Weise zu vermischen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst aus einem Einspritzzylinderraum ein Teil des Materials für die Randzone in den Werkzeughohlraum eingepumpt wird.
• Zu einem durch die Steuerung bestimmbaren Zeitpunkt werden beide Materialien für Randzone und Kern gleichzeitig eingepumpt. Dabei ist das Kernmaterial schon im Plastifizier- bzw.
• Einspritzzylinder allseitig vom Material für die Randzone umhüllt. Kurz vor Beendigung des Einspritzvorganges kann das Einspritzen des Kernmaterials wieder eingestellt werden, so daß die Angußstelle mit Randzonenmaterial versiegelt wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Kern bildende Formmasse durch eine Düse aus einem dafür vorgesehenen Einspritzaggregat direkt in den Kolbenraum der Einspritzeinheit eingespritzt wird, die mit ihrer Düse die Verbindung zum Werkzeughohlraum herstellt. Die Einbettung der z.B. treibmittelhaltigen blähfähigen Schmelze in die später die Randzone bildende erfolgt im Gegensatz zu den anderen Verfahren bereits in dem Hohlraum zwischen der Einspritzkolbenstirnfläche und der Düse. Diese Düse, welche die Verbindung zum Werkzeughohlraum bildet, kann eine offene Düse sehr einfacher Konstruktion sein. Der Zustrom des kernbildenden Kunststoffs erfolgt durch ein Ventil zwischen der das Kernmaterial einspritzenden Einspritzeinheit und der di#rekt in das Werkzeug einspritzenden Einspritzeinheit. Der Vorteil gegenüber Verfahren, die die unterschiedlichen Schmelzanteile nacheinander einspritzen ist der, daß abgesehen vom Beginn und der Angußversiegelungsphase beide Materialanteile gleichzeitig in den Werkzeughohlraum eingespritzt werden. Dabei kann auf aufwendige Düsenkonstruktionen verzichtet werden. Die Düse zum Füllen des Werkzeughohlraums kann einen verfahrenstechnisch günstigen offenen Kanal haben. Damit werden verfahrenstechnische Komplikationen in diesem Bereich sicher vermieden.
• Es ist auch möglich, den Prozeß so zu steuern, daß die das Kernmaterial bildende Schmelze kontinuierlich mit der für den folgenden Einspritzvorgang aufbereiteten Gesamtmasse im Einspritzzylinder abzulagern. Die zwei Plastifizierzylinder pumpen in diesem Fall die Materialien über koaxiale Düsen in den Schmelzensammelraum und lagern dort die später den Kern bildende Material allseitig eingehüllt in das später die Randzone bildende Material ab. Entsprechend dieser Ablagerung wird die Gesamtmasse in der Einspritzphase in den Werkzeughohlraum eingespritzt und bildet dort ein sandwichartiges Formteil. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, daß nur ein Einspritzaggregat benötigt wird.
• Bei einigen Kunststoffen führt eine während der Verarbeitung durchgeführte Vernetzung zu einer für den jeweiligen Einsatzzweck verbesserten Oberfläche.
• Mit dieser Erfindung ist es möglich, dem Material, welches später die Randzone bildet im Schmelzzustand Vernetzungsmittel zuzuführen. Diese wird in einer Mischzone ausreichend homogen in der Schmelze verteilt. Während des Einspritzvorgangs in das Werkzeug füllt man, ebenso wie zuvor beschrieben die Kernzone mit einem anderen vorzugsweise nicht vernetzendem Material. Das hat den Vorteil, daß auch bei dickwandigen Formteilen keine Schädigung des Material der Kernzone durch die während der Vernetzung möglichen exothermen Reaktion und des damit verbundenen Temperaturanstiegs erfolgt.
• Die Temperaturführung in dem Teil des Plastifizierzylinders und des Einspritzzylinders, in dem die Schmelze vorbereitet wird, die später die Randzone des Formteils bildet, kann so vorgenommen werden, daß die Vernetzungsreaktion im Material erst während des Durchströmens des Düsenkanals oder nach Verlassen der Düse erfolgt. Zweckmäßigerweise führt man die dazu benötigte Wärme durch intensive Scherung des Materials im Bereich der Düse zu, was durch eine geeignete Steuerung der Einspritzkolben-Vorlaufgeschwindigkeit bewirkt werden kann.
• Vergleichbare Effekte können auch durch eine veränderbare Steuerung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit des Einspritzkolbens des Einspritzaggregates, welches das Kernmaterial fördert, erzielt werden. Die Impfdüse wird dazu zweckmäßigerweise mit einem oder mehreren Scherelementen ausgerüstet.
• Durch eine zeitlich und in ihrer Intensität steuerbare Scherbeanspruchung kann Einfluß auf die Viskosität oder die chemische Reaktion der dem Kernmaterial beigegebenen Additive genommen werden.
• Auf diese Weise kann der Einströmvorgang in die Werkzeughöhlung in gewünschtem Maß#e beeinflußt werden. Außerdem werden keine Düsenverschlußmechanismen benötigt, wenn nach der durch die steuerungsbewirkte Beendigung der Kolbenvorlaufbewegung auch der Materialaustritt aus dem Kolbenraum beendet ist, da die Additive im Material im Zylinder nicht reagieren und keinen Gasdruck erzeugen, der ein weiteres Austreten bewirken würde.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen dann insbesondere darin, daß für die Bildung der Randzone und/ oder der Kernzonge Materialien Verwendung finden können, diemit Additiven. ausgerüstet sind, welche bei relativ niedrigem Temperaturniveau reagieren.
• Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen schematischen senkrechten Längsmittelschnitt durch eine Spritzgießmaschine mit zwei Einspritz-und zwei Plastifizieraggregaten, bei der ein Einspritzaggregaten, bei der ein Einspritzaggregat über eine Düse in den Kolbenraum des nachgeschalteten Einspritzaggregats einspritzt.
• Figur 2 den Füllvorgang in der ersten Phase, in der nur die Randzone bildendes Material vom Kolbenraum in den Werkzeughohlraum einfließt.
• Figur 3 den Füllvorgang zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem den Kern bildendes Material gleichzeitig mit dem die Randzone bildendes Material in den Werkzeughohlraum einfließt.
• Figur 4 den Füllvorgang im Augenblick der Beendigung, wenn sich nur noch Material für die Randzone im Angußkanal befindet und die Angußstelle versiegelt.
• Figur 5 einen senkrechten Längsmittelschnitt durch ein Einspritzaggregat mit axial beweglicher Düse zum Teilen des Materialstroms und zum Eindüsen und Einwirken des Treibmittels.
• Die Spritzgießmaschine besteht im wesentlichen aus der Spritzeinheit 1 (Figur 1) und der Schließeinheit 2. Die Spritzeinheit 1 wiederum hat als wesentliche Bestandteile zwei Einspritzzylinder 3 und 4 und zwei Plastifiziereinheiten 5 und 6.
• Die Plastifiziereinheiten bestehen vorzugsweise aus je einer Schnecke 7 und 8 die in Rohrzylindern 9 und 10 drehbar angeordnet sind. Ein Einspritzzylinder 4 fördert das aufbereitete Material unter Druck durch einen Kanal 12 zu einer Düse 13, die im Raum zwischen der Kolbenfläche 14 und der Einspritzdüse 15 im Einspritzzylinder 3 endet. Vor dem Einspritzen in den Werkzeughohlraum füllen die beiden Extruder 5 und 6 die angeschlossenen Spritzkolbenräume 11 und 16. Soll das Einspritzen beginne, so kann der Kolben 17 geringfügig zeit- oder wegabhängig steuerbar voreilen. Damit ist sichergestellt, daß alle Räume im vorderen Bereich des Einspritzzylinders 3, im Düsenkanal 18 und eventuell im Angußkanal 19 oder ein Teil des Werkzeugs 20 bereits mit Schmelze gefüllt sind, bevor Material für den Kern des Formteils aus der Düse 13 in den Spritzkolbenraum 16 eingepumpt wird. (Figur 2). Nach einer beliebig einstellbaren Zeit oder einem beliebig wählbaren Vorlaufweg des Einspritzkolbens 17 beginnt der Kolben 21 mit dem Einspritzvorgang. Der Druck, den dieser Kolben im Zylinderhohlraum 11 erzeugt, muß um einen regelbaren Betrag höher sein als der im Lyl inderraum 16 erzeugte Druck. Dieses kann mit bekannten hydraulischen Steuer- und Regeigeräten realisiert werden. Die vom Kolben 21 verdrängte Materialmenge wird nun in die aus dem Zylinderraum 16 ins Werkzeug 20 verdrängten Masse eingepumpt und von diesem Material allseitig eingeschlossen und mit ihr in den Werkzeughohlraum gepumpt. Das Material aus dem Zylinder 4 bildet dabei den Kern 22 des Formteils, während das Material aus dem Zylinder 3 in der Randzone 23 des Formteils abgelagert wird. (Figur 3) ach einem zeit- oder wegabhängig beliebig einstellbaren Füllgrad wird der Zustrom des kernbildenden Materials unterbrochen.
• Dieses ist z.B. dann der Fal.l, wenn der Zylinderhohlraum 11 entleert ist und der Kolben 21 seine vordere Einstellung erreicht hat. Auf diese Weise kann die Angußstelle am Formteil mit dem höherwertigen Randzonenmaterial versiegelt werden (Figur 4), indem noch ein bestimmter Materialanteil aus dem Zylinderraum 16 nachgepumpt wird.
• Die Düse 15 bleibt so lange mit seiner Stirnfläche am Werkzeug anliegen, bis die Zylinderräume 11 und 16 wieder mit der für den folgenden Einspritzvorgang vorgesehenen Schmelze gefüllt sind. Danach kann die Düse, sofern der Anguß 19 ausreichend abgekühlt ist, vom Werkzeug abgehoben werden. Die Schmelze im Zylinderraum 16 steht nicht unter Treibmitteldruck, so daß ein Verschließen der Düse 15 zwar möglich aber nicht notwendig ist.
• Wenn die Einspritzgeschwindigkeit in das Werkzeug nicht sehr hoch sein muß, so kann auf die Kolbeneinspritzeinheit 4 verzichtet werden. In diesem Falle pumpt die Plastifiziereinheit 6 das Material direkt unter dem erzeugten Extrusionsdruck über die Düse 13 in den Zylinder 3. Dieses geschieht kontinuierlich während des Einspritzvorgangs in das Werkzeug.
• Durch den Einsatz eines axial verschiebbaren Schneckenkolbens in der Plastifiziereinheit 6 läßt sich die Einfüllgeschwindigkeit in den Zylinder 3 beträchtlich steigern.
• Für Maschinen zur Verarbeitung relativ kleiner Schußgewichte können die beiden Einspritzeinheiten 3 und 4 mit Schneckenkolbenzylindern ausgerüstet werden, die dann die Aufgaben der Plastifizierung und des Einspritzens übernehmen. Auf die Plastifiziereinheiten 5 und 6 kann dann verzichtet werden.
• Insbesondere dann, wenn vernetzende Materialien verarbeitet werden sollen, welche die Randzone des Formteils bilden, empfiehlt sich anstelle des zylindrischen Kolbens 17 der Einsatz eines Schneckenkolbens.
• Figur 5 zeigte eine Bauart eines Einkolbeneinspritzaggregats, bei der in ein axial bewegliches Eindüsungs- und Mischelement 24 Treibmittel eingebracht werden kann.
• Je nach Größe des Ringspalts 25 fließt viel oder wenig Material durch die Eindüsungs- und Mischstrecke 2f" wodurch der Anteil idd Dicke des hautbildenden Materials im Vergleich zum Anteil des kernbildenden Materials beliebig verändert werden kann.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Spritzgießn von Kunststoffteilen mit sandwichartigem Aufbau, bei welchen das die Randzone bildende Material und das den Kern bildende Material unterschiedlicher Art sind, dauarcil gekennzeichnet, daß aus einem Einspritzaggregat zunächst ein Teil des Materials für die Randzone und anschließend das Kernmaterial gleichzeitig mit weiterem Material für d-ie Randzone gleichzeitig eingespritzt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Einspritzzylinder (3) über den Arbeitszyklus so hoch ist, daß aus der Enjektionsjüse infolge des dort herrschenden Treibmitteldrucks kein Treibmittel austreten kann.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel für das Kernmaterial in Flüssiger oder gasförmiger Konsistenz vor bzw.

in einer Düse zwischen dem Zylinder 4 und dem Zylinder 3 dosierbar eingespritzt wird, wobei die Düse eine besonders intensive Durchmischung herbeiführt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial -erst in der Düse (13) durch eine entsprechend gesteuerte Wärmezufuhr auf jenes Temperaturniveau angehoben wird, bei dem das Treibmittel durch Gasabspaltung reagiert, derart, daß reagierende Additive entweder nur einer oder beiden Material komponenten zugegeben werden.

Verfahren gemäß Anspruch 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des materials für die Randzone und die des Materials für die Kernzone in gezielter Weise beeinflut werden rart, da in den beiden Kolponenten durch unterschiedliche Temperierung und/oder durch unterschiedliche Scherung in einem Teil oder in der gesamten Masse für einen Einspritzvorgang Temperaturunterschiede größer als 30 C eingestellt werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis- 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung der Impfdüse (13) zur Mittelachse des Einspritzzylinders (3) versetzt ist und damit die Verteilung des Kernrnaterials im Düsenkanal (18), im Anguß (19) und im Formteil in beabsichtigter Weise beeinflußt werden kann.

Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (17) bzw. das Plastifizieraggregat (5) einen vernetzenden Kunststoff für die Randzone aufbereitet.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massestrom im Zylinder durch einen axial beweglichen Einsatz (22) geteilt wird und in den Materialanteil der durch die Öffnung des Einsatzes fließt intensiv Wärme zugeführt wird, die zur Reaktion des Treibmittels führt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Massestrom, welcher durch die offnung des Einsatzes strömt erst in diesem Treibmittel zugeführt wird, welches dort in einer blischstrecke im material verteilt wird.

1# Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einspritzzylinder (3) von einem Plastifizierzylinder (5) mit dem für die Randzone vorgesehenem Material gefüllt wird und außerdem ein-weiterer Zylinder (4), der durch einen weiteren Plastifizierzylinder (6) gefüllt wird, das für den Kern des Formteils vorgesehene Material über eine Impfdüse (13) in den Einspritzzylinder (3) einpumpt.

44, F~. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im Zylinder (3) als Schneckenkolben ausgebildet ist.

#. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im Zylinder (4) als Schneckenkolben ausgebildet ist, und sich drehen kann und auch axial verschiebbar ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet,#daß im Zylinder (3) ein dem (24) Zylinderquerschnitt angepaßtes Zwischenstück/als Injektions- und Mischeinsatz eingesetzt ist, in welches vorzugsweise der Anschlußstelle des Zylinders (4) gegenüberliegend eine austauschbare Impfdüse (25) eingebaut werden kann, deren Austrittsöffnung zur Zylinderachse versetzbar ist.

#. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide oder wenn vorhanden, mehrere Einspritzzylinder durch ein Plastifizieraggregat gefüllt werden, derart, daß dieses gleichzeitig oder durch ein Ventil oder mehrere umgesteuert nacheinander erfolgt.

dS, 1F. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektions- und Mischeinsatz von außerhalb des Zylinders durch eine geeignete Mechanik mit Antrieb in der Weise axial bewegt wird, daß der vorhandene Ringspalt zwischen den Lylinder (#) und dem Injektons- und Mischeinsatz (2# beliebig verändert werden kann.

1W, tF. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischstrecke (20 ein zwangsangetriebener Mischkörper angebracht ist.