DE3735099A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mehrschicht-formteilen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mehrschicht-formteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Mehrschicht-Formteilen aus mindestens zwei Kunststoffkompo
nenten mit wesentlich verschiedenen Verhaltens-, Verarbei
tungs- und/oder Temperatureigenschaften, bei dem die Kunst
stoffkomponenten aus den verschiedenen Spritzeinheiten über
eine gemeinsame Angußbuchse in den Formhohlraum eines Form
werkzeuges gespritzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus aber auch eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein Verfahren der vorgenannten Gattung sowie eine Vorrich
tung zu deren Durchführung ist zur Herstellung von Formtei
len aus thermoplastischem Kunststoff mit einer kompakten
Außenhaut und einem porigen Kern bereits bekannt durch die
DE-A-27 05 291. Hierbei strömen die kompakte Kunststoffkom
ponente und die ein Treibmittel enthaltende Kunststoffkompo
nente über getrennte Kanäle in die Angußbuchse ein und kom
men erst in dieser, vorzugsweise nahe ihrer Auslaßseite,
miteinander in Verbindung.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens be
sitzt die Angußbuchse an ihrer Einströmseite mindestens zwei
voneinander getrennte, mit jeweils einer Spritzeinheit ver
bindbare Einsatzkanäle, die anschließend in einen gemeinsa
men Einspritzkanal übergehen.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist aber einerseits,
daß der bei der Herstellung der Formteile zwangsläufig ge
bildete Anguß zum Formteil hin einen relativ großen Quer
schnitt hat, der nur mit einem beträchtlichen technischen
Zusatzaufwand einwandfrei vom fertigen Formteil entfernt
werden kann.
Nachteilig ist aber auch, daß die etwa hosenförmig gestalte
te Angußbüchse einen hohen Herstellungsaufwand bedingt und
daher relativ kostenaufwendig ist.
Durch die EP-A-01 97 830 ist eine gattungsgemäße Verfahrens
art auch bereits zur Herstellung von Mehrschicht-Formteilen
bekanntgeworden, deren Hautmaterial eine thermoplastische
Kunststoffkomponente ist, während als Kernmaterial ein Duro
plast eingesetzt wird.
Auch bei diesem bekannten Verfahren ist es nachteilig, daß
der beim Spritzgießen des Formteils zwangsläufig entstehende
Anguß einen beträchtlichen Verbindungsquerschnitt zum Form
teil hin hat und daher nur mit beträchtlichem Zusatzaufwand
einwandfrei von diesem Formteil abgetrennt werden kann.
Nachteilig bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver
fahrens ist darüber hinaus, daß nur mit einem Düsenkopf
gearbeitet werden kann, der mindestens zwei zueinander kon
zentrische Düsenöffnungen, nämlich eine zentrale Düsenöff
nung und eine diese umgebende, ringförmige Düsenöffnung
besitzt.
Damit unter Benutzung der bekannten Vorrichtung zur Durch
führung des Verfahrens die unterschiedlichen Kunststoffkom
ponenten auch mit unterschiedlichen Temperaturen verarbeitet
werden können, ist es eine notwendige Bedingung, jedem der
vorhandenen Düsen- bzw. Durchlaßkanäle ein eigenes Heiz
und/oder Kühlsystem zuzuordnen. Trotzdem bereitet aber die
gleichzeitige Verarbeitung von Kunststoffkomponenten mit
unterschiedlichem Temperaturniveau noch beträchtliche
Schwierigkeiten, weil nämlich diese Kunststoffkomponenten
innerhalb der relativ großvolumigen Angußbuchse in konzen
trischen Masseströmen zusammentreffen. Dies hat zwangsläufig
zur Folge, daß sich eine unerwünschte Anpassung der ver
schiedenen Massetemperaturen einstellt, die das Arbeitser
gebnis, nämlich die Qualität der fertigen Formteile, nach
haltig beeinträchtigen kann. So ist bspw. die Herstellung
von Mehrtschicht-Formteilen aus Weich-PVC und Polycarbonat
sehr problematisch. Die Verarbeitung von thermisch empfind
lichen Kunststoffen nach der zuletzt beschriebenen, bekann
ten Verfahrensart bereitet beträchtliche Schwierigkeiten
oder ist sogar unmöglich.
Zweck der Erfindung ist es, die den vorstehend erläuterten,
bekannten Verfahren und Vorrichtungen eigentümlichen Unzu
länglichkeiten auszuräumen. Deshalb liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs spezifizierten
Art anzugeben sowie auch eine Vorrichtung zu dessen Durch
führung zu schaffen, mit dem bzw. durch die auch Mehr
schicht-Formteile aus beträchtlich unterschiedlichen Kunst
stoffmaterialien, wie Thermoplasten, Duroplasten, Elastome
ren, sowie auch thermisch empfindlichen Kunststoffmateria
lien, bspw. Hart-PVC problemlos und sicher so hergestellt
werden können, das die beim Spritzvorgang zwangsläufig ent
stehenden Angüsse zum Formteil hin nur einen sehr geringen
Querschnitt erhalten.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe - nach
dem Kennzeichen des Anspruchs 1 - erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die Kunststoffkomponenten mit einer festgelegten Zeit
folge, insbesondere während aufeinanderfolgender Zeiträume
zunächst in verschiedene Querschnitts- Zonen eines gemeinsa
men Angußkegels eingeleitet und daraufhin in diesem Anguß
kegel konvergierend in den Angußkanal der Angußbuchse ge
drückt werden.
Weiterhin ist es nach der Erfindung aber auch noch wichtig,
daß - nach Anspruch 2 - mindestens eine, vorzugsweise aber
jede Kunststoffkomponente zunächst aus ihrer Spritzeinheit
unter seitlicher Ablenkung in den Angußkegel eingeleitet und
dann aus diesem wiederum unter seitlicher Ablenkung mit
Kontraktionsströmung in den Angußkanal der Angußbuchse ge
führt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter
Weise auch zur Verarbeitung von Kunststoffkomponenten benut
zen, die mit erheblichen Temperaturunterschieden verarbeitet
werden müssen und/oder voneinander beträchtlich verschiedene
Eigenschaften aufweisen.
Die Erfindung bietet die Herstellungsmöglichkeit von Mehr
schicht-Formteilen,
- - bei denen die Kunststoffkomponenten mit relativ großen Temperaturunterschieden (100°C oder mehr) verarbeitet werden müssen;
- - die Kunststoffkomponenten thermisch sehr empfindlich sind (Hart-PVC);
- - die aus Thermoplasten und Duroplasten bzw. Elastomeren bestehen;
- - die aus mehreren verschiedenen Thermoplasten bzw. Ela stomeren bestehen;
- - die aus mehreren unterschiedlichen Duroplasten bzw. Elastomeren bestehen;
- - die aus mehreren verschiedenen Thermoplasten bestehen.
Eine erfindungemäße Vorrichtung zur Herstellung von Mehr
schicht-Formteilen aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten
mit wesentlich verschiedenen Verhaltens-, Verarbeitungs
und/oder Temepratureigenschaften, bei der die Kunststoffkom
ponenten aus den verschiedenen Spritzeinheiten über eine
gemeinsame Angußbüchse in den Formhohlraum eines Formwerk
zeuges spritzbar sind, zeichnet sich erfindungsgemäß - nach
Anspruch 3 - besonders dadurch aus,
daß der Angußkegel eine von der Angußöffnung für die Spritz einheiten zum Angußkanal der Angußbuchse hin konvergierende Form aufweist,
daß die Angußöffnung des Angußkegels für mindestens eine, vorzugsweise aber jede Spritzeinheit in eine radial nach auswärts geführte, flache Eintrittsmulde ausläuft,
und daß der innere Endabschnitt des Angußkegels mit einer sphärischen Übergangsmulde unter starker Querschnitts-Veren gung in den Angußkanal der Angußbuchse mündet.
daß der Angußkegel eine von der Angußöffnung für die Spritz einheiten zum Angußkanal der Angußbuchse hin konvergierende Form aufweist,
daß die Angußöffnung des Angußkegels für mindestens eine, vorzugsweise aber jede Spritzeinheit in eine radial nach auswärts geführte, flache Eintrittsmulde ausläuft,
und daß der innere Endabschnitt des Angußkegels mit einer sphärischen Übergangsmulde unter starker Querschnitts-Veren gung in den Angußkanal der Angußbuchse mündet.
Aufgrund dieser Ausgestaltung der Vorrichtung kann der bei
jedem Spritzvorgang zwangsläufig entstehende Anguß vom Form
teil sehr leicht entfernt werden, weil er nur einen geringen
Verbindungsquerschnitt hierzu hat, der sich leicht und glatt
durchtrennen läßt.
Die erfindungemäße Vorrichtung eignet sich auch in besonders
vorteilhafter Weise zur Verwendung an solchen Formwerkzeu
gen, die gleichzeitig über mehrere Anspritzpunkte von
Spritzaggregaten mit den Kunststoffkomponenten versorgt
werden. Auch ist ihre problemlose Benutzung bei Formwerkzeu
gen mit Heißkanal- bzw. Kaltkanalsystemen sowie auch bei
Plattenwerkzeugen möglich, sofern diese selbst für die Ver
arbeitung der betreffenden Kunststoffkomponenten geeignet
sind. Auch bei derartigen Werkzeugen ist es nämlich wichtig,
daß die verschiedenen Kunststoffkomponenten bis zum An
spritzpunkt des jeweiligen Formhohlraums getrennt geführt
werden, indem jedem Anspritzpunkt eine erfindungsgemäße Vor
richtung zugeordnet ist.
Ein weiterbildendes Erfindungsmerkmal wird - nach Anspruch 4
- auch noch darin gesehen, daß die Spritzeinheiten mit den
Durchlaßkanälen ihrer Düsenköpfe außerhalb der Umrißlinien
der Angußöffnung des Angußkegels in die Eintrittsmulden der
Angußbuchse gerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, daß
die aus den Durchlaßkanälen der Düsenköpfe austretende
Kunststoffkomponente zunächst eine seitliche Ablenkung er
fährt, bevor sie in die Angußöffnung des Angußkegels ein
treten kann.
Obwohl es ohne weiteres möglich ist, jede Spritzeinheit über
einen eigenen Düsenkopf mit dem Angußkegel in Verbindung zu
bringen, erweist es sich erfindungsgemäß - nach Anspruch 5 -
als besonders vorteilhaft, wenn die Spritzeinheiten über
einen gemeinsamen, mindestens zwei Durchlaßkanäle enthalten
den Düsenkopf an die Eintrittsmulden des Angußkegels ange
schlossen sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfol
gend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 im Schnitt ein Teilstück eines Formwerkzeuges für
Mehrschicht-Formteile aus Kunststoff mit einem
zugehörigen Angußkegel und daran angesetzten
Spritzeinheiten für mehrere Kunststoffkomponenten
sowie
Fig. 2 die Stirnansicht des Angußkegels in Pfeilrichtung
II der Fig. 1 gesehen.
In Fig. 1 ist ein Teilstück eines Formwerkzeuges 1 zum
Spritzgießen von Mehrschicht-Formteilen aus mindestens zwei
Kunststoffkomponenten dargestellt. Dieses Formwerkzeug 1
weist dabei einen Formhohlraum 2 auf, welcher die Gestalt
des herzustellenden Mehrschicht-Formteils bestimmt.
Zum Einführen der thermoplastischen Kunststoffschmelze in
den Formhohlraum 2 des Formwerkzeuges 1 dient ein Angußkegel
3, der in einen Angußkanal 4 einmündet, welcher wiederum mit
dem Formhohlraum 2 in Verbindung steht. Der Angußkanal 4 hat
dabei einen gegenüber dem Angußkegel 3 stark verengten Quer
schnitt, wobei der Angußkegel 3 eine von seiner Angußöffnung
5 aus zum Angußkanal 4 hin konvergierende, insbesondere
schlank kegelförmige, Gestalt hat und sein dem Angußkanal 4
benachbarter Endabschnitt mit einer sphärischen Übergangs
mulde in den Angußkanal 4 mündet.
Der Durchlaßquerschnitt des Angußkanals 4 entspricht dabei
nur einem Bruchteil des Angußkegel-Querschnitts in dessen
die Übergangsmulde 6 enthaltenden Endabschnitt, wie das ohne
weiteres und deutlich der Fig. 1 entnommen werden kann.
Der Angußöffnung 5 des Angußkegels 3 sind zwei radial an
deren Umfang anschließende Eintrittsmulden 7 a und 7 b zuge
ordnet, die verhältnismäßig flach gestaltet sind und dabei
mit ihrem äußeren Ende jeweils in eine ebene Fläche 8 aus
laufen, während ihr inneres Ende zum Angußkegel 3 hin offen
ist.
An die Angußöffnung 5 sowie die beiden Eintrittsmulden 7 a
und 7 b kann ein Düsenkopf 9 angesetzt werden, welcher bspw.
zwei verschiedenen Spritzeinheiten 10 und 11 gemeinsam zuge
ordnet ist. Dieser Düsenkopf 9 ist dabei für jede Spritzein
heit 10 und 11 mit einem besonderen Durchlaßkanal 12 bzw. 13
versehen. Die Durchlaßkanäle 12 und 13 des Düsenkopfes 9
haben dabei eine solche Anordnung, daß sie außerhalb der
Umrißlinien der Angußöffnung 5 des Angußkegels 3 in die
Eintrittsmulden 7 a und 7 b gerichtet sind, wie das in Fig. 1
durch die beiden Pfeile und in Fig. 2 durch die beiden Kreu
ze angedeutet ist.
Der Angußkegel 3 mit dem verengten Angußkanal 4 sowie den
beiden Eintrittsmulden 7 a und 7 b ist in eine Angußbuchse 14
eingearbeitet, welche in das Formwerkzeug 1 an der jeweils
gewünschten Stelle eingesetzt werden kann, wie das in Fig. 1
zu sehen ist.
Wenn die beiden Spritzeinheiten 10 und 11 für zwei unter
schiedliche Kunststoffkomponenten mit ihrem gemeinsamen
Düsenkopf 9 an die Angußbuchse 14 angesetzt sind, wie das
die Fig. 1 zeigt, können die beiden Kunststoffkomponenten
mit einer festgelegten Zeitfolge, insbesondere während auf
einanderfolgender Zeiträume zunächst in verschiedene Quer
schnittszonen des gemeinsamen Angußkegels 3 eingeleitet
werden. Daraufhin wird dann die jeweilige Kunststoffkompo
nente innerhalb dieses Angußkegels 3 konvergierend in den
Angußkanal 4 und damit in den Formhohlraum 2 des Formwerk
zeugs 1 gedrückt.
Jede Kunststoffkomponente wird dabei aus ihrer Spritzeinheit
10 bzw. 11 in die zugehörige Eintrittsmulde 7 a bzw. 7 b ge
führt und erst dann aus dieser unter seitlicher Ablenkung in
den Angußkegel 3 eingeleitet. Damit die Fließbewegung der
jeweiligen Kunststoffkomponente aus der Eintrittsmulde 7 a
bzw. 7 b in den Angußkegel 3 optimiert wird, kann der Düsen
kopf 10 mit einem leistenartigen Vorsprung 15 versehen wer
den, welcher in die Angußöffnung 5 des Angußkegels 3 hinein
ragt, und zwar so, daß er die aus der jeweiligen Eintritts
mulde 7 a bzw. 7 b kommende Kunststoffkomponente in Richtung
der Längsachse des Angußkegels 3 ablenkt.
Unter fortwährender Kontraktion gelangen die in der jeweils
vorgegebene Zeitfolge zugeführten beiden Kunststoffkomponen
ten zur sphärischen Übergangsmulde 6 des Angußkegels 3 und
werden dort wiederum unter seitlicher Ablenkung sowie mit
Kontraktionsströmung, also erhöhter Strömungsgeschwindig
keit, in den verengten Angußkanal 4 gepreßt.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Art und Weise sowie mit
Hilfe der besonderen Ausgestaltung der Angußbuchse 14 auch
Kunststoffkomponenten mit wesentlich verschiedenen Verhal
tens-, Verarbeitungs- und/oder Temperatureigenschaften in
den Formhohlraum 2 ein und desselben Formwerkzeugs 1 einge
spritzt werden können, ohne daß dabei Schwierigkeiten auf
treten, welche die Qualität der fertigen Mehrschicht-Form
teile beeinträchtigen. Wichtig ist dabei auch, daß der bei
jedem Spritzvorgang innerhalb des Angußkegels 3 sowie des
Angußkanals 4 entstehende Anguß nur einen sehr geringen
Verbindungsquerschnitt zu dem eigentlichen Mehrschicht-Form
teil hat, welcher leicht durchtrennt bzw. abgerissen werden
kann.
Aus dem Angußkegel 3 und den Eintrittsmulden 7 a, 7 b läßt
sich der Anguß nach dem Öffnen des Formwerkzeugs 1 leicht
dadurch entfernen, daß bei abgehobenem Düsenkopf 9 Preßluft
in den Angußkanal 4 eingeführt wird, welche dann den Anguß
aus dem Angußkegel 3 herausdrückt. Gegebenenfalls läßt sich
jedoch der Anguß auch auf mechanischem Wege von der Anguß
öffnung 5 her aus dem Angußkegel 3 der Angußbuchse 14 her
ausziehen.
Obwohl bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiel die Angußbuchse 14 so ausgelegt ist, daß bei ihrer
Benutzung Mehrschicht-Formteile aus zwei Kunststoffkomponen
ten gefertigt werden können, liegt es ohne weiteres auf der
Hand, daß die Angußbuchse 14 auch eine Gestaltung zuläßt,
welche die Verarbeitung von mehr als zwei Kunststoffkompo
nenten ermöglicht. Hierzu brauchen lediglich Anzahl und
Winkellage der Eintrittsmulden relativ zum Angußkegel ent
sprechend variiert zu werden. Für die Verarbeitung von drei
Kunststoffkomponenten sind also drei Eintrittsmulden vorzu
sehen, wobei zwischen diesen dann ein Winkelabstand von 120°
vorhanden ist.
Selbstverständlich muß auch die Anzahl der Spritzeinheiten
und der diesen zugeordneten Durchlaßkanäle im Düsenkopf 9
entsprechend variiert werden, damit die verschiedenen Kunst
stoffkomponenten der jeweils hierfür vorgesehenen Eintritts
mulde zugeführt werden, bevor sie dann in den eigentlichen
Angußkegel 3 gelangen.
Es ist ohne weiteres erkennbar, daß sich die Angußbuchsen 14
mit dem Angußkegel 3 dem Angußkanal 4 sowie den Eintritts
mulden 7 a und 7 b leicht und problemlos herstellen lassen und
daher kostengünstig bereitgestellt werden können.
Die Form des leistenartigen Vorsprungs 15 am Düsenkopf 9
kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend variiert wer
den, wenn es darauf ankommt, die Masseströmungen aus den
Eintrittsmulden 7 a und 7 b in den Angußkegel 3 zu optimieren.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Mehrschicht-Formteilen aus
mindestens zwei Kunststoffkomponenten mit wesentlich
verschiedenen Verhaltens-, Verarbeitungs- und/oder Tempe
ratureigenschaften, bei dem die Kunststoffkomponenten aus
den verschiedenen Spritzeinheiten über eine Angußbuchse
in den Formhohlraum eines Formwerkzeuges gespritzt wer
den,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kunststoffkomponenten mit einer festgelegten
Zeitfolge, insbesondere während aufeinanderfolgender
Zeiträume, zunächst in verschiedene Querschnittszonen
eines gemeinsamen Angußkegels (3) eingeleitet und darauf
hin in diesem Angußkegel (3) konvergierend in den Anguß
kanal (4) der Angußbuchse (14) gedrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Kunststoffkomponente zunächst aus
ihrer Spritzeinheit (10 bzw. 11) unter seitlicher Ablen
kung (7 a, 7 b) in den Angußkegel (3) eingeleitet und dann
aus diesem Angußkegel (3) wiederum unter seitlicher Ab
lenkung (6) mit Kontraktionsströmung in den Angußkanal
(4) der Angußbuchse (14) geführt wird.
3. Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschicht-Formteilen
aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten mit wesentlich
verschiedenen Verhaltens-, Verarbeitungs- und/oder Tempe
ratureigenschaften, bei der die Kunststoffkomponenten aus
den verschiedenen Spritzeinheiten über eine gemeinsame
Angußbuchse in den Formhohlraum eines Formwerkzeuges
spritzbar sind, insbesondere zur Durchführung des Verfah
rens nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Angußkegel (3) eine von der Angußöffnung (5) für die Spritzeinheiten (10, 11) zum Angußkanal (4) der An gußbuchse (14) hin, z.B. schlank kegelförmig, konvergie rende Form aufweist,
daß die Angußöffnung (5) des Angußkegels (3) für minde stens eine Spritzeinheit (10, 11) in eine radial nach auswärts geführte, flache Eintrittsmulde (7 a und 7 b) ausläuft,
und daß der innere Endabschnitt des Angußkegels (3) mit einer sphärischen Übergangsmulde (6) unter starker Quer schnittsverengung in den Angußkanal (4) der Angußbüchse (14) mündet.
daß der Angußkegel (3) eine von der Angußöffnung (5) für die Spritzeinheiten (10, 11) zum Angußkanal (4) der An gußbuchse (14) hin, z.B. schlank kegelförmig, konvergie rende Form aufweist,
daß die Angußöffnung (5) des Angußkegels (3) für minde stens eine Spritzeinheit (10, 11) in eine radial nach auswärts geführte, flache Eintrittsmulde (7 a und 7 b) ausläuft,
und daß der innere Endabschnitt des Angußkegels (3) mit einer sphärischen Übergangsmulde (6) unter starker Quer schnittsverengung in den Angußkanal (4) der Angußbüchse (14) mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritzeinheiten (10, 11) mit den Durchlaßkanälen
(12, 13) ihrer Düsenköpfe (9) außerhalb der Umrißlinien
der Angußöffnung (5) des Angußkegels (3) in die Ein
trittsmulden (7 a und 7 b) der Angußbuchse (14) gerichtet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritzeinheiten (10 und 11) über einen gemeinsa
men, mindestens zwei Durchlaßkanäle (12 und 13) enthal
tenden Düsenkopf (9) an die Eintrittsmulden (7 a und 7 b)
sowie die Angußöffnung (5) des Angußkegels (3) ange
schlossen sind (Fig. 1).
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