DE3825489A1 - Verfahren zum herstellen von duennwandigen rohren mit einem anschlusselement durch spritzguss - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Rohre mit einem Anschlußelement an einem Ende durch Spritzgießen.

Die Herstellung von dünnwandigen Rohren, beispielsweise Kunststoffrohren, durch Extrusion ist grundsätzlich bekannt. Um Stücke derartiger Rohre mit Anschlußelementen oder beson­ ders ausgebildeten Enden zu versehen, sind zusätzliche Ar­ beitsgänge erforderlich, die arbeits- und kostenaufwendig sind.

Das Spritzgießen von komplex geformten Teilen und Hohlkörpern ist seit langem bekannt.

Die Herstellung zylindrischer Kapillaren mit Wandstärken von etwa 0,15 mm bei einem Innendurchmesser von 1 mm und einer Länge in der Größenordnung von 50 mm oder mehr mittels Spritzguß, war wegen der Fließprobleme bei dieser Herstel­ lungstechnik bisher nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Rohre mittels Spritzgußtechnik zu schaffen, das es erlaubt, dünnwandige Rohre bestimmter Längen einteilig unter gleichzeitiger Ausbildung eines Anschlußelementes durch Spritzguß herzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Rohren mit einem Anschlußelement durch Spritzguß, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zylindri­ sche dünnwandige Rohre einer Länge von 10 bis 150 mm und einem Außendurchmesser von maximal 2,5 mm und einer Wandstärke von 0,08 bis 0,50 mm einteilig mittels Spritzguß herstellt, und man den Kern des Werkzeuges innerhalb des Werkzeugmantels durch eine verschiebbare Hülse, deren Außendurchmesser mindestens 1 µm kleiner als der Innendurchmesser des Werk­ zeugmantels für den hohlzylindrischen Teil ist, und deren Innendurchmesser mindestens 1 µm größer ist als der Außendurchmesser des Werkzeugkerns, während des Spritzgießens zentriert, wobei die Hülse während des Einbringens des Rohrmaterials in das Werkzeug, das Material in dem Ringraum zwischen Werkzeugmantel und Werkzeugkern vom Beginn des hohlzylindrischen Ringraumes am Übergang zum Anschlußelement in Richtung des Werkzeugendes verschoben wird, und man das Zurückweichen der Hülse mit dem Einbringen des Rohrmaterials in das Werkzeug koordiniert.

Bevorzugt sind Wandstärken im hohlzylindrischen Teil des Rohres von 0,1 bis 0,25 mm. Die Hülse weist vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, der 10 µm bis 30 µm kleiner ist als der Innendurchmesser des Werkzeugmantels für den hohlzylindrischen Teil, und deren Innendurchmesser 10 µm bis 30 µm größer ist als der Außendurchmesser des Werkzeugkerns. Wesentlich ist, daß die Hülse innerhalb des Werkzeuges auf dem Werkzeugkern gut verschiebbar ist, jedoch die Zentrierwirkung erhalten bleibt, daß heißt, die freien Räume zwischen Hülse und Werkzeugmantel bzw. Werkzeugkern so gering wie möglich sind und gerade noch ein Gleiten ermöglichen.

Vorzugsweise bildet man als Anschlußelement gleichzeitig an einem Rohrende einen Ringflansch aus. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird an einem der Rohrenden ein Verbindungsteil Luer-Lock LLS mit Innenkegel nach DIN 13 090 ausgebildet.

Durch Verwendung einer Hülse, deren der Materialfront zuge­ wandte Stirnfläche in bestimmter Weise strukturiert ist oder ein Profil aufweist, läßt sich gleichzeitig die Spitze des Rohres in gewünschter Weise ausformen. Beispielsweise ist es möglich, eine sogenannte Fase oder konische Spitze am vorderen Rohrende auszubilden durch Verwendung einer Hülse, deren Innendurchmesser über die Länge der gewünschten Spitze verändert ist, so daß Material auch in den Raum zwischen dem Werkzeugkern und der Innenoberfläche der Hülse im Bereich ihres vergrößerten Innendurchmessers eintreten kann.

Zur Verbesserung der Knickbeständigkeit des Rohres im Bereich des Anschlußelementes ist es insbesondere dann bevorzugt, wenn ein Anschlußelement in Form eines Verbindungsteils Luer-Lock mit Innenkegel nach DIN 13 090 mitausgebildet wird, einen Übergang vom hohlzylindrischen Teil des Rohres zum Anschlußelement über eine Strecke von etwa 4 bis 15 mm auszubilden, und in diesem Bereich den Außendurchmesser des Rohres und die Wandstärke des Materials kontinuierlich zu vergrößern bis zu einem Außendurchmesser von 2,5 mm bis 5 mm und einer Wandstärke von 0,8 bis 2,0 mm. Anschlußelemente LLS nach DIN 13 090 weisen Innenkegel mit einer Kegelverjüngung von 1 : 16 ²/₃ auf, und am hinteren Ende zur Verriegelung von Anschlußleitungen an zwei Teilbereichen des Außenumfanges je einen Wulst, die auch als nach außen abstehende Flügel bezeichnet werden. Die Maße derartiger Kegelverbindungsteile sind auch in der internationalen Norm ISO 594 Teil 1 und 2 beschrieben.

Geeignete, durch Spritzguß bzw. Druckguß verarbeitbare Metalle sind Zink-, Magnesium-, Aluminium- und Kupferlegierungen.

Geeignete, durch Spritzguß verarbeitbare Kunststoffe sind Thermoplasten, wie Polyolefine, insbesondere Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder Polypropylen, Polyamide, Poly­ urethane, Polyvinylchlorid, synthetische und thermoplastische Kautschuke oder Mischungen derselben. Geeignet sind sowohl Homopolymere als auch Copolymere. Die Thermoplasten sollen gut fließfähig sein und haben deshalb bevorzugt Schmelzindizes von mehr als 15 g/10 Min. (MFI 190/2, 16 nach DIN 53 735). Ganz besonders bevorzugt sind Polymere mit einem Schmelzindex von 17-25 g/10 Min.

Diese besonders guten Fließeigenschaften der Polymeren können durch geeignete Molekulargewichtsverteilungen und Verhältnisse von gewichtsmittlerem Molekulargewicht (Mw) zu zahlenmittlerem Molekulargewicht (Mn) erreicht werden. Sie können jedoch auch durch besondere Copolymerisationsbedingungen wie Ausbildung von Blockcopolymeren oder Pfropfcopolymeren aus zwei oder mehreren Monomeren erreicht werden. Die besonderen Fließeigenschaften können auch auf Mischung von Polymeren oder Einlagerung von Polymerteilchen in ein Matrixpolymer beruhen.

Die Problematik der Herstellung von hohlzylindrischen Rohren einer Länge von 10 bis 150, vorzugsweise bis 100 mm im Spritzgußverfahren besteht darin, daß bei dünnwandigen Teilen, d. h. Wandstärken von kleiner als 0,3 mm bis herab zu 0,08 mm, eine sehr genaue Zentrierung des den Innenraum des Hohlzylinders beim Spritzgießen offenhaltenden Kerns des Werkzeuges erforderlich ist, weil bereits geringfügiges Ab­ weichen aus der koaxialen Lage zu ungleichmäßigen Wandstärken des Rohres und ungleichmäßigem Materialfluß innerhalb der Form führt.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zentrierung durch eine in dem Ringraum zwischen Werkzeugmantel und Werkzeugkern verschiebbar angeordnete Hülse, die ein freies Spiel von mindestens 1 µm, vorzugsweise 1 µm bis 50 µm, besonders bevorzugt 10 bis 30 µm, gegenüber den Werkzeugteilen (Werkzeugmantel und Kern) aufweist, um gut verschiebbar zu sein.

Neben der Zentrierung sorgt die Hülse auch für ein gleichmäßiges Fortschreiten der Vorderkante des eingespritzten Materials im Ringraum. Wesentlich ist, daß die durch den Materialfluß bedingte Verschiebung der Hülse im Ringraum gesteuert wird, wobei das Rohrmaterial einen über den Rei­ bungswiderstand der Hülse in dem Werkzeug hinausgehenden Widerstand zu überwinden hat. Dieser Widerstand und seine Abhängigkeit von der Zeit wird erfindungsgemäß mit dem Einbringen des Kunststoffes in das Werkzeug koordiniert und bewußt gesteuert, um den Fluß des Rohrmaterials im Ringraum zu verbessern. Zunächst befindet sich das der Fließfront des Materials zugewandte Ende der Hülse an dem Übergang des Werkzeuges zum hohlzylindrischen Teil, und das andere, über den Werkzeugmantel hinausragende Ende der Hülse ist gegen Verschiebung in axialer Richtung blockiert. Die Fließfront des Materials kann von einem im Werkzeug angeordneten Sensor erfaßt werden, so daß dann, wenn die Fließfront des Materials das Ende der Hülse erreicht oder nahezu erreicht hat, die Hülse zur Verschiebung in Achsrichtung freigegeben wird. Die Freigabe kann aber auch zeitabhängig von Einsprichtbeginn erfolgen. Die Hülse wird dann von der Fließfront in axialer Richtung auf dem Werkzeugkern aus dem Werkzeugmantel geschoben. Dabei wird ein definierter Widerstand eingestellt, so daß ein Druck von etwa 0,2 bar oder weniger überwunden werden muß. Die Hülse ist länger als der Werkzeugmantel ausgebildet, so daß das Abbremsen der Hülse zum Erzeugen des Widerstandes durch hydraulische oder pneumatische Einrichtungen erfolgt, die auf das hintere Ende der Hülse einwirken. Durch diese Einrichtungen wird auf die Hülse dann in axialer Richtung Kraft ausgeübt, um diese für den nächsten Einspritzzyklus wieder in dem Ringraum zwischen dem Werkzeugmantel und dem Kern wieder in die Ausgangsstellung bei Zyklusbeginn zurückzubefördern. Die Zykluszeiten betragen üblicherweise 10 bis 15 Sekunden. Am Ende der Bewegung der Hülse in axialer Richtung sollte die Hülse vorzugsweise in ihrer Bewegung zusätzlich abgebremst werden. Dies kann durch Luft oder hydraulisch geschehen, indem entsprechende Einrichtungen an dem aus dem Werkzeug ragenden Hülsenende eingreifen.

Am einfachsten ist es, den Bremswiderstand der Hülse, der während des Eindringens des Materials in den Ringraum überwunden werden muß, kurz vor dem Ende des Einspritzvorganges zu erhöhen.

Bei Verwendung eines Werkzeuges mit mehreren Kavitäten zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Rohre ist es bevorzugt, den Spritzvorgang in jeder Kavität unabhängig von denen in anderen Kavitäten zu steuern, um die gewünschte erforderliche Genauigkeit dieses Präzisionsspritzgusses zu erreichen. Für die Koordinierung des Einbringens des Materials und des Zurückweichens der Hülse sind Spritzgußmaschinen, in denen der Arbeitsablauf programmierbar und in viele Einzelschritte zerlegbar ist, bevorzugt.

Nach Beendigung des Einspritzvorganges und Abkühlen des Materials auf eine Temperatur unterhalb des thermoplastischen Bereiches wird das Werkzeug geöffnet und das Rohr vom Werkzeugkern entfernt. Nach Schließen des Werkzeuges und Befördern der Hülse in Ausgangsstellung kann sich der nächste Einspritzzyklus anschließen.

Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Vorrichtung mit einem Werkzeugmantel 1 und einem darin angeordneten Werkzeugkern 2. Die im Ringraum 4 des hohlzylindrischen Werkzeugteils zwischen dem Werkzeugmantel und dem Kern 2 hin und her bewegliche Hülse ist mit 3 bezeichnet. Sie befindet sich nach dem Entfernen des Polymermaterials aus dem Werkzeug und Schließen desselben noch in zurückgeschobener Stellung und muß vor dem neuen Zyklus noch weiter in den Ringraum hineinbewegt werden, bis ihr vorderes Ende 5 sich an der mit 6 bezeichneten Stelle am Übergang zum Verstärkungsbereich befindet. Die Hülse 3 weist am hinteren Ende eine aufgesetzte Buchse 7 auf, die in einem Hohlzylinder 8 verschiebbar ist. Die Einrichtungen zum Halten der Hülse 3 und die hydraulischen oder pneumatischen Mittel können beispielsweise an der Buchse 7 angreifen, um die Buchse 7 mit der Hülse 3 zu verschieben bzw. abzubremsen.

Der Werkzeugkern 2 kann am hinteren Werkzeugende abgestützt sein. In der Figur ist schematisch ein Anschluß 9 zu einem pneumatischen Ventil wiedergegeben als Beispiel für pneumatische Einrichtungen zum Eingriff mit dem hinteren Ende 10 der Hülse 3.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt vergrößert ein erfindungsgemäß hergestelltes dünnwandiges Rohr 11 mit einem Übergangsbereich 12 und einem Anschlußteil 13, das als Verbindungsteil Lue-Lock mit Innenkegel nach DIN 13 090 ausgebildet ist.

Beispiel

An einem 25 mm langen hohlzylindrischen Rohr mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm und einer Wandstärke von 0,1 mm wird ein 6,25 mm langer Übergangsbereich ausgebildet, in dem die Wandstärke auf 2,0 mm zunimmt. Daran anschließend wird ein Luer-Lock-Anschlußteil LLS nach DIN 13 090 von 9 mm Länge ausgebildet. Der Innenkegel hat am Ende des Übergangsbereiches einen Durchmesser von 3,8 mm und am anderen Ende einen Durchmesser von 4,3 mm. Als Material für die Herstellung im Spritzguß ein für Spritzguß geeignetes Polyethylen mit einem Schmelzindex MFI 190/2, 16 (DIN 53 735) von 17 bis 22 g/10 Min. verwendet. Das Polyethylen hat bei 23°C eine Dichte von etwa 0,915 g/cm³. Die Zykluszeit betrug 10 Sekunden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Rohren mit einem Anschlußelement durch Spritzguß, dadurch gekennzeichnet, daß man zylindrische, dünnwandige Rohre einer Länge von 10 bis 150 mm und einem Außendurchmesser von maximal 2,5 mm und einer Wandstärke von 0,08 bis 0,50 mm einteilig mittels Spritzguß herstellt, und man den Kern des Werkzeuges zum Offenhalten des Rohres innerhalb des Werkzeugmantels durch eine verschiebbare Hülse, deren Außendurchmesser mindestens 1 µm kleiner als der Innendurchmesser des Werkzeugmantels für den hohlzylindrischen Teil ist, und deren Innendurchmesser mindestens 1 µm größer ist als der Außendurchmesser des Werkzeugkerns, während des Spritzgießens zentriert, wobei die Hülse während des Einbringens des Rohrmaterials in das Werkzeug durch das Material in dem Ringraum zwischen Werkzeugmantel und Werkzeugkern von Beginn des hohlzylindrischen Ringraumes am Übergang zum Anschlußelement in Richtung des Werkzeugendes hin verschoben wird, und man das Zurückweichen der Hülse mit dem Einbringen des Rohrmaterials in das Werkzeug koordiniert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Hülse verwendet, die länger als der Werkzeugmantel ist und auf deren hinteres Ende während des Zurückweichens der Hülse im Ringraum zwischen Werkzeugmantel und Werkzeugkern pneumatische oder hydraulische Bremskräfte einwirken, so daß die Fließfront des eingespritzten Materials einen Druckwiderstand der Hülse von 0,1 bis 0,2 bar überwindet und man den Druckwiderstand kurz vor dem Ende des Einspritzvorganges erhöht, um die axiale Verschiebung der Hülse am Ende des Einspritzvorganges abzubremsen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anschlußelement gleichzeitig am hinteren Rohrende einen Ringflansch ausbildet.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anschlußelement am hinteren Rohrende ein Ver­ bindungsteil Luer-Lock LLS mit Innenkegel nach DIN 13 090 ausbildet.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohr aus Kunststoff oder einem durch Spritzguß bzw. Druckguß verarbeitbaren Metall oder Metallegierung ausbildet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohr aus Polyolefin, Polyamid, Polyurethan, Polyvinylchlorid, synthetischem und thermoplastischem Kautschuk ausbildet.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine verschiebbare Hülse verwendet, deren Außendurchmesser 10 µm bis 30 µm kleiner ist als der Innendurchmesser des Werkzeugmantels für den hohlzylindrischen Teil, und deren Innendurchmesser 10 µm bis 30 µm größer ist als der Außendurchmesser des Werkzeugkerns.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Werkzeug mit mehreren Kavitäten verwendet und das Einbringen des Materials und das Zurückweisen der Hülse in jeder Kavität unabhängig voneinander steuert.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hülse am Ende ihres Weges durch Luft abbremst.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hülse am Ende ihres Weges hydraulisch abbremst.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Hülse verwendet, deren der Materialfront zuge­ wandtes Ende statt einer Stirnfläche ein Profil entsprechend der gewünschten Form des vorderen Rohrendes aufweist.