DE4141393A1

DE4141393A1 - Spritzgiessverfahren zum herstellen eines rohres aus kunststoff

Info

Publication number: DE4141393A1
Application number: DE4141393A
Authority: DE
Inventors: Adolf Henschel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-06-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zum Herstellen eines Rohres aus Kunststoff sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Kunststoff rohr.

Derartige Kunststoffrohre werden z. B. im Auto mobilbau als Kraftstoff-, Brems- oder Hydrau likleitungen eingesetzt. Nach dem herkömmlichen Spritzgießverfahren lassen sich nur gerade oder in zwei Raumrichtungen sich erstreckende Rohre herstellen. Die Entfernung der Spritzkerne ist dann jeweils in zwei Richtungen in die sich das Rohr erstreckt möglich. Kommt jedoch eine Dritte Raumrichtung bzw. Biegerichtung hinzu, so läßt sich der Spritzkern zwischen der ersten und zweiten Rohr krümmung nicht mehr entfernen. Wenn ein Rohr erwünscht ist mit noch mehr Krümmungen- bzw. Krümmungsrichtungen so ist eine Herstellung äußerst aufwendig. In der Vergangenheit wurden verschiedene Herstellungsrichtungen für derartige Rohre bekannt.

Aus der 1977 veröffentlichten DE-PS 25 48 254 ist ein Herstellungsverfahren und eine Vorrichtung be kannt zum Spritzgießen von 180-Grad-Rohrbogen. Die eingesetzte Vorrichtung ermöglicht ein Herausziehen der Spritzkerne durch eine Kombination aus einer Dreh-, einer Abhebe-, einer Spiral- und einer Kipp bewegung mit anschließendem Ab- und Vorkippen des 180-Grad Rohrbogens. Es ist offensichtlich, daß eine Vorrichtung für derart komplizierte Bewegungsabläufe äußerst aufwendig und somit ex trem teuer ist.

Aus der 1987 veröffentlichten EP-223 754 A3 ist ein Biegeverfahren sowie eine dafür einzusetzende Vorrichtung bekannt geworden für die Herstellung eines Rohres aus thermoplastischem Kunststoff mit drei Krümmungen. Ein Rohr wird in eine gerade Form eingelegt und bis in den thermoelastischen Tempera turbereich in der Form aufgeheizt. Anschließend wird durch eine Verschiebung der Anfangs- und End bereiche der geraden Form dem Rohr zwei entsprechen de Krümmungen aufgezwungen und die Form abgekühlt. Die dafür einzusetzende Vorrichtung ist sehr auf wendig und die Form selbst erforderte exakt arbei tende Temperiergeräte.

Weiterhin ist aus der 1989 publizierten DE-OS 37 27 717 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus thermoplastischem Kunst stoff mit mehr als zwei Krümmungen bekannt geworden. Der ursprünglich gerade thermoplastische Rohrabschnitt wird bei Raumtemperatur auf einen geraden Kern aus einer Memory-Metall-Legierung geschoben, der an schließend auf eine obere Umwandlungstemperatur der Memory-Metall-Legierung erwärmt wird, so daß der Kern seine ursprüngliche, mehr als zwei Krümmungen auf weisende Form wiederannimmt und das Kunststoffrohr, welches durch die Aufheizung der Legierung sich im thermoelastischen Bereich befindet zu der gewünschten Form biegt.

Das Entfernen des Kernes läßt die thermofixierte Form des abgekühlten Kunststoffrohres unbeein trächtigt. Wenn jedoch Rohre mit mehreren Krüm mungen von weniger als 90 Grad hergestellt werden sollen ist die Entfernung ohne eine Beschädigung des Kunststoffrohres nicht mehr möglich. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise nur sehr dünn wandige Rohre aus einem hochelastischen Kunst stoff hergestellt werden können. Auch wenn an stelle eines Kernes eine entsprechende Krümmungen aufweisende Form aus einer Memory-Metall-Legierung eingesetzt wird, ist das Verfahren für eine Massen herstellung von Kunststoffrohren nicht geeignet.

Schließlich ist aus der 1991 veröffentlichten DE-OS 39 39 352 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt geworden mit einer Form, die sich in zwei oder drei Raumrichtungen erstreckt, d. h. die mehrere hintereinander liegende Krümmungen aufweist. In die oben offene Form wird ein thermoplastisches Kunststoffrohr eingelegt verspannt und arretiert. Dann wird die Form aufgeheizt. Zusätzlich wird für eine bessere Wärmeübertragung auf das Kunststoff rohr ein heißes gasförmiges oder flüssiges Medium in die Form eingefüllt. Danach erfolgt eine Ab kühlung und ein Herausnehmen des dann verformten Kunststoffrohres aus der Form. Auf diese Weise lassen sich bestenfalls sehr dünnwandige elastische Rohre minderwertiger Qualität herstellen. Rohre aus mit glasfaser- oder Mineral gefüllten Polyamid würden sich nicht ohne Zerstörung in eine entspre chend gestaltete Form einbringen lassen.

Das Herstellungsverfahren eignet sich ebenfalls nicht für eine Massenproduktion von Rohren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für thermoplastische Kunststoffrohre oder Behälter vorzuschlagen, wobei die Rohre oder die Behälter sich in zwei oder mehr wechselnde Raumrichtungen erstrecken, d. h. zwei oder mehr Krümmungen hintereinander aufweisen. Eine Herstellung nach einem üblichen Spritzgießverfahren käme nicht in Betracht, weil die Entfernung der inneren Formkerne ab der zweiten Krümmung nicht möglich ist.

Die Aufgabe wird durch ein Spritzgießverfahren mit den Merkmalen, wie beschrieben im, kennzeich nenden Teil des ersten Patentanspruchs gelöst. In den Unteransprüchen wird ein Kunststoffrohr beansprucht, welches nach dem Verfahren des ersten Anspruchs hergestellt wird.

In einer ersten Herstellungsstufe werden einzelne Kern rohrteile hergestellt und zwar Rohrteile die zu sammengesteckt jeweils eine Rohrkrümmung ergeben. An ein so hergestelltes eine erste Krümmung auf weisendes Rohr schließt sich ein z. B. mit Nut und Feder versehenes weiteres Rohrteil an, wodurch sich dann die zweite, in eine andere Raumrichtung wei sende Rohrkrümmung anschließt. Auf gleiche Weise können sich beliebig viele Rohrteile an das erste Rohrteil anschließen, so daß ein zusammengesteck tes sich in viele Raumrichtungen erstreckendes Kernrohr erhalten wird.

Das so zusammengefügte, sich in viele Raumrich tungen erstreckende Rohr bildet danach den Spritz gießkern für ein entsprechend gestaltetes Rohr.

Das erwähnte zusammengesteckte Rohr wird danach in eine dafür gestaltete Form eingelegt. An den Außenwänden der Kernrohrteile sind in vorteil hafter Weise Abstandsstege angeformt für einen vorbestimmten Abstand zwischen den Kernrohrteilen und der Formwandung, so daß sich in der Form um die Kernrohrteile ein Hohlraum ausbildet.

Dann wird die Form geschlossen und in den Hohl raum wird im üblichen Spritzgießverfahren eine Kunststoffschmelze eingespritzt. Durch diesen Spritzgießvorgang wird das, aus vielen Teilen be stehende Rohr über seine gesamte Länge und seinem gesamten Umfang gleichmäßig mit einer Kunststoff schicht umspritzt, wodurch die jeweiligen Verbin dungsbereiche der einzelnen Kernrohrteile her metisch verschlossen werden. Es wird somit ein völlig dichtes und hohe Drücke aushaltendes Kom positrohr erhalten, welches sehr kompakt und äußerst robust ist.

Es ist sehr vorteilhaft, wenn die rohrartigen Kern- oder Behälterteile an ihren Enden justie rende Klemm- oder Rastverbindungselemente z. B. Nut oder Feder ähnliche Elemente aufweisen, weil dann das Zusammenstecken der Kernteile einfacher ist und somit sehr exakt und leicht ein aus vielen Teilen sich zusammensetzendes Kernrohr erhalten wird.

Je nach Verwendungszweck können die Kernteile und/oder die Ummantelungsschicht um die Kern teile in vorteilhafter Weise aus einem thermo plastischen oder duroplastischen Kunststoff be stehen, z. B. aus einem Polyamid. Wenn die Kern teile und die Ummantelungsschicht aus einem spritzgießgeeigneten Elastomer hergestellt werden erhält man ein elastisches Rohr, welches Vibra tionen aufnehmen kann.

In vorteilhafter Weise kann auch ein Kunststoff (Polyamid) mit darin vermischten Glasfasern die z. B. eine Länge von etwa 20 bis 100 My auf weisen, eingesetzt werden, wodurch ein sehr robustes Rohr oder ein entsprechende Krümmungen oder Hinterschneidungen aufweisender Behälter erhalten wird.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, weil preisgünstiger, wenn nur die Verbindungsbereiche der zusammenge setzten Kernteile während der zweiten Herstellungs stufe mit einem Kunststoff in einer entsprechend gestalteten Form umspritzt werden. In einem solchen Fall können die rohr- oder behälterförmigen Kern teile im Verbindungsbereich eine dünnere Wanddicke aufweisen als im mittleren Bereich. Durch das Umspritzen der Verbindungsbereiche in der zweiten Herstellungsstufe wird sichergestellt, daß die Verbindungsbereiche absolut druckdicht sind und somit das fertige Rohr sowohl im Verbindungs bereich als auch im mittleren Bereich eine gleiche Wanddicke aufweist.

Rohre, die in bestimmten Bereichen elastisch sein sollen werden in vorteilhafter Weise erhalten, wenn die Kernteile in diesem Fall aus einem bei einer re lativ niedrigen Temperatur schmelzenden Metall z. B. auch als massive Kernteile hergestellt werden, die dann mit anderen Kernteilen aus Kunststoff zusammen gesteckt die erwünschte Kernrohrform ergeben. Wenn danach dann in der zweiten Herstellungsstufe die Metallkernteile mit einem elastischen Kunststoff oder einem Elastomer umspritzt werden und der Me tallkern durch eine Erhitzung geschmolzen, d. h. aus dem ummantelten Rohr herausgeschmolzen wird, ist der Bereich aus dem die Kernrohrteile heraus geschmolzen wurden, hochelastisch. Durch eine ent sprechende Wahl der Wanddicke der in der zweiten Herstellungsstufe um die Metallkerne gespritzen elastischen Kunststoffschicht, wird auch in diesem Fall ein Rohr mit einer über die gesamte Rohrlänge gleichmäßigen Wanddicke erhalten.

Bei einem Einspritzvorgang von Kunststoff schmelze ein eine Form entsteht im Mittel ein Druck von 400-1000 bar.

Aufgrund dieses hohen Druckes in einer Spritzgieß form wurde in der Vergangenheit davon ausgegangen, daß in eine Form gelegte Hohlkörper durch den in der Form beim Einspritzvorgang herrschenden Druck zusammengepreßt werden. Es wurde jedoch in über raschender und nicht zu erwartender Weise festge stellt, daß die Kernrohrteile trotz des hohen Druckes in der Form während des Umspritzvorganges in der zweiten Herstellungsstufe nicht zusammenge preßt wurden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter erläutert. In den Zeichnungen werden Rohrteile ge zeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß auch Be hälter nach dem gleichen Herstellungsverfahren ge fertigt werden können, was allein aufgrund der Her stellung eines kugelförmigen Behälters deutlich wird. In einem solchen Fall würden zwei kugelför mige Halbschalen gemäß der Erfindung nach dem be kannten Spritzgießverfahren hergestellt und mit ih ren angespritzten Einschnapparretierungen zu einer Kugel zusammengefügt. Die so erhaltene Kugel wird als Spritzkern in eine entsprechend gestaltete kugelförmige Form gelegt. Außen an der Wandung der Kugel würden auch in diesem Fall kleine Ab standsstege angespritzt. Dann wird in den Hohlraum zwischen dem kugelförmigen Kern und der Formwandung in der zweiten Herstellungsstufe Kunststoffschmelz eingespritzt, so daß die Nahtstellen zwischen den kugelförmigen Formkernhälften abgedichtet und eine völlig geschlossene, luftaufweisende Kugel erhalten wird. Auf gleiche Weise lassen sich be liebig gestaltete Behälter auch kompliziertester Art auf eine einfache Weise herstellen.

Es zeigen:

Fig. 1 zusammengesteckte Kernrohrteile,

Fig. 2 ein umspritztes Kernrohr,

Fig. 3 eine Klemmverbindung von Kern rohrteilen,

Fig. 4 ein zusammengestecktes, umspritztes Rohr in einem Werkzeug nach der Durchführung der zweiten Herstellungs stufe,

Fig. 5 zusammengesteckte Kernrohrteile ohne Umspritzschicht,

Fig. 6 ein Rohr wie gezeigt in Fig. 5 jedoch mit einer Umspritzschicht nur in den Verbindungsbereichen,

Fig. 7 ein Rohr wie gezeigt in Fig. 6 in einer Form,

Fig. 8 ein Rohr mit einem elastischen Teil.

Das in Fig. 1 gezeigte Rohr setzt sich aus drei rohr förmigen Kernteilen 1, 2 und 3 zusammen, die nach dem üb lichen Spritzgießverfahren hergestellt und ineinander gesteckt werden, wie im Detail in Fig. 3 gezeigt wird. Durch angespritzte Nut und Feder 4 und 5 wird erreicht, daß die Kernrohrteile sich verdrehsicher nur in der richtigen Position, d. h. nur justierend zusammenstecken lassen, um eine sehr exakte spätere Umspritzung zu gewähr leisten.

In Fig. 2 wird ein bereits mit einer Kunststoffschicht 6 umspritztes Rohr gezeigt. Die Abstandsstege 7 bis 10 liegen an die Forminnenwandung an und gewährleisten somit eine exakte Postitionierung des zusammengesteck ten Kernrohres in der Form und somit eine völlig gleich mäßig dicke Kunststoffschicht an allen Stellen.

In Fig. 4 wird eine Draufsicht auf eine Form 11 ge zeigt mit einem bereits umspritzten Rohr wie gezeigt in Fig. 2. Die Kunststoffschmelze wird in den Anspritz kanal 12 über die Verzweigkanäle 13 und 14 zu den Einspritzstellen 15 und 16 mit hohem Druck eingespritzt. Die Schmelze verteilt sich dann gleichmäßig um die Spritzkernteile 1, 2 und 3 und bildet die Schicht 6 nach ihrer Abkühlung. In den Rohrenden sind Positionshalter 17 und 18 eingesetzt.

In Fig. 5 werden Kernteile 19, 20 und 21 gezeigt, die ebenfalls zusammengesteckt wurden zu einem in drei Raumrichtungen sich erstreckenden Rohr. In diesem Fall wird jedoch nicht das gesamte Rohr mit einer Schicht umspritzt sondern nur die Ver bindungsbereiche 22 und 23 der einzelne Rohrkern teile 19, 20 und 21. In Fig. 6 wird das in den Ver bindungsbereichen umspritzte Rohr gezeigt, mit Kunst stoffschichten 24 und 25.

In Fig. 7 wird ein Rohr, wie in Fig. 5 in einer Form 26 gezeigt vor dem Umspritzvorgang der Schichten 24 und 25. Durch den Anspritzkanal 27, den Zweigkanälen 28, 29 und den Anspritzstellen 30 und 31 gelangt die heiße Kunststoffschmelze in die Hohlräume 32 und 33 so daß nur die Verbindungs bereich 22 und 23 umspritzt werden.

In Fig. 8 wird eine weitere Ausführungsform der Er findung gezeigt mit Kernrohrteilen 19 und 20 und einem sogenannten Schmelzkern 37 der nicht gezeigte Verdrehsicherungen aufweist. Die Schmelzkerne können auch ins einem Spritzgießverfahren hergestellt wer den, in dem anstelle des geschmolzenen Kunststoffes ein sich ähnlich verhaltendes, bei einer niedrigen Temperatur bereits schmelzendes Metall in die Spritz gießmaschine eingegeben wird. Auf dem Schmelzkern werden die Kernrohrteile 19 und 20 aufgesteckt. Dann wird das Kernrohr in gleicher Weise in eine Spritz gießform eingelegt. Der mittlere Bereich 38 mit dem Schmelzkern 37 wird mit einem anderen Kunststoff, der z. B. eine hohe Elastizität haben kann, durch den mittels Pfeil 35 dargestellten Anspritzkanal um spritzt. In dem mittleren Bereich kann auch ein Elastomer 38 gespritzt werden, so daß ein Rohr er halten wird, welches in diesem Bereich 38 eine Bie gung erlaubt ohne zerstört zu werden.

Nach Erkalten der Elastomerschicht 38 wird durch eine erneute gezielte Erhitzung dieses Bereichs der Spritzkern 37 aus dem Rohr herausgeschmolzen und das Rohr ist für eine entsprechende Verwendung bereit. In diesem speziellen Anwendungsfall ist zwar zusätzlich ein Aufschmelzvorgang für den Kern 37 erforderlich, auf der anderen Seite wird jedoch auf eine sehr einfache Weise ein biegbares bzw. Vi brationen ohne Beschädigung aufnehmendes Rohr erhalten.

Claims

1. Spritzgießverfahren zum Herstellen eines Rohres oder Behälters aus Kunststoff wobei das Rohr oder der Behälter eine, in zwei oder drei Raumrich tungen sich erstreckende Ausbildung aufweist, die eine Entfernung aller Spritzgießkerne nicht zu läßt, wenn das Rohr oder der Behälter nach her kömmlicher Spritzgießtechnik hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Behälter in zwei Stufen herge stellt wird, daß in der ersten Herstellungsstufe im Spritzgießverfahren einzelne rohr- oder behälter förmige Kernteile (1, 2, 3, 19, 20, 21) hergestellt wer den, daß die einzelnen Kernteile zu einem in zwei oder drei Raumrichtungen sich erstreckenden Kern rohr oder Kernbehälter zusammengesteckt werden, daß das Kernrohr oder der Kernbehälter in eine dem Kern rohr oder Kernbehälter angepaßte entsprechende Spritz gießform (11, 26) eingebracht wird, und daß das in der Spritzgießform angeordnete Kernrohr oder der Kernbe hälter in einer zweiten Herstellungsstufe mit einer Kunststoff- oder Elastomerschicht (6) umspritzt wird.

2. Kunststoffrohr hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrartigen Kern- oder Behälterteile (1, 2, 3, 20, 21, 22) an ihren Enden justierende Klemm- oder Rastverbindungselemente (4, 5) auf weisen.

3. Kunststoffrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohr- oder behälterförmigen Kernteile (1, 2, 3, 20, 21, 22) an ihrer Außenseite Abstands stege (7, 8, 9, 10) aufweisen und daß die Höhe der Abstandsstege etwa der Dicke, der in der zweiten Herstellungsstufe um die Kernteile gespritzten Schicht (6) entspricht.

4. Kunststoffrohr nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (1, 2, 3, 20, 21, 22) und/oder die Ummantelung der Kernteile bildende Kunststoff schicht (6) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder einem Elastomer be steht.

5. Kunststoffrohr nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (1, 2, 3, 20, 21, 22) und/oder die Ummantelung bildende Schicht (6) aus glasfaserver stärktem Kunststoff oder einem Elastomer besteht.

6. Kunststoffrohr nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Verbindungsbereiche (22, 23) der zusammengesteckten Kernteile in der zweiten Herstellungsstufe mit einer Kunststoff- oder Elastomerschicht umspritzt werden.

7. Kunststoffrohr nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rohr- oder behälterförmigen Kernteile aus einem, bei einer niedrigen Temperatur schmelzen den Metall bestehen und als rohrförmige oder mas sive Kernteile ausgebildet sind und daß die in der zweiten Herstellungsstufe um die zusammengesteckten Kernteile gespritzte Kunst stoff- oder Elastomerschicht im Ganzen oder Be reichsweise aus einem elastischen Kunststoff oder Elastomer besteht.

8. Kunststoffrohr nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der Kernrohrteile etwa die Hälfte der Dicke des fertig gespritzten Rohres beträgt.