DE4336243C2 - Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkör­ pern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Durch die DE 39 13 109 C2 ist ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff­ hohlkörpern bekannt, bei dem durch mindestens eine Düse eine fließfähige Kunststoffschmelze in das Innere eines durch ein Werkzeug gebildeten Formhohlraumes und bei dem durch die Düse oder mindestens eine weitere Düse ein druckbeaufschlagtes Medium in das Innere der bereits im Formhohlraum befindlichen Kunststoffschmelze einge­ spritzt wird, die den Formhohlraum zunächst vollständig ausfüllt.

Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst die vollständige Füllung des Formhohlraums im Werkzeug mit druckbeaufschlagter fließfähiger Kunst­ stoffschmelze unter Bildung eines Kunststoffkörpers durchgeführt und an­ schließend die schmelzflüssige Seele dieses Kunststoffkörpers mittels eines ebenfalls druckbeaufschlagten Fluids in eine entformbare Nebenkavität aus­ getrieben, wenn die am Werkzeug anliegende Oberfläche des Kunststoffkörpers bereits erstarrt ist, mit der Folge, daß diese Oberfläche von vornherein ein­ wandfrei ist und insbesondere keine Fließmarkierungen aufweist. Als entform­ bare Nebenkavität, die den Überschuß an Kunststoffschmelze in Form der Seele aufnimmt, können beispielsweise Hohlräume der Kunststoff-Einspritzdüse, des Angußkanals oder der Spritzeinheit dienen. Bei diesem bekannten Verfahren wird mithin bei einem Spritzgießzyklus immer nur ein Formteil mit einwand­ freier Oberfläche erzielt.

Durch die DE 42 35 673 A1 ist es zur Herstellung eines Kunstharzteils be­ kannt, eine Gießvorrichtung zu verwenden mit einem Gießhohlraum, der über eine absperrbare Ausflußpassage fluidführend in Verbindung mit einer Über­ flußkammer steht. Zum Einblasen des Gases in das geschmolzene Kunstharz zum Herstellen eines Kunststoffhohlkörpers dient eine Gaseinblaseinrichtung. Sobald das geschmolzene Kunstharz in den Gießhohlraum eingebracht ist, wird die Ausflußpassage geöffnet, und das eingeblasene Gas treibt unter Bildung des Kunststoffhohlkörpers den flüssigen Kern des Kunstharzes in die Überflußkam­ mer aus, wobei sich ebenfalls unter Bildung eines Hohlraumes das überschüssige Kunstharzmaterial an die Wand der Überflußkammer anlegt. Das in die Überflußkammer eingebrachte Kunststoffmaterial stellt mithin nur ein Abfall­ produkt bei der Fertigung des eigentlichen Formhohlkörpers aus Kunststoff dar. Durch die den nächstkommenden Stand der Technik bildende DE 43 00 397 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffartikels bekannt, der ein hohles Rippenteil besitzt und unter Benutzung einer sogenann­ ten Spillkavität geformt wird. Das Verfahren besteht aus dem Einspritzen eines flüssigen Kunststoffes und eines Gases in eine Formkavität, die einen Raum, der zumindest einen Wandteil des Gegenstandes vorgibt, und einen Kanal, der einen Rippenteil des Gegenstandes vorgibt, besitzt. Eine vorgebbare Menge an flüssigem Kunststoff wird am Anfang eingespritzt, um im wesentlichen die Formkavität zu füllen. Eine Menge von unter Druck gesetztem Gas wird dann in den Kanal der Formkavität eingespritzt, um einen Teil des noch flüssigen Kunststoffes in die Spillkavität zu verschieben, wobei die Spillkavität an den Kanal flußgekoppelt ist. Es entsteht derart ein entformbarer Kunststoffhohlkörper und der in der Spillkavität befindliche, aus der Formkavität ausgetriebene Kunststoff bildet dann entweder ein festes Anhängsel zum Handhaben des geformten Kunststoffhohlkörpers, einen eigenen, aus Vollkunststoffmaterial bestehenden Gebrauchsgegenstand, der von dem hergestellten Kunststoffhohl­ körper geometrisch verschieden ist oder auch nur einen entfernbaren Grat als Abfallprodukt zum erstellten Kunststoffhohlkörper.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der guten Oberflächenqualität ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Ausbeute an herzustellenden Formteilen für einen Spritzgieß­ zyklus derart erhöhen, daß in einem Verfahrensgang mehrere Kunststoffhohlkör­ per als gewünschtes Erzeugnis entstehen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 das Medium, mittels dessen die Kunststoffschmelze in den jeweils nachfolgenden Formhohlraum ausgetrieben wird, so lange über die jeweilige Düse zugeführt wird, bis die Kunststoff­ schmelze unter Bildung mindestens eines weiteren Kunststoffhohlkörpers sich an die Wand des jeweils nachgeordneten Formhohlraumes formstabil anlegt, lassen sich mit nur einem einzigen Spritzgießvorgang oder -zyklus mehrere Formteile vergleichbarer Art mit hoher Oberflächenqualität als gewünschtes Erzeugnis herstellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich also Kunststoffhohlkörper ähnlichen Aufbaus und, sofern dies beabsichtigt ist, bei gleichem Aussehen und Größe in identischer Vielzahl herstellen.

Als Medium zum Verdrängen der Kunststoffschmelze von einem Formhohlraum in den nächsten, die man in der Fachsprache auch als Kavitäten bezeichnet, kann vorzugsweise ein Gas, wie Stickstoffgas, aber auch ein Fluid oder ein Gas-Fluid-Gemisch dienen.

Die Anzahl der herzustellenden Formteile innerhalb eines Spritzgießvorganges wird mithin nur beschränkt durch die vorgebbare Aufnahmekapazität an Kunststoffschmelze des ersten Formhohlraumes mit seinen Zuführ- und Abgabekanälen bis zu dem in Reihe nächstfolgenden Formhohlraum sowie etwaige vorgesehe­ nen Zwischenspeichern.

Dadurch, daß noch vor dem Einsetzen des Erstarrens der Kunst­ stoffschmelze diese teilweise in den jeweils nächstfolgenden Formhohlraum weitergegeben wird und erst dann an der Formwan­ dung erstarrt, ist insgesamt eine gute Materialqualität, insbesondere im Hinblick auf einen homogenen Aufbau, bei dem jeweils herzustellenden Spritzgußteil erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind zwei in Fließrichtung der Kunststoffschmelze aufeinanderfolgende Formhohlräume über einen Kanal miteinander verbunden, der das Ende des einen Formhohlraumes an den Anfang des anderen Formhohlraumes anschließt. Hierdurch ist eine Kanalführung möglich, die es erlaubt, mehrere Werkzeuge mit ihrem jeweiligen Formhohlraum (Kavität) platzsparend in Fließ­ richtung der Kunststoffschmelze in Reihe hintereinander anzu­ ordnen und vom ersten Formhohlraum (Kavität) ausgehend den jeweils nachfolgenden Formhohlraum (Kavität) mit der Kunst­ stoffschmelze zu versorgen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet der Kanal einen Zwischenspeicher aus, der einen Teil der für den jeweils nachfolgenden Formhohlraum vorgesehenen Kunststoffschmelze aufnimmt. Durch dahingehende Zwischenspeicher läßt sich die Menge an zu verarbeitender Kunststoffschmelze erhöhen, so daß sich demgemäß mit einem Spritzgießvorgang eine größere Teileanzahl fertigen läßt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist der Kanal an der Stelle des Anfangs des jeweils anderen Formhohlraumes über eine Sperreinrichtung absperrbar. Aufgrund dieser Sperreinrichtung ist ein genaueres Dosieren der vorzusehenden Menge an Kunststoffschmelze für den nachfolgenden Formhohlraum möglich.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die jeweilige Düse in einem dem ersten Formhohlraum zugeordneten Zuführkanal angeordnet, der einen weiteren Zwischenspeicher für die Kunststoffschmelze ausbildet, was wiederum die mögliche Anzahl an zu fertigenden Teilen erhöht.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1-4 in prinzipieller Darstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei gleichgearteten Formhohlräumen.

Bei dem Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffkörpern 10 wird durch eine Düse 35 eine druckbeaufschlagte fließfähige Kunststoffschmelze 14 in das Innere 16 eines durch ein Werk­ zeug (nicht dargestellt) gebildeten Formhohlraumes 18 ge­ spritzt. Über die Düse 12 läßt sich des weiteren ein druck­ beaufschlagtes Medium in Form von Stickstoffgas in das Innere der bereits im Formhohlraum 18 befindlichen Kunststoffschmelze 14 einspritzen, die, wie dies insbesondere die Fig. 2 zeigt, den Formhohlraum 18 zunächst vollständig ausfüllt.

Noch vor dem Einsetzen des Erstarrens der Kunststoffschmelze 14 wird diese gemäß der Darstellung in Fig. 3 teilweise mittels des gasförmigen Mediums in mindestens eine weitere Kavität (nicht dargestellt) ausgetrieben, das jeweils einen weiteren Formhohlraum 18a bildet, der in Fließrichtung der Kunststoff­ schmelze 14 dem jeweils vorangehenden Formhohlraum 18 nachge­ ordnet ist. Der Gasstrom über die Düse 12 wird dann derart lange aufrechterhalten, bis die Kunststoffkörper 10 die Form nach der prinzipiellen Darstellung in Fig. 4 einnehmen. Das die Formhohlräume 18 und 18a jeweils bildende Werkzeug, welches der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, ist zwei- oder noch mehrteilig ausgeführt. Nach dem Erkalten des jeweili­ gen Kunststoffkörpers 10 läßt sich dieser leicht aus dem Werkzeug entfernen, das dann wiederum für einen erneuten Spritz­ gießzyklus bereitsteht.

Anstelle einer gemeinsamen Düse 12 oder 35 für das Zuführen der druckbeaufschlagten fließfähigen Kunststoffschmelze 14 sowie des Mediums können auch voneinander getrennte Düsen oder Düseneinrichtungen 35 bzw. 12 vorgesehen sein.

Die beiden in den Figuren dargestellten und in Fließrichtung der Kunststoffschmelze aufeinanderfolgenden Formhohlräume 18 und 18a sind über einen Kanal 20 miteinander verbunden, der das Ende 22 des einen Formhohlraumes 18 an den Anfang 24 des anderen Formhohlraumes 18a anschließt. Beim Austreiben eines Teiles der Kunststoffschmelze 14 des einen Formhohlraumes 18 mittels des Mediums in den nachgeordneten Formhohlraum 18a, legt sich auch dort die Kunststoffschmelze 14 an dessen Innen­ wand formstabil an.

Der Kanal 20, der die beiden Formhohlräume 18 und 18a mitein­ ander verbindet, kann einen Zwischenspeicher 26 ausbilden, der, wie dies insbesondere die Fig. 2 und 3 belegen, einen Teil der für den jeweils nachfolgenden Formhohlraum 18a vorgesehe­ nen Kunststoffschmelze 14 aufnimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform nach der Darstellung ist der Zwischenspeicher 26 als U-förmiges Verbindungselement zwischen den beiden Endteilen des eigentlichen Kanales 20 eingefügt, wobei der freie Querschnitt des Zwischenspeichers 26 vergleichbar dem übrigen Kanalquerschnitt gehalten ist. Ein weiterer Zwischen­ speicher 28 für die Kunststoffschmelze 14 ist durch einen Zuführkanal 30 gebildet, der im Bereich seines freien Endes die Düse 35 aufweist, die in der Zeichnung nur symbolhaft dargestellt ist. Dieser Zuführkanal 30 stellt die Verbindung zwischen der Düse 35 und dem ersten Formhohlraum 18 her.

Der Kanal 20 kann an der Stelle des Anfangs 24 des anderen Formhohlraumes 18a über eine Sperreinrichtung 32 absperrbar sein. Die Sperreinrichtung 32 ist als eine Art Schieber ausge­ bildet, wobei sich eine freie Schieberöffnung in eine Freiga­ bestellung für den Kanal 20 nach der Darstellung gemäß den Fig. 3 und 4 verbringen läßt. Solche Sperr- oder Schieberein­ richtungen sind Stand der Technik, so daß auf deren Aufbau nicht mehr näher eingegangen wird. Wie sich insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ergibt, befindet sich die Sperreinrichtung 32 zunächst in ihrer, den Kanal 20 sperrenden Schließstellung. Dann wird der noch leere Formhohlraum 18 (Fig. 1) über die Düse 35 und den Zuführkanal 30, der gleichzeitig den weiteren Zwischenspeicher 28 bildet, mit Kunststoffschmelze 14 befüllt. Sobald der Formhohlraum 18 ausgefüllt ist, wird über sein Ende 22 eine weitere Menge an Kunststoffschmelze 14 in den Kanal 20 und den Zwischenspeicher 26 gefüllt, so daß sich insgesamt ein Füllzustand nach der prinzipiellen Darstellung in der Fig. 2 ergibt.

Die Volumen der beiden Kanäle 20 und 30 der beiden Zwischen­ speicher 26 und 28 sowie des Formhohlraumes 18 sind derart bemessen, daß die dort bevorratete Kunststoffschmelze aus­ reicht, um noch einen weiteren Kunststoffkörper 10 in dem weiteren Formhohlraum 18a zu bilden. Hierzu wird, wie dies die Fig. 3 zeigt, die Sperreinrichtung 32 in ihre geöffnete Stel­ lung verbracht und gleichzeitig über die Düse 12 Stickstoffgas zugeführt, das dann ausgehend vom Zuführkanal 30 kontinuier­ lich die Kunststoffschmelze 14 über den Kanal 20 und die Schieberöffnung 34 in den nächsten Formhohlraum 18a aus­ schiebt. Dieser Ausschiebevorgang geht solange vor sich, bis die Kunststoffschmelze 14 die in der Fig. 4 dargestellte Form im Formhohlraum 18a einnimmt. Nach Erstarren der Kunststoff­ schmelze 14 und Öffnen des jeweiligen Werkzeugs zum Ausbringen der geformten Kunststoffkörper 10 steht die Vorrichtung für einen erneuten Spritzgießzyklus zur Verfügung.

An der Stelle eines inerten Gases als Medium kann auch ein Fluid eingesetzt werden, wobei sich dann fluidgefüllte Kunst­ stoffkörper 10 ergeben. Bei genauer Beachtung der Fließge­ schwindigkeit der Kunststoffschmelze 14 und bei einer genauen Ansteuerung der Vorrichtung kann auch auf die Sperreinrichtung 32 vollständig verzichtet werden, wobei über die Düse 12 das Medium zugeführt wird, sobald die Kunststoffschmelze am Anfang 24 des weiteren Formhohlraumes 18a angelangt ist, was über eine Sensoreinrichtung der Steuerung für die Vorrichtung überwacht werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden zwei im wesentlichen glei­ che Kunststoffkörper 10 erzeugt. Die Formhohlräume 18, 18a können aber auch voneinander verschieden ausgebildet sein und eine ganz andere Geometrie aufweisen, so daß sich mit nur einem Spritzgießvorgang eine größere Teilvielzahl erzeugen läßt. Bei einer bevorzugten weiteren Ausbildung der Erfindung (nicht dargestellt) ist am Ende 22a des weiteren Formhohlrau­ mes 18a ein weiterer Kanal angeschlossen, der zu einem näch­ sten Formhohlraum führt und eingangseitig an diesen ange­ schlossen ist. Auf diese Art und Weise lassen sich mehrere in Fließrichtung hintereinander angeordnete Formhohlräume 18, 18a, 18b etc. mit Kunststoffschmelze 14 zum Erzeugen von Kunststoffkörpern 10 befüllen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffhohlkörpern (10) bei dem durch mindestens eine Düse (35) eine fließfähige Kunststoffschmelze (14) in das Innere (16) eines durch ein Werkzeug gebildeten Formhohlraumes (18) und bei dem durch die Düse (35) oder mindestens eine weitere Düse (12) ein druckbeaufschlagtes Medium in das Innere der bereits im Formhohlraum (18) befindlichen Kunststoffschmelze (14), die den Formhohlraum (18) zunächst vollständig ausfüllt, eingespritzt wird, wobei noch vor dem Einsetzen des Erstarrens der Kunststoffschmelze (14) diese in mindestens ein weiteres Werkzeug ausgetrieben wird, das jeweils einen weiteren Formhohlraum (18a) bildet, der in Fließrichtung der Kunststoffschmelze (14) dem jeweils vorangehenden Formhohlraum (18) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß das Medium, mittels dessen die Kunststoffschmelze (14) in den jeweils nachfolgenden Formhohlraum (18a) ausgetrie­ ben wird, so lange über die jeweilige Düse (12, 35) zuge­ führt wird, bis die Kunststoffschmelze unter Bildung mindestens eines weiteren Kunststoffhohlkörpers (10) sich an die Wand des jeweils nachgeordneten Formhohlraumes (18) formstabil anlegt.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Fließrich­ tung der Kunststoffschmelze aufeinanderfolgende Formhohl­ räume (18, 18a) über einen Kanal (20) miteinander verbunden sind, der das Ende (22) des einen Formhohlraumes (18) an den Anfang (24) des anderen Formhohlraumes (18a) anschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (20) einen Zwischenspeicher (26) ausbildet, der einen Teil der für den jeweils nachfolgenden Formhohlraum (18a) vorgesehenen Kunststoffschmelze (14) aufnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kanal (20) an der Stelle des Anfangs (24) des jeweils anderen Formhohlraumes (18a) über eine Sperrein­ richtung (32) absperrbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Düse (12) in einem dem ersten Formhohlraum (18) zugeordneten Zufuhrkanal (30) angeordnet ist, der einen weiteren Zwischenspeicher (28) für die Kunststoffschmelze (14) ausbildet.