DE60308395T2 - Verfahren zum spritzgiessen von mehrlagigen kunststoffprodukten und mehrlagiges kunststoffprodukt daraus - Google Patents

Verfahren zum spritzgiessen von mehrlagigen kunststoffprodukten und mehrlagiges kunststoffprodukt daraus Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft die Verarbeitung und Behandlung von Kunststoffmasse und Materialien im plastischen Zustand. Ferner betrifft sie mehrlagige Produkte.
  • Technische Aufgabe
  • Die Aufgabe der Erfindung ist ein Spritzguss-Verfahren zum Erzeugen von Kunststoffprodukten mit guten mechanischen Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Kratzfestigkeit, Bruchbeständigkeit, guter Formgestaltung und dekorativen Eigenschaften wie hoher Oberflächenglanz oder Produkte, die sich weich anfühlen und auf wirtschaftliche Weise erzeugt werden können.
  • Stand der Technik
  • Dokumente des Standes der Technik, die das technische Gebiet der Erfindung beschreiben, sind:
  • US-Patentschriften:
    • 1. 3,947,177 – 06/09/1974 – Apparatus For Injection Molding Of Multi-Layer-Bodies Of Thermoplastic;
    • 2. 4,840,553 – 20/09/1988 – Metal Mold Structure For Molding Multi-Layer-Resin;
    • 3. 4,931,246 – 19/09/1986 – Method For Injection Molding Multi-Layer Articles;
    • 4. 5,141,695 – 08/09/1987 – Injection Molding Method For Multi-Layer Bottomed Parisons;
    • 5. 5,667,819 – 04/11/1994 – Apparatus For Injection Molding Of Multi-Layer Objects;
    • 6. 5,851,456 – 28/03/1997 – Method for Manufacturing A Multi-Layer-Product;
    • 7. 6,129,960 – 10/10/2000 – Methods And Apparatus For Injection Molding And Injection Bloc Molding Multi-Layer Plastic And Articles Made Thereby;
  • EP-Patentschrift:
    • 1. EP 1 227 556 A1 Method for producing, by injection moulding, a plastic body provided with localized protuberances. Die EP 1 227 556 A1 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Alle erwähnten Dokumente beziehen sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum gleichzeitigen Spritzgießen mehrlagiger Materialien. Bei dieser Art des Spritzgießens mehrlagiger Materialien werden äußerst komplexe Vorrichtungen und Formen sowie komplexe mehrrohrige Spritzdüsen eingesetzt. Ferner sind äußerst komplexe Viskositäts-, Durchlauf- und Temperaturregelungen der in verschiedenen Lagen gegossenen Materialien erforderlich, welche alle die Komplexität des gesamten Verfahrensablaufes noch weiter erhöhen, so dass er dazu neigt ungenau, ineffektiv und unwirtschaftlich zu werden. Einige der genannten Verfahren umfassen eine Kombination aus Spritzgieß- und Blasformverfahren.
  • In der Regel erlauben alle diese Verfahren das Spritzgießen oder Blasformen mehrerer Lagen verschiedener Materialien mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wanddicken. Bei den zuvor angesprochenen Techniken ist es praktisch unmöglich, den Querschnitt (Dicke der mehrlagigen Wand) von ein paar Mal auf mehrere Dutzend Mal zu erhöhen, ohne die technischen und technologischen Anforderungen des Verfahrens zu beeinträchtigen, die gekennzeichnet sind durch die technischen Öffnungsabmessungen, falls vorhanden, die Abmessungen der Teile, die Formgestaltung, die mechanischen Eigenschaften, die Gleichmäßigkeit der Materialdichte der Lagen und die Verfahrenstechnologie der Kunststoffmasse (Verfahrens- und Abkühlzeit der spritzgegossenen Lagen).
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen mehrlagiger Kunststoffprodukte. Das technologische Verfahren ist in Bezug auf die Materialien und ihre Kombinationen in Lagen definiert, die von den sanitärtechnischen Anforderungen in Wasser-Sanitärvorrichtungen abhängen. Die angesprochene Anwendung betrifft darüber hinaus andere technische und technologische Elemente und Fertigfabrikate, die nicht im technologischen Herstellungsprozess von Wasser-Sanitärprodukten eingebunden sind, die aber den strengen und genauen technischen und technologischen Anforderungen gemäß der Erfindung, die durch die Merkmale nach Anspruch 1 gekennzeichnet sind, unterliegen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren gekennzeichnet durch sukzessives Spritzgießen einer (entweder dünnen oder dicken) Lage auf eine bzw. mehrere bereits geformte Schichten, und die erste Lage ist in einer Form mit einem festen Kern spritzgegossen, wenn das Teil eine geschlossene Struktur aufweist, oder ohne Kern, wenn das Teil eine offene Struktur aufweist. Anhand dieses Verfahrens können in Abhängigkeit von den für das Endfabrikat festgelegten technischen und technologischen Anforderungen 'n' Lagen spritzgegossen werden.
  • Der Aufbau des Produktes selber ist gekennzeichnet durch die Anzahl der Lagen und ihre Dicke, die konstruktive Verbindung zwischen ihnen (Kontaktfläche), die Beschaffenheit (Rauheit) der Kontaktfläche zwischen den Lagen und den Aufbau der ersten Lage, welche von den für das Fertigfabrikat festgelegten Anforderungen abhängen.
  • Bei geschlossenen Produktstrukturen handelt es sich üblicherweise um komplizierte Formen, die hermetisch (luftdicht und wasserdicht) sein müssen, weshalb die erste Lage aus Segmenten bestehen muss, die auf verschiedene Art und Weise zusammengefügt werden und über die dann eine andere Lage, und in einer anderen Form, gegossen wird. Ferner wäre hervorzuheben, dass die Erfindung unbegrenzte Möglichkeiten eröffnet, indem sie den schwierigsten technischen, technologischen und sanitären Anforderungen gerecht wird, wobei der Dicke einer einzelnen Lage oder des gesamten Produktes praktisch keine Grenzen gesetzt sind, solange die technischen und technologischen Anforderungen des Verfahrens nicht beeinträchtigt werden, die gekennzeichnet sind durch die technischen Öffnungsabmessungen, falls vorhanden, die Abmessungen der Teile, die Formgestaltung, die mechanischen Eigenschaften, die Gleichmäßigkeit der Materialdichte der Lagen und die Verfahrenstechnologie der Kunststoffmasse (Verfahrens- und Abkühlzeit der spritzgegossenen Lagen).
  • Nähere Beschreibung der Erfindung.
  • Die Erfindung wird näher anhand der anliegenden Figuren erläutert:
  • 1 zeigt eine geschlossene Struktur eines mehrlagigen Produktquerschnitts;
  • 2 zeigt eine offene Struktur eines mehrlagigen Produktquerschnitts;
  • 3 zeigt einen dreilagigen Produktquerschnitt;
  • 5 bis 8 zeigen Querschnitte dünner Lagen mit vorspringender, vertiefter und glatter Oberfläche;
  • 9 bis 12 zeigen Querschnitte einer dicken Lage mit gerippter Struktur (Nuten zwischen den Rippen);
  • 13 bis 28 zeigen einige der möglichen Formen von Vorsprüngen und Vertiefungen in dünnen und dicken Lagen und ihre Platzierung auf der Oberfläche;
  • 29 zeigt eine gerippte Struktur mit geraden Rippen;
  • 30 zeigt eine gerippte Struktur mit runden Rippen;
  • 31 zeigt eine netzähnliche gerippte Struktur;
  • 32 zeigt den Querschnitt eines Produktes, bei welchem die Elemente der ersten Lage mit einem O-Ring verbunden sind, und
  • 33 zeigt den Querschnitt eines Produktes, bei welchem die Elemente der ersten Schicht ohne einen O-Ring verbunden sind.
  • Das Spritzguss-Verfahren für mehrlagige Kunststoffprodukte wird derart ausgeführt, dass die erste Lage 1, genauer deren Segmente 1' und 1'', zuerst durch Spritzgießen geformt werden, ohne Berücksichtigung ob die Struktur (1 und 32) des betroffenen Produktes geschlossen ist. Die gerippten Fortsätze 12 werden auf der äußeren Oberfläche der ersten Lage 1 geformt. In jedem der Segmente 1' und 1'' wird ein Loch 11 mit Hilfe eines steifen Kerns in der Spritzform oder eines jeden sonstigen Mittels geformt, wobei das Loch 11 meistens für den Durchfluss von Flüssigkeit bestimmt ist, was bedingt, dass es aus flüssigkeitsdichtem Material bestehen muss, genauso wie die zuvor erwähnten Segmente 1' und 1'' hermetisch verbunden sein müssen. Aus diesem Grunde sind sie miteinander entweder durch eine lösbare oder nicht lösbare Verbindung verbunden, müssen aber in jedem Fall hermetisch abgedichtet sein. Die lösbare Verbindung zwischen den Segmenten 1' und 1'' ist mithilfe einer Hülse 13 ausgeführt, wobei jedes eine geeignete Auskehlung in einem O-Ring aufweist oder Druckknöpfe (in den Figuren nicht dargestellt); die nicht lösbare Verbindung ist mit Hilfe der Hülse 13 durch Kleben, Heizen, Presspassung oder Ultraschallschweißen gebildet.
  • Die auf diese Weise geformte erste Schicht, die einen Träger für das zu erzeugende Produkt darstellt, wird sehr genau in eine andere Spritzform platziert und auf deren Außenseite wird eine zweite Lage durch Spritzgießen geformt, deren gerippte Fortsätze 21 die Hohlräume zwischen den gerippten Fortsätzen 12 der ersten Lage 1 ausfüllen. Die gerippten Fortsätze 22 der zweiten Lage 2 springen aus der Außenseite der zweiten Lage 2 vor. Die ersten und zweiten Lagen /1 und 2/, welche nun einen integralen Bestandteil bilden, werden in eine andere Spritzform platziert, in welcher das Spritzgießen der dritten Lage 'n' erfolgt, welche die gerippten Fortsätze 'n1' und die Vertiefungen 'nu' auf der Außenfläche aufweist. Die Vorsprünge n1 der dritten Lage 'n' füllen die Hohlräume zwischen den gerippten Fortsätzen '22' der zweiten Lage '2' aus. Über der Lage 'n' wird eine dekorative Lage 'p' durch Spritzgießen geformt, deren Vorsprünge 'pi' in die Vertiefungen 'nu' der Lage 'n' eingreifen, so dass eine homogene Struktur zwischen der dritten Lage 'n' und der dekorativen Lage 'p' gebildet wird.
  • Die Außenseite der dekorativen Lage 'p' kann beliebig eingefärbt werden oder transparent bleiben, und die Beschaffenheit der Oberfläche kann glatt, poliert oder rau sein, genauer gesagt die Form eines Profils mit gewünschtem Muster haben.
  • Wenn das betroffene Produkt eine offene Struktur (2) aufweist, entspricht das Spritzguss-Verfahren dem oben erläuterten Verfahren, mit der Ausnahme, dass die erste Lage (1) nicht aus den Segmenten 1' und 1'' besteht, sondern aufgepresst ist und dass eine ihrer Oberflächen eine endgültige Beschaffenheit haben kann, falls sie nicht durch eine zweite Lage bedeckt werden soll.
  • Die Lagen 1 bis 'n' können entweder als dünne Lagen "ts" oder dicke Lagen "ds" geformt werden sowie als deren Kombination, während die dekorative Lage 'p' vorzugsweise als dünne Lage ausgebildet ist. Die Dicke der dünnen Lage "ts" schwankt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 6 mm, während die Dicke der dünnen Lagen innerhalb eines Bereichs von 4 bis 30 mm schwankt.
  • Die Oberflächen der dünnen Lagen "ts" können glatt sein oder Vorsprünge "tsi" und Vertiefungen "tsu" oder gerippte Fortsätze oder eine beliebige Kombination davon mit den glatten Flächen aufweisen. Die Vorsprünge "tsi" und Vertiefungen "tsu" (6) haben eine runde, quadratische oder jede sonstige geeignete geometrische Form, wobei sie entweder in Schachbrettmusteranordnung oder in jeder sonstigen geeigneten symmetrischen oder asymmetrischen Anordnung (13–28) platziert werden können.
  • Die Oberflächen der dicken Lagen "ds" können glatt sein oder Vorsprünge "dsi" und Vertiefungen "dsu" oder gerippte Fortsätze "ds1", "ds2" (9–12) aufweisen oder eine beliebige Kombination davon mit den glatten Oberflächen, wobei ihre Querschnitte eine quadratische, rechteckige, dreieckige, trapezförmige, halbkreisförmige oder jede sonstige geeignete geometrische Form haben können. Sie können auf den Oberflächen der Lage 1 bis n in Form von parallelen Rippen angeordnet sein, die entweder gerade oder gewölbt sein können, oder sie können ein Netz "m" bilden oder jede sonstige geeignete Anordnung (29–31) aufweisen.
  • Aus dem zuvor erwähnten wird deutlich, dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auswahl an Möglichkeiten zur Herstellung mehrlagiger Produkte bereitstellt.

Claims (2)

  1. Spritzguss-Verfahren zum Erzeugen mehrlagiger Kunststoffprodukte mit offener oder geschlossener Struktur, vorzugsweise für Sanitärprodukte, bei welchem zuerst eine erste Lage (1) mit gerippten Fortsätzen (12) durch Spritzgießen geformt wird, dann die erste Lage (1) in eine andere Spritzform platziert wird, wobei eine zweite Lage (2) auf der gesamten Oberflache der ersten Lage (1) oder einem Teil davon spritzgegossen wird, wobei die gerippten Fortsätze auf der Innenseite (21) der zweiten Lage (2) zwischen den gerippten Fortsätzen (12) der ersten Lage eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage (2) mit gerippten Fortsätzen (21, 22) an ihren beiden Seiten geformt wird; dann wird die über die erste Lage (1) gegossene zweite Lage (2) in eine weitere Spritzform platziert und eine dritte Lage (n) durch Mehrschritt-Spritzgießen geformt, während deren gerippte Fortsätze (n1) die Hohlräume zwischen den gerippten Fortsätzen (22) der Außenseite der zweiten Lage (2) füllen, und weitere Vertiefungen (nu) werden und der Außenfläche der dritten Lage (n) geformt; und dann wird die so erhaltene Struktur in eine Endspritzform platziert, wobei eine Endschicht (p) spritzgegossen wird mit Vorsprüngen (pi), die in die Vertiefungen (nu) der dritten Schicht eingreifen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1) aus den Segmenten (1', 1'') besteht, die miteinander lösbar mit Hilfe einer Hülse (13) mit einem O-Ring (14), oder unlösbar in einem Bereich der Außenfläche der Hülse (13) durch Kleben, Heizen, Presspassung oder Ultraschallschweißen verbunden sind.
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