DE102005035803A1

DE102005035803A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen

Info

Publication number: DE102005035803A1
Application number: DE200510035803
Authority: DE
Inventors: Volker Dr.-Ing. Reichert; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Haberkorn; Heiner Dipl.-Ing. Becker
Original assignee: A & E Applikation und Entwickl; A & E Applikation und Entwicklung GmbH
Current assignee: A & E Applikation und Entwickl; A & E Applikation und Entwicklung GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: WO2007012317A3; WO2007012317A2; DE102005035803B4

Abstract

Aufgabe ist, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Lage und Anzahl der Anspritzpunkte am Formteil bzw. am Werkzeug beliebig gewählt werden kann und die auch anwendbar ist für mehrere gleichzeitig zu spritzende Kavitäten. DOLLAR A Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung den gleichen Grundaufbau wie andere Spritzgießwerkzeuge. Neuartig sind der Aufbau und die Anordnung einer bzw. mehrerer gleichartiger erfindungsgemäßer Sandwichdüseneinheiten 1. Eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 bestehen jeweils aus mehreren untereinander lösbar verbundenen zylindrischen Einzelelementen, den Düsenelementen 6, die eine variable Stärke bzw. Länge besitzen. In den Düsenelementen 6 sind zwei oder mehrere Schmelzedurchführungen 5 angeordnet. Die Abmessungen und Lage der Schmelzedurchführungen 5 der einzelnen Düsenelemente 6 korrespondieren untereinander mit den Zuflusskanälen 27 der Schmelze der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 und/oder einer beheizbaren Adapterplatte 30. Im Inneren der Sandwichdüseneinheiten 1 sind ein oder zwei hintereinander angeordnete Kolben 10, 11 so angeordnet, dass sie wahlweise schmelzdruck- oder fremdgesteuert betätigbar sind. Diese Kolben 11 und 10 sind so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von ihrer Lage eine definierte Stellung oder Zwischenstellung ansteuern können. DOLLAR A Weiterhin sind beim Mehrfachwerkzeug für mehrere gleichzeitig zu spritzenden Kavitäten für unterschiedliche Schmelzen und bei jeweils einem oder mehreren Anspritzpunkten pro Kavität ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht diese sich auf eine verbesserte universell einsetzbare Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen, wo die Lage und Anzahl der Anspritzpunkte am Formteil bzw. am Werkzeug beliebig gewählt werden können und gleichzeitig mehrere Kavitäten mit unterschiedlichen Kunststoffschmelzen gefüllt werden können.

Mehrkomponenten-Heißkanal-Spritzgießwerkzeuge sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. In der Spritzgießtechnik wird die von der Spritzgießmaschine bereitgestellte Kunststoffschmelze auf eine oder mehrere Düsen verteilt, durch welche die Schmelze über die Anschnittpunkte des Spritzgießwerkzeuges in dieses eingespritzt wird.

Beim sogenannten Coinjectionsverfahren geht es darum, über ein und denselben Anschnittpunkt des Spritzgießwerkzeugs stofflich oder farblich verschiedene Schmelzen in das Werkzeug einzuspritzen. Der Grund hierfür besteht einmal in der Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundwerkstoff, bei dem der Kern aus einem mindestens ersten Werkstoff und die Außenhaut aus mindestens einem zweiten Werkstoff besteht. Ein anderer Grund für das Coinjectionsverfahren besteht darin, durch Mischung zweier Schmelzen, z. B. gleiche Stoffe mit unterschiedlicher Farbe, einen gewünschten und/oder variablen Farbton zu erzeugen. In beiden Fällen muss die Spritzdüse an zwei Schmelzekanäle anschließbar sein, von denen jeder von einer anderen Spritzgießmaschine beschickt wird, wobei der Zufluss der beiden Schmelzen zeitlich nacheinander erfolgt.

Bei bekannten Coinjectionsanlagen erfolgt die Steuerung in der Regel durch die aktuell wirkenden Schmelzedrücke, die von den beiden Spritzgießmaschinen während der Werkzeugfüllvorgänge erzeugt werden. Durch Steuerung dieser Drücke kann erreicht werden, dass abwechselnd die eine oder die andere Schmelze über die Spritzdüse in das Spritzgießwerkzeug gelangt. Die Spritzdüsen sind hierbei so ausgebildet, dass innerhalb der Düsenbohrung ein Rohr (Torpedo) mit Spiel angeordnet ist, so dass in der Spritzdüse ein zentraler Vollkreiskanal innerhalb des Torpedos und ein Ringkanal zwischen der Außenwand des Torpedos und der Innenwand der Düsenbohrung entsteht (siehe auch US- PS 5232710). Jeder dieser Kanäle ist an je eine der Spritzgießmaschinen angeschlossen. Solche Coinjektionsanlagen haben eine ganze Reihe von Nachteilen.

Soll z. B. von der einen Schmelze A, auf die andere Schmelze B, umgeschaltet werden, stehen die Kanäle für die A-Schmelze noch unter Druck, so dass die A-Schmelze nachlaufen und sich mit der B-Schmelze vermischen kann, was in der Regel zu Oberflächenfehlern des gespritzten Gegenstandes führt.

Bei den bekannten Anlagen wird der zentrale Düsenkanal am Anschnittpunkt thermisch verschlossen, d.h., die Schmelze wird durch Kühlung zum Erstarren gebracht. Hierdurch kann es zu langen unkontrollierten Spritzresten, Fadenziehen und tropfender Schmelze (Nachlaufen) kommen.

Die durch den ringförmigen Kanal strömende Schmelze erleidet dabei einen hohen Druckverlust und eine hohe Schmelzescherung, die zu einer Schädigung des zu gießenden Gegenstands durch Reißen der Schmelzemolekühle führen können. Zudem ist es schwierig die jeweilige Heizung für den äußeren und inneren Kühlkanal getrennt zu halten. Der von Drücken und Temperaturen abhängige Giesvorgang ist nur sehr schwer steuerbar.

In der DE 196 49 467 A1 ist eine Lösung für eine Coinjektions-Spritzanlage beschrieben, wo zwei verschiedene Schmelzen, die von zwei verschiedenen Spritzgießmaschinen bereitgestellt werden, mittels einer einzigen Düse in ein Spritzgießwerkzeug gespritzt werden können. Dabei ist die Spritzdüse mit zwei Schmelzkanälen versehen, die innerhalb der Spritzdüse über eine gemeinsame Vorkammer verbunden sind. Innerhalb der Spritzdüse ist dabei eine zentrale Längsbohrung angeordnet, in der ein axial verschiebbarer oder verdrehbarer Steuerstift dichtend angeordnet ist. Die beiden Schmelzkanäle münden nahe einem unteren Ende der Längsbohrung in diese ein. Der Steuerstift besitzt zwei seitliche Ausnehmungen, die in Abhängigkeit der axialen Lage des Steuerstiftes den Zugang des einen oder des anderen, beider oder auch keinen der Schmelzkanäle zur Düsenvorkammer durch den Steuerstift abdichten können. Kompliziert ist hier bei dieser Lösung die Steuerung des Steuerstiftes. Zudem ist diese Lösung konstruktiv aufwändig.

In der DE 100 05 264 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Formteilen aus Kunststoff beschrieben, bei dem die Verarbeitung unterschiedlicher Materialien in frei wählbarer Reihenfolge möglich ist. Dabei ist in der Vorrichtung die von einem Neben- und einem Hauptaggregat beschickt wird, bereits ein Schmelzespeicher in dieser Vorrichtung beschrieben, der eine genaue Dosierung und Zwischenspeicherung der zu verarbeitenden Neben- und Hauptkomponente ermöglicht. Allerdings ist diese beschriebene technische Lösung nur für jeweils eine einzelne zu spritzende Kavität und einen einzigen Anspritzpunkt an einer Kavität anwendbar.

Weiterhin ist aus der DE 38 50 704 T2 eine Spritzgießmaschine zum Gießen von Teilen und Vorformlingen mit mehrschichtigen Wänden bekannt, wo drei Komponenten zur Herstellung eines Kunststoffteiles in ein und dieselbe Form eingespritzt werden können. Dabei beinhaltet die Erfindung eine komplizierte Düsenstruktur in die drei unterschiedliche Kanäle, (d. h. für jeden Kunststoff ein eigener Kanal) einmünden. Im Spritzgießwerkzeug sind sogenannte Spritztöpfe angeordnet, die jeweils mit einem zusätzlichen Steuerventil versehen sind. Diese Steuerventile steuern die Befüllung des Spritztopfes und wirken als Speicher. Nachteilig hierbei ist insbesondere der komplizierte Düsenaufbau und die Beschränkung der Spritztöpfe auf ein unveränderbares Speichervolumen. Diese Spritztöpfe sind jeweils nur im Nebenschluss angeordnet, d. h. nicht im direkten Schmelzekanal zwischen Spritzgießmaschine und Anspritzpunkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen bestehend aus Heißkanalverteilungseinrichtung und/oder Adapterplatte und Sandwichdüseneinheiten zu schaffen, die es erstmals ermöglicht, die Lage und Anzahl der Anspritzpunkte am Formteil bzw. am Werkzeug beliebig wählen zu können und die darüber hinaus auch anwendbar ist für mehrere gleichzeitig zu spritzenden Kavitäten.

Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der in den selbständigen Ansprüchen offenbarten Erfindung. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen besitzt den gleichen Grundaufbau wie andere Spritzgießwerkzeuge auch und besteht aus Heißkanalverteilungseinrichtung und/oder einer Adapterplatte und aus angeordneten Sandwichdüseneinheiten. Neuartig ist der Aufbau und die Anordnung einer bzw. mehrerer gleichartiger erfindungsgemäßer Sandwichdüseneinheiten 1.

Erfindungsgemäß besteht eine oder bestehen mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 (Coinjektionsdüsen) jeweils aus mehreren untereinander lösbar verbundenen zylindrischen Einzelelementen, den Düsenelementen 6, die eine variabler Stärke bzw. Länge besitzen. Diese Düsenelemente 6 sind untereinander lösbar miteinander verbunden. Das Lösen erfolgt nach Abnahme des düsenseitigen Werkzeugteils 2. Dabei ist im Gegensatz zu bisher bekannten Ausführungen die Verbindung aus Düsenrichtung gesehen hergestellt. In den einzelnen zylindrischen Düsenelementen 6 sind zwei oder mehrere Schmelzdurchführungen 5 angeordnet. Die Abmessungen und Lage der Schmelzdurchführungen 5 der einzelnen Düsenelemente 6 korrespondieren untereinander mit den Zuflusskanälen 27 der Schmelze der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 und/oder einer beheizbaren Adapterplatte 30. Im Inneren der Sandwichdüseneinheiten 1 sind zwei hintereinander angeordnete Stufenkolben 10, 11 so angeordnet, dass sie wahlweise schmelzdruck- oder fremdgesteuert betätigbar sind. Diese Stufenkolben 11 und 12 sind so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von ihrer Lage eine definierte Stellung oder Zwischenstellung ansteuern können.

Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen bei Ausführung als Mehrfachwerkzeug für mehrere gleichzeitig zu spritzenden Kavitäten für unterschiedliche Schmelzen und bei jeweils einem oder mehreren Anspritzpunkten pro Kavität eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1. Pro Sandwichdüseneinheiten 1 ist dabei mindestens ein Sperrventil 25 angeordnet, d. h. pro Schmelze eins. Für jede Kavität 3 sind dabei eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 mit oder ohne Speicherraum 32 für die Hautkomponente im direkten Schmelzedurchflusskanal 19 angeordnet.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht sich bei der gleichzeitigen Füllung mehrerer gleicher oder verschiedener Kavitäten, oder auch einer großen Kavität mit mehreren Anspritzpunkten dadurch bemerkbar, dass diese Kavitäten exakt mit dem jeweils gleichen Volumen Hautmaterial gefüllt werden können. Damit wird erreicht, das die Kernschicht-Schmelzefront bei gleichen und unterschiedlichen Kavitäten immer die gleiche Lage bzw. Position im erzeugten Werkstück erreicht. Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber den bislang aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass dabei zusätzliche Speichervolumen (wirken als Schmelzespeicher) im direkten Fluss der Schmelzen, d. h. in den Schmelzedurchflusskanälen 19 liegen und bei Bedarf durch die Schmelze selbst gesteuert werden können.

In einer möglichen Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen aus mindestens einer Sandwichdüseneinheit 1, die sich aus zwei oder drei scheibenartigen untereinander lösbaren verbundenen zylindrischen Düsenelementen 6 zusammensetzt.

Vorzugsweise ist die Sandwichdüseneinheit 1 dabei aus zwei oder drei scheibenartigen untereinander verschraubten zylindrischen Düsenelementen 6 ausgebildet.

Diese Einzelteile sind vorteilhafterweise drei zylindrischen Düsenelemente 6, die als Distanzscheibe 7, Zwischenscheibe 8 und Düsenscheibe 9 aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Es ist auch möglich, dass dabei die erfindungsgemäße Zwischenscheibe 8 wiederum aus mehren Einzelscheiben besteht.

Bevorzugt sind in diesem speziellen Fall, wenn die Zwischenscheibe 8 aus mehren Einzelscheiben besteht, die Einzelscheiben in der Lage und Anzahl der Schmelzdurchführungen 5 variierbar ausgebildet. Dadurch entsteht eine Art Bausatzsystem aus verschiedenen Einzelscheiben, die je nach Anwendungsfall variabel zusammen montierbar sind und sich für verschiedenste Einsatzfälle eignen.

Die Zwischenscheibe 8 kann vorteilhafterweise auch so konstruiert sein, dass sie in Viertelkreisabschnitten je nach Anwendungsfall drehbar angeordnet werden kann, wobei die Verbindung der Schmelzekanäle 20 und 21 untereinander auf einfache Art und Weise getauscht werden kann, wodurch letztlich bei Bedarf die einzelnen Schmelzekomponenten vertauscht werden können ohne dass ein Umrüsten der gesamten Spritzgießmaschine erforderlich ist.

Die Abmessungen der Zwischenscheibe 8 können so dimensioniert sein, dass in ihr sowohl nur ein oder auch beide Stufenkolben 10, 11 in der Kolbenbohrung zur Kolbenführung 13 geführt sind.

Bevorzugt entspricht die Anzahl der erfindungsgemäßen wechselbaren Zwischenscheiben 8 genau der Anzahl der zu spritzenden Schmelzekomponenten minus eins, d. h. bei vier Schmelzekomponenten sind drei entsprechend konstruierte Zwischenscheiben 8 angeordnet.

Die erfindungsgemäße Düsenscheibe 9 kann ebenfalls wiederum aus verschieden Einzelteilen bestehen. So kann sie beispielsweise aus einem Düsenscheibengrundteil und einer wechselbaren Düse ausgebildet sein.

Es ist auch möglich, dass die Düsenscheibe 9 oder die wechselbare Düse gleichzeitig Bestandteil der Formkavität, dass bedeutet in das düsenseitige Werkzeugteil 2 integriert ist oder auch als übliche Heißkanaldüse ausgebildet ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen ist an Stelle eines Stufenkolbens 11 ein vorderer Ringkolben 12 und an Stelle des Stufenkolben 10 eine schmelzdruckgesteuerte Düsennadel so angeordnet, dass sie in ihrer vorderen Endlage in die Düsenbohrung 31 hineinreicht und diese abdichtet. D. h der zylindermantelartige Ringkolben 12 ist so dimensioniert, dass in Inneren eine Bohrung angeordnet ist, durch die die Düsennadel hindurch sich bewegen kann und gleichzeitig aber auch eine Stellung im Ringkolben einnehmen kann, in der die Düsennadel den Speicherraum in der Sandwichdüseneinheit 1 zuverlässig begrenzt und gleichzeitig dichtend wirkt.

In einer speziellen Ausführung der erfindungsgemäßen wechselbaren Zwischenscheibe 8 ist in der Kolbenbohrung für die Kolbenführung 13 eine oder mehrere Ringnuten 14 angeordnet, die jeweils mit mindestens einer Abführbohrung 15 verbunden sind, die bis nach außen durchgeführt sind. Diese Ringnut 14 dient der Abführung der inneren Leckage zwischen Kolben 11 und der Kolbenbohrung 13 in der Zwischenscheibe 8 um zu verhindern, das Leckage in den jeweils anderen Schmelzekanal 21 oder 22 fließen kann.

Um eine insgesamt kompakte Bauweise der gesamten Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen erreichen zu können, ist es wahlweise möglich, eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 mit oder ohne Speicherraum 32 in einer an sich bekannten zusätzlichen Adapterplatte 30 zwischen düsenseitigen Werkzeugteil 2 und düsenseitiger Maschinenplatte 33 anzuordnen.

Denkbar ist es auch, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 mit oder ohne Speicherraum 32 direkt im Spritzgießwerkzeug 34d. h. direkt in der heißen Seite angeordnet sind.

Auch eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen ist so möglich, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten 1 mit oder ohne Speicherraum 32 direkt an der Plastifizier- und Einspritzeinheit bzw. -einheiten 23 und 24 der Spritzgießmaschine angeordnet sein können.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn jeweils die Schnecke 28 der Plastifizier- und Einspritzeinheit bzw. -einheiten 23 und/oder 24 arretierbar ausgebildet sind und in den Spülphasen bei Mehrfachkavitäten ein Rückdrücken der jeweiligen Schmelze zuverlässig verhindert werden kann.

Günstig ist es ebenfalls, wenn die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen angeordneten schaltbaren Sperrventile 35 wahlweise vor der Sandwichdüseneinheit mit Speicherraum 22 in den Schmelzedurchführungen 5 und/oder direkt vor dem Anspritzpunkt der Kavität 3 im Schmelzdurchflusskanal 19 angeordnet sind.

Für eine entsprechend gestaltete Kavität, die kaskadenartig gefüllt wird, ist es vorteilhaft, dass die schaltbaren Sperrventile 35 wahlweise zeitlich getaktet und/oder druckabhängig ansteuerbar ausgebildet sind. Dadurch wird es erstmals möglich den Schmelzeverlauf in der Kavität zeitlich und druckmäßig genauer als bisher zu steuern.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer oder mehrerer Sandwichdüseneinheiten 1 innerhalb einer Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten- Spritzgießteilen in einem Mehrfachwerkzeug wurde erstmals ein Mehrfachwerkzeug geschaffen, wo die Lage und Stellung der Anspritzpunkte und der zugehörigen Düsenauflagepunkte unabhängig von der unterschiedlichen Erwärmung aller Bauteile der gesamtem Einheit Spritzgießmaschine-Spritzgießwerkzeug immer identisch ist, d. h. die Düsen befinden sich während des gesamten hintereinander folgenden Spritzgießprozesse unverrückbar in einer festen Position gegenüber den Anspritzpunkten im düsensseitigen Werkzeugteil 2.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der 1 bis 7 näher erläutert werden.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Sandwichdüseneinheit 1 in einer Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten- Spritzgießteilen in einem Mehrfachwerkzeug (Zweifachfachwerkzeug) mit mehreren (zwei) gleichzeitig zu spritzenden Kavitäten und in der Zwischenscheibe 8 angeordneten Speicherraum 32 für zwei unterschiedliche Schmelzen und einem Anspritzpunkt pro Kavität 3 und schaltbaren Sperrventilen 25
2 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Sandwichdüseneinheit 1 mit den Düsenelementen 6, der Zwischenscheibe 8 und zwei Stufenkolben 10 und 11 und einer Düsenscheibe 9 in jeweils drei Stellungen der Stufenkolben 10 und 11, von oben nach unten wird gezeigt
Stellung 1 – geschlossen in Sperrstellung
Stellung 2 – Einspritzen der Schmelze über Schmelzeleitung Hautmaterial 21
Stellung 3 – Einspritzen der Schmelze über Schmelzeleitung Kernmaterial 20
3 zeigt schematisch die direkte Anordnung mehrerer Speicherräume 32 in den Schmelzedurchflusskanälen 19 am Beispiel einer speziell gestalteten Kavität die kaskadenartig herzustellen ist.
4 zeigt schematisch die direkte Anordnung mehrerer Speicherräume 32 in den Schmelzedurchflusskanälen 19 am Beispiel eines Mehrfachwerkzeuges mit 4 voneinander unabhängig zu füllenden Kavitäten
5 zeigt eine bevorzugte Ausbildung einer Distanzscheibe 7
6 zeigt eine bevorzugte Ausbildung einer Zwischenscheibe 8
7 zeigt eine bevorzugte Ausbildung einer Düsenscheibe 9
Der Aufbau erfindungsgemäßer Sandwichdüseneinheit mit Speicherraum 22 ist in einer kompakten Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten- Spritzgießteilen in 1 als Beispiel der Übersichtlichkeit halber in der Ausführung als Zweifachfachwerkzeug mit zwei gleichzeitig zu spritzenden Kavitäten 3 abgebildet. Die Sandwichdüseneinheiten 22 sind hier sowohl in das Innere des massiv ausgebildeten düsenseitigen Werkzeugteils 2 als auch in die Adapterplatte 30, die sich an die düsenseitiger Maschinenplatte 33 anschließt, integriert angeordnet. Dadurch entsteht eine sehr kompakte Bauweise der gesamten Einheit Spritzgießwerkzeug 34 – Spritzgießmaschine. Das Spritzgießwerkzeug 34 besteht aus dem auswerferseitigen Düsenteil 4 und dem düsenseitigen Werkzeugteil 2. Zwischen beiden, in deren Inneren, sind die zu füllenden Kavitäten 3 ausgebildet. Von den Kavitäten 3 erstreckt sich je ein Angußkanal 18 bis zur Einmündung der Düsenbohrungen 31. Die beiden Düsenscheiben 9 bestehen in diesem vorliegenden Beispiel je aus einem Düsenscheibengrundteil und einer wechselbaren Düse (nicht benummert). Dies ist von Vorteil, um die Düsen zueinander und damit die Anspritzpunkte im düsenseitigen Werkzeugteil 2 unverändert vom thermischen Verhalten der gesamten Vorrichtung in bezug auf die zu füllenden Kavitäten 3 immer definiert in einer festen Lage halten zu können. An den Düsenscheiben 9 sind die Zwischenscheiben 8 angeordnet. Die Düsenscheiben 9 und die Zwischenscheiben 8 sind über die daran angeordneten Distanzscheiben 7 über vier Schrauben mit der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 fest verschraubt. In der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 erfolgt die Zuführung der Schmelzen 1 und 2 über die Schmelzeleitung 21 für das Hautmaterial und Schmelzeleitung 20 für das Kernmaterial. In jeder der Schmelzedurchführungen 5 der Zwischenscheiben 8 sind je ein Sperrventil 25 angeordnet, um zu gewährleisten, dass Schmelze nur in Öffnungsrichtung der Sperrventile 25 fließt. Im Inneren der Zwischenscheiben 8 sind Kolbenbohrungen zur Kolbenführung 13 angeordnet, in denen die Stufenkolben 11 geführt sind. In jedem Stufenkolben 11 ist je eine Durchgangsbohrung mit einem Steuerventil 26 angeordnet, welcher im vorliegenden Fall wie folgt wirkt. Das Steuerventil 26 wirkt bei Bewegung des Stufenkolbens 11 nach rechts beim Füllen des Speicherraumes 32 mit Hautmaterial über den Schmelzekanal 20 als Sperrventil. Bei Bewegung des Stufenkolbens 11 nach links (in Richtung der Düse), d. h. beim Einspritzen des Kernmaterials über den Schmelzekanal 21 von der Plastifizier- und Einspritzeinheit 23 (siehe 3 und 4) ist das Steuerventil 26 solange geschlossen, wie sich der Stufenkolben 11 bewegt. Erreicht dieser seinen linken Anschlag (dargestellt im unteren Teil der 19), öffnet das Steuerventil 26 und das Kernmaterial kann in die Kavität 3 gelangen.
Durch diese Anordnung der Stufenkolben 11 im direkten Durchfluss der Schmelze 2 (Kernmaterial) ist es erstmals möglich, über die Stellung der Stufenkolben 11 im Inneren der Sandwichdüseneinheiten mit Speicherraum 22 eine genau definiertes einstellbares Speichervolumen realisieren zu können. Dadurch wirkt dieser Speicherraum als Schmelzespeicher, mit dem gewährleistet ist, dass immer in jede einzelne Kavität unabhängig vom Schmelzedruck im gesamten System eine genau definierte Menge Hautmaterial eingespritzt wird. Zur besseren Veranschaulichung ist der obere Stufenkolben 11 der Sandwichdüseneinheit mit Speicherraum 22 in rechter Position, dass heißt – Schmelzespeicher gefüllt – und er untere Stufenkolben 11 in linker Position, dass heißt – Schmelzespeicher geleert – in 1 gezeichnet.
In 2 sind in drei Abbildungen die Schnittdarstellungen einer erfindungsgemäßen Sandwichdüseneinheit 1 zwischen düsenseitigen Werkzeugteil 2 und der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 innerhalb einer Adapterplatte 30 mit der erfindungsgemäßen Anordnung von drei Düsenelementen 6, einer Düsenscheibe 9, einer Zwischenscheibe 8 und einer Distanzscheibe 7 gezeigt. Die Funktion des rechten Düsenelements (genaue Zuführung der Schmelzen 1 und 2), üblicherweise die der Distanzscheibe 7, kann allerdings, durch spezielle konstruktive Ausbildung auch in die Heißkanalverteilungseinrichtung 29 selbst integriert sein. Dadurch wird aber der Vorteil der verschiedenen universellen Anpassung der Düsenelemente 6 an unterschiedliche Mehrfachwerkzeuge erheblich eingeschränkt. Diese Ausführung der erfindungsgemäßen Sandwichdüseneinheit 1 ohne Speichervolumen gemäß 2 bildet drei Stellungen eines anderen speziell ausgeführten vorteilhaften Stufenkolbens 11 und eines weiteren Kolbens 10 ab.
Stellung 1 – geschlossen in Sperrstellung
Stellung 2 – Einspritzen der Schmelze über Schmelzeleitung Hautmaterial 21
Stellung 3 – Einspritzen der Schmelze über Schmelzeleitung Kernmaterial 20
Ausgehend von Stellung 1 werden bei Einspritzen von Hautmaterial über die Schmelzeleitung 21 beide Kolben 11 und 10 im Inneren der Sandwichdüseneinheit 1 nach rechts bewegt. (Weg: –S). Diese Bewegung erfolgt durch den sich aufbauenden Schmelzedruck, der durch die Plastifizier- und Einspritzeinheit beim Einspritzen erzeugt wird. Wird über die Schmelzeleitung 20 Kernmaterial eingespritzt, bewegt sich dieser Stufenkolben 11 nach links (Weg: +S).
Nicht dargestellt ist eine Zwischenstellung dieses speziellen Stufenkolbens 11, wenn beide Schmelzen, d. h. Haut- und Kernmaterial gleichzeitig eingespritzt werden sollen (sogenannte Simultanphase).
Die erfindungsgemäße Zwischenscheibe ist hier vorteilhaft so ausgebildet, dass sie drehbar ist und auf einfache Art und Weise die Lage der Schmelzeleitungen 20 und 21 in Bezug auf den speziellen Stufenkolben 11 vertauscht werden kann. Die Bewegung der Kolben 10 und 11 kann außer durch den Schmelzedruck noch über am rechten Ende des Kolbens 10 angeordnete und wirkende zusätzliche Stelleinrichtungen (nicht in den Zeichnungen dargestellt) erfolgen.
In 3 ist schematisch die direkte Anordnung mehrerer Speicherräume 32 in den Schmelzedurchflusskanälen 19 am Beispiel einer speziell gestalteten Kavität 3 die kaskadenartig herzustellen ist, gezeigt. Hierbei ist die Kavität 3 nur ein Teil mit mehreren Anspritzpunkten, das nacheinander kaskadenartig gefüllt werden muss. Dies kann mit der Erfindung auf einfache An erreicht werden, indem für jeden Anspritzpunkt (hier beispielsweise vier im düsenseitigen Werkzeugteil 2) pro Angußkanal 18 je eine erfindungsgemäße Sandwichdüseneinheit 22 mit Speicherraum 32 angeordnet ist. Die Speicherräume 32 sind direkt in den Schmelzedurchflusskanal integriert. Das Hautmaterial fließt von der Plastifizier- und Einspritzeinheit 24 über einen Zuflusskanal 27 zur Heißkanalverteilungseinrichtung. In dieser erfolgt die Aufteilung in vier Schmelzeleitungen 21 für das Hautmaterial, die jeweils in eine eigenständige Sandwichdüseneinheit 22 mit Speicherraum 32 münden. In diesen Schmelzeleitungen 21 sind Sperrventile 25 zum Absperren der Schmelze 1 angeordnet, wenn über die Plastifizier- und Einspritzeinheit 23 eingespritzt wird. Pro Speicherraum 32 ist mindestens je ein Kolben 10 mit in dessen Durchgangsbohrung angeordneten Steuerventilen 26 geführt. Die Steuerventile dienen dabei der Steuerung der Kolbenbewegungen in Abhängigkeit von den Schmelzeflüssen der Schmelzen 1 und 2 während des Füllprozesses. Die Zuführung des Kernmaterials erfolgt von der Plastifizier- und Einspritzeinheit 23 über einen Zuflusskanal 27 zur Heißkanalverteilungseinrichtung, in der der Schmelzestrom auf vier Schmelzeleitungen Kernmaterial 20 aufgeteilt wird, die mit dem Speicherraum 32 verbunden sind. Das Füllen der Kavität 3 mit Haut- und Kernmaterial kann dabei zeitlich hintereinander oder parallel gesteuert erfolgen. Dies geschieht über die zusätzlich in den Schmelzeleitungen des Kernmaterials 20 angeordneten schaltbaren Sperrventile 35, die wahlweise zeitlich und/oder druckabhängig angesteuert werden. Der Aufbau und der Spritzprozess erfolgt aber in gleicher Abfolge wie unter 1 bereits beschrieben.
In 4 ist eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen schematisch abgebildet. Hier ist ein Vierfachwerkzeug für vier gleichzeitig herzustellende aber voneinander völlig unabhängige Kavitäten 3 gezeigt. Der Aufbau und das Zusammenwirken der analog ausgelegten Vorrichtung ist der gleiche wie bereits unter 1 beschrieben, allerdings ohne die schaltbaren Sperrventile 32. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass pro Kavität 3, unabhängig von wirkenden Fließwiderständen stets das gleiche Volumen an Hautmaterial pro Kavität eingespritzt wird.
5 zeigt die Draufsicht und eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausbildung einer erfindungsgemäßen Distanzscheibe 7. In dieser sind bevorzugt symmetrisch verteilt vier Befestigungsbohrungen 16 angeordnet. Zentrisch ist eine Kolbenbohrung zur Kolbenführung 13 angeordnet. In dieser wird der Kolben 10 und/oder 11 geführt. Außermittig befindet sich in der Distanzscheibe 7 auch die Schmelzeleitung 20 für die Zuführung des Kernmaterials. Zu Montage und Justierzwecken ist des weiteren die Arretierungsbohrung 17 angeordnet, mittels der die Distanzscheibe 7 an der Heißkanalverteilungseinrichtung 29 ausgerichtet und während der Montage der folgenden Düsenscheiben 6 arretiert wird. Bei Anordnung weiterer Schmelzeleitungen sind auch andere Anordnungen der Befestigungsbohrungen 16 möglich. Gleiches gilt dann ebenfalls für die weiteren Düsenscheiben 6 und zwar für die Zwischenscheibe 8 und die Düsenscheibe 9 gemäß den 6 und 7.
6 zeigt die Draufsicht und eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausbildung einer erfindungsgemäßen Zwischenscheibe 8. In dieser sind analog zur Distanzscheibe 7 entsprechend symmetrisch verteilt vier analoge Befestigungsbohrungen 16 angeordnet. Gleichfalls ist in dieser eine Arretierungsbohrung 17 angeordnet, mittels der die Zwischenscheibe 8 an der Distanzscheibe ausgerichtet und während der Montage der folgenden Düsenscheibe 6 arretiert wird. Zentrisch ist in deren Inneren die Kolbenbohrung zur Kolbenführung 13 angeordnet. In der Regel übernimmt die Zwischenscheibe 8 die Hauptführungsfunktion für den Stufenkolben 11 oder den Kolben 10. Die Zwischenscheibe 8 kann auch mehrfach angeordnet werden. In einer Ausführung entspricht die Anzahl der Zwischenscheiben 8 der Anzahl der zu spritzenden Schmelzkomponenten minus eins (z. B. drei farblich unterschiedliche Schmelzen bedingen zwei konstruktiv gestaltete Zwischenscheiben zur Schmelzezuführung). In der Kolbenbohrung zur Kolbenführung 13 ist zusätzlich innen eine Ringnut 14 angeordnet. Von dieser Ringnut 14 ausgehend führt eine Abführbohrung 15 bis nach außen außerhalb der Vorrichtung. Durch diese Ringnut 14 erfolgt die Abführung, der sich an den Grenzflächen zwischen den Kolben 10 oder 11 und der Wand der Kolbenbohrung 13 bei der ständigen Kolbenbewegung bildenden inneren Leckage. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass Leckage in den jeweils anderen Schmelzeleitungen 21 oder 22 fließen kann. Die Zwischenscheibe 8 ist so konstruiert, dass sie in Viertelkreisabschnitten drehbar ist, wodurch die Verbindung der Schmelzekanäle, hier der Schmelzeleitungen 20 und 21 untereinander auf einfache Art und Weise getauscht werden kann.
7 zeigt die Draufsicht und eine Schnittdarstellung einer bevorzugten einteiligen Ausbildung einer erfindungsgemäßen Düsenscheibe 9. In dieser sind analog zur Distanzscheibe 7 und zur Zwischenscheibe 8 entsprechend symmetrisch verteilt vier analoge Befestigungsbohrungen 16 angeordnet. Über diese vier Befestigungsbohrungen 16 erfolgt ein Verschrauben der drei Düsenscheiben 6 mit der Heißkanalverteilungseinrichtung. Zentrisch ist im Inneren die Kolbenbohrung zur Kolbenführung 13 fortgeführt. Sie läuft konisch aus. Die entstehende konische Ringfläche korrespondiert mit der kegeligen Fläche der Kolben 11 oder 10 und dient, der Abdichtung der Schmelzekanäle. Zentrisch ist in der Düsenscheibe 9 die Düsenbohrung 31 angeordnet, die in einen Angußkanal mündet oder bis zur Kavität selbst sich erstrecken kann.

1: Sandwichdüseneinheit
2: düsenseitiges Werkzeugteil
3: Kavität
4: auswerferseitiges Werkzeugteil
5: Schmelzedurchführungen
6: Düsenelemente
7: Distanzscheibe
8: Zwischenscheibe
9: Düsenscheibe
10: Kolben
11: Stufenkolben
12: Vorderer Ringkolben
13: Kolbenbohrung zur Kolbenbführung
14: Ringnut
15: Abführbohrung
16: Befestigungsbohrungen
17: Arretierungsbohrung
18: Angußkanal
19: Schmelzedurchflusskanal
20: Schmelzeleitung Kernmaterial
21: Schmelzeleitung Hautmaterial
22: Sandwichdüseneinheit mit Speicherraum
23: Plastifizier- und Einspritzeinheit Kernmaterial
24: Plastifizier- und Einspritzeinheit Hautmaterial
25: Sperrventil
26: Steuerventil
27: Zuflusskanal
28: Schnecke der Plastifizier und Einspritzeinheiten
29: Heißkanalverteilungseinrichtung
30: Adapterplatte
31: Düsenbohrung
32: Speicherraum
33: düsenseitiger Maschinenplatte
34: Spritzgießwerkzeug
35: Schaltbares Sperrventil

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen bestehend aus Heißkanalverteilungseinrichtung und/oder Adapterplatte und Sandwichdüseneinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten (1) (Coinjektionsdüsen) jeweils aus mehreren untereinander lösbar verbundenen zylindrischen Düsenelementen (6) variabler Stärke bestehen, wobei die Verbindung aus Düsenrichtung gesehen, nach Abnahme des düsenseitigen Werkzeugteils (2) lösbar ist, in den zylindrischen Düsenelementen (6) zwei oder mehrere Schmelzdurchführungen (5) angeordnet sind, wobei die Abmessungen und Lage der Schmelzdurchführungen (5) der einzelnen Düsenelemente (6) untereinander mit den Schmelzkanälen (27) der Heißkanalverteilungseinrichtung (29) und/oder der beheizbaren Adapterplatte (30) korrespondieren, im Inneren der Sandwichdüseneinheiten (1) zwei hintereinander angeordnete Stufenkolben (10, 11) so angeordnet sind, dass sie wahlweise schmelzdruck- oder fremdgesteuert betätigbar sind und in Abhängigkeit von ihrer Lage eine definierte Stellung oder Zwischenstellung ansteuern.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sandwichdüseneinheit (1) aus zwei oder drei scheibenartigen untereinander lösbaren verbundenen zylindrischen Düsenelementen (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sandwichdüseneinheit (1) aus zwei oder drei scheibenartigen untereinander verschraubten zylindrischen Düsenelementen (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei zylindrischen Düsenelemente (6) als Distanzscheibe (7), Zwischenscheibe (8) und Düsenscheibe (9) ausgebildet sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenscheibe (8) aus mehren Einzelscheiben besteht.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenscheibe (8) aus mehren Einzelscheiben besteht, wobei die Einzelscheiben in der Lage und Anzahl der Schmelzdurchführungen (5) variieren.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenscheibe (8) so ausgebildet ist, dass sie in Viertelkreisabschnitten drehbar anordenbar ist.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenscheibe (8) so dimensioniert ist, dass ein oder beide Stufenkolben (10, 11) in der Kolbenbohrung zur Kolbenführung (13) geführt sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zwischenscheiben (8) der Anzahl der zu spritzenden Schmelzekomponenten minus eins entspricht.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenscheibe (9) aus einem Düsenscheibengrundteil und einer wechselbaren Düse besteht.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenscheibe (9) oder die wechselbare Düse gleichzeitig Bestandteil der Formkavität ist oder als übliche Heißkanaldüse ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle eines Stufenkolbens (11) ein vorderer Ringkolben (12) und an Stelle des Stufenkolbens (10) eine schmelzedruckgesteuerte Düsennadel so angeordnet ist, dass sie in ihrer vorderen Endlage in die Düsenbohrung (31) hineinreicht und diese abdichtet.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zwischenscheibe (8) in der Kolbenbohrung für die Kolbenführung (13) eine oder mehrere Ringnuten (14) angeordnet sind, die jeweils mit Abführbohrungen (15) verbunden sind, die bis nach außen durchgeführt sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen in einem Mehrfachwerkzeug mit mehreren gleichzeitig zu füllenden Kavitäten mit Heißkanalverteilungseinrichtungen für unterschiedliche Schmelzen und ein oder mehreren Anspritzpunkten pro Kavität und schaltbaren Sperrventilen, dadurch gekennzeichnet, dass pro Kavität (3) eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten (1) mit oder ohne Speicherraum (32) für die Hautkomponente im Schmelzedurchflusskanal (19) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten (1) mit oder ohne Speicherraum (32) in einer zusätzlichen Adapterplatte (30) zwischen düsenseitigen Werkzeugteil (2) und düsenseitiger Maschinenplatte (33) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten (1) mit oder ohne Speicherraum (32) direkt im Spritzgießwerkzeug (34) (heiße Seite) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sandwichdüseneinheiten (1) mit oder ohne Speicherraum (32) direkt an der Plastifizier- und Einspritzeinheit bzw. -einheiten (23, 24) der Spritzgießmaschine (35) angeordnet ist bzw. sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (28) der Plastifizier- und Einspritzeinheit bzw. -einheiten (23, 24) arretierbar ausgebildet sind und in den Spülphasen bei Mehrfachkavitäten ein Rückdrücken der jeweiligen Schmelze verhindert.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Sperrventile (35) wahlweise vor der Sandwichdüseneinheit mit Speicherraum (22) und/oder direkt vor dem Anspritzpunkt der Kavität (3) im Schmelzdurchflusskanal (19) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen von Mehrkomponenten-Spritzgießteilen nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Sperrventile (35) wahlweise zeitlich getaktet und/oder druckabhängig ansteuerbar ausgebildet sind.