DE10359482A1

DE10359482A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Spritzgussteils

Info

Publication number: DE10359482A1
Application number: DE2003159482
Authority: DE
Inventors: Andreas Kissler
Original assignee: PLASTIC SERVICE GmbH; PLASTIC-SERVICE GmbH
Current assignee: PLASTIC SERVICE GmbH; PLASTIC-SERVICE GmbH
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-21

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Spritzgussteils (2), welches durch Einspritzen einer ersten und zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente (4, 6) mithilfe einer durch eine Nadel (20) verschließbaren Düse (1), insbesondere Heißkanaldüse, in eine erste und zweite Kavität (8, 10) einer Spritzgussform (12) und Aushärten der Kunststoff-Komponenten (4, 6) erzeugt wird, wobei die erste Kavität (8) im Bereich der Düsenöffnung (18) der Düse (1) angeordnet ist, zeichnen sich dadurch aus, dass die Nadel (20) in die erste Kavität (8) hineingefahren wird, die erste Kunststoff-Komponente (4) in die erste Kavität (8) eingespritzt wird, die Nadel (20) nach dem Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente (4) aus der ersten Kavität (8) herausgezogen wird, so dass in der ersten Kunststoff-Komponente (4) eine im Wesentlichen dem Durchmesser der Nadel (20) entsprechende Durchgangsöffnung (34) zur zweiten Kavität (10) verbleibt, und anschließend die zweite Kunststoff-Komponente (6) durch die Durchgangsöffnung (34) hindurch in die zweite Kavität (10) eingespritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Spritzgussteils, welches durch Einspritzen einer ersten und zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente in eine zugeordnete erste und zweite Kavität einer Spritzgussform erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 7.
Für die äußere Formgebung von Gegenständen und technischen Geräten werden heutzutage zunehmend Kunststoffteile eingesetzt, bei denen unterschiedliche Kunststoff-Komponenten zum Einsatz gelangen. So kann beispielsweise die äußere Farbgestaltung eines Gegenstandes durch den Einsatz von zwei oder mehr Kunststoff-Komponenten unterschiedlicher Farbe an ein gewünschtes Design angepasst werden. In gleicher Weise besteht die Möglichkeit, durch die Verwendung unterschiedlich harter Kunststoffe die Haptik, d.h. das Griffverhalten, eines Gegenstandes in gewünschter Weise anzupassen. Ein Beispiel hierfür sind z.B. Weichkunststoffapplikationen, die auf Zahnbürsten oder auch im Bereich der Kontaktflächen von Tragegriffen für Getränkekästen, Taschen und dergleichen angebracht werden, um einen besseren Halt der jeweiligen Gegenstände zu ermöglichen.
Aus dem Stand der Technik ist es in diesem Zusammenhang bekannt, in einem Spritzgießwerkzeug pro Zyklus auf einer Spritzgießmaschine mit mehreren Kunststofftypen ein Bauteil aus mehreren Materialien herzustellen. Hierzu werden unterschiedliche Werkzeugtechniken angewandt, wie beispielsweise die Werkzeugschiebertechnik (auch als Core-Back-Technik bekannt), bei der nach dem Einspritzen der ersten flüssigen Kunststoff-Komponente mittels einer Heißkanaldüse und dem Erstarren der ersten Kunststoff-Komponente ein Freiraum für eine zweite Kunststoff-Komponente mittels eines entsprechenden Schiebers freigehalten wird, in den nach dem Entfernen des Schiebers die zweite Kunststoff-Komponente eingespritzt wird.
Um die Core-Back-Technik zu realisieren, ist ein Heißkanalsystem für die erste und zweite Kunststoff-Komponente notwendig, mit welchem die flüssige Kunststoffschmelze direkt in die jeweilige Kavität für die erste und zweite Komponente eingespritzt wird. Die hierbei eingesetzten Heißkanaldüsen, die in der Regel als Nadelverschlussdüsen ausgestaltet sind, befinden sich dabei direkt am Rande der jeweiligen Kavität.
Bei den bekannten Zweikomponenten-Core-Back-Werkzeugen des Standes der Technik, die unter Einsatz von Nadelverschluss-Heißkanaldüsen zum Einsatz gelangen, ergibt sich mitunter das Problem, dass ein direktes Anspritzen der zweiten Kunststoff-Komponente aufgrund der durch die äußere Form des zu erzeugenden Gegenstandes bedingten räumlichen Platzverhältnisse nicht möglich ist.
So besteht beispielsweise bei der Fertigung von Kästen/Kisten die Schwierigkeit, dass nach dem Einspritzen und Aushärten des durch eine vergleichsweise harte erste Kunststoff-Komponente gebildeten Grundkörpers ein unmittelbares Anspritzen von einer weichen zweiten Kunststoff-Komponente im Bereich der Unterseite der Tragegriffe aufgrund der Ausgestaltung und Positionierung der Schieber für die Erstellung des Grundkörpers in der Regel nicht möglich ist, ohne den Grundkörper nach dem Entfernen der Schieber aus der ersten Kavität zu entnehmen, umzuspannen und in einem weiteren Arbeitsgang in dem genannten Griffbereich erneut zu umspritzen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die ein Anspritzen einer zweiten Kunststoff-Komponente an einer Position in einem Arbeitsgang erlauben, an der ein direktes Anspritzen aus räumlichen Gründen mit der herkömmlichen Zweikomponententechnik nicht realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und 7 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung eines Spritzgussteils, welches durch Einspritzen einer ersten und zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente mit Hilfe einer Nadelverschluss-Heißkanaldüse in eine erste und zweite Kavität einer bekannten Spritzgussform und Aushärten der Kunststoff-Komponenten erzeugt wird, die Nadel während des Einspritzvorgangs der ersten Kunststoff-Komponente aus der Düsenöffnung heraus in die erste Kavität hinein bis zu dem der ersten Kavität gegenüberliegenden Rand verfahren, und verbleibt dort während des Einspritzens der ersten Kunststoff-Komponente.
Nachdem die erste Kunststoff-Komponente vollständig eingespritzt und ausgehärtet ist, wird die Nadel aus der ersten Kunststoff-Komponente heraus in die Heißkanaldüse zurückgezogen, so dass in der ausgehärteten oder nahezu ausgehärteten ersten Kunststoff-Komponente eine Durchgangsöffnung verbleibt, die sich durch die gesamte erste Kunststoff-Komponente hindurch bis zur zweiten Kavität erstreckt, die vorzugsweise durch einen bekannten Schieber definiert wird.
In einem nächsten Arbeitsschritt wird die zweite Kavität durch Entfernen des zugeordneten Schiebers freigegeben, die Düsenöffnung durch vollständiges Zurückziehen der Nadel in Düse freigegeben und die zweite Kunststoff-Komponente durch die entstandene Durchgangsöffnung hindurch in die zweite Kavität eingespritzt.
Nachdem die zweite Kavität und auch die Durchgangsöffnung in der ersten ausgehärteten Kunststoff-Komponente vollständig mit dem zweiten Kunststoffmaterial ausgefüllt sind, wird die Nadel zurück in die Verschlussposition bewegt, so dass – wie bei der Nadelverschlusstechnik üblich – ein vergleichsweise glattwandiger Abschluss des in die Durchgangsöffnung eingespritzten zweiten Kunststoffmaterials erhalten wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass sich bekannte Bauteile, wie beispielsweise Kisten und Kästen, bei denen zum Anspritzen einer zweiten Kunststoff-Komponente in der Regel ein Umspannen bzw. Einlegen des Bauteils erforderlich ist, erheblich schneller und kostengünstiger fertigen lassen.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erhalten, dass es aufgrund der sich in die Durchgangsöffnung hinein erstreckenden zweiten Kunststoff-Komponente zu einer verbesserten mechanischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kunststoff-Komponente kommt. Hierdurch wird beispielsweise bei Kisten/Kästen die Gefahr des Ablösens der weichen Griffflächen durch mechanische Beanspruchung zusätzlich reduziert.
Die Nadel erstreckt sich vor dem Einspritzen der zweiten Kunststoff-Komponente vorzugsweise bis an den den Rand der ersten, bzw. zweiten Kavität begrenzenden Schieber heran, welcher nach dem Einspritzen und Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente aus der Spritzgussform entfernt wird, und hierdurch den Zugang für die zweite Kunststoff-Komponente zur zweiten Kavität freigibt.
Die erste und die zweite Kunststoff-Komponente sind hierbei vorzugsweise durch Hitze verflüssigbare Kunststoffe, die in flüssiger Form in die zugeordneten ersten und zweiten Kavitäten eingespritzt werden. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe eingesetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt die erste Kunststoff-Komponente einen höheren Schmelzpunkt als die zweite Kunststoff-Komponente, wodurch der Vorteil erhalten wird, dass die zweite Kunststoff-Komponente auch nach dem Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente in der Durchgangsöffnung während des Einspritzvorgangs hinreichend dünnflüssig bleibt und Verstopfungen der Durchgangsöffnung auf ein Mindestmaß reduziert werden.
In gleicher Weise ist es jedoch ebenfalls vorstellbar, dass die erste und/oder zweite Kunststoff-Komponente chemisch härtende Kunststoffe, beispielsweise Polyester oder Epoxydharze sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente zur Düsenöffnung innerhalb der zugehörigen Heißkanaldüse vorzugsweise in Abhängigkeit von der Position der Nadel gesteuert, wobei die Nadel sich in vorteilhafter Weise entlang der Längsachse der Düse durch die Düsenöffnung hindurch erstreckt und in wenigstens drei Positionen verfahrbar ist. Hierbei ist die Nadel in einer ersten Freigabeposition vorzugsweise so weit in das Gehäuse der Heißkanaldüse zurückgezogen, dass die Düsenöffnung zur Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente vollständig freigegeben ist. In einer zweiten Schließposition ist die Nadel demgegenüber so weit in Richtung zur Düsenöffnung hin verschoben, dass die Nadelspitze im Bereich der Düsenöffnung vorzugsweise bündig mit der Wandfläche der ersten Kavität abschließt. Schließlich ist die Nadel erfindungsgemäß in eine dritte Position aus der Düse heraus verschiebbar, in der sich die Nadelspitze vorzugsweise in direktem Kontakt mit der der Düse gegenüberliegenden Wandfläche der ersten Kavität befindet, die bevorzugt durch die Wandfläche eines die zweite Kavität ausfüllenden Schiebers gebildet wird.
Das Verschieben der Nadel erfolgt hierbei in erfindungsgemäßer Weise durch eine Betätigungseinrichtung in Form eines Pneumatik- oder auch Hydraulik-Zylinders, welcher durch eine zugeordnete elektronische oder auch mechanische Steuerungseinrichtung in die zuvor beschriebenen drei Positionen verfahrbar ist. Der Zylinder kann beispielsweise unmittelbar mit dem der Nadelspitze gegenüberliegenden Ende der Nadel gekoppelt sein, die in vorteilhafter Weise konzentrisch zur Düsenöffnung entlang eines sich konzentrisch um die Nadel herum erstreckenden Zufuhrkanalabschnitts für die zweite Kunststoff-Komponente verläuft, der sich ebenfalls vorzugsweise entlang der Längsachse der Düse erstreckt.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Heißkanaldüse, bei der sich die Nadel durch die Düsenöffnung hindurch in die erste Kavität hinein erstreckt, vor dem Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente,
2 die Vorrichtung von 1 beim Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente,
3 die erfindungsgemäße Heißkanaldüse der 1 und 2 beim Einspritzen der zweiten Kunststoff-Komponente, wobei die Nadel in die erste Freigabeposition zurückgezogen ist, und
4 die Heißkanaldüse nach der 1 bis 3 nach dem Einspritzen der zweiten Kunststoff-Komponente durch die Durchgangsöffnung hindurch und Verfahren der Nadel in die Schließposition.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Heißkanaldüse 1 zur Herstellung eines Spritzgussteils 2, welches durch Einspritzen einer ersten flüssigen Kunststoff-Komponente 4 und einer zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente 6 in eine erste und zweite Kavität 8 und 10 einer Spritzgussform 12 erzeugt wird, ein Düsengehäuse oder Düsenkörper 14, in dem ein Zufuhrkanal 16 zur Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente 6 zu einer Düsenöffnung 18 gebildet ist.
Innerhalb des Düsengehäuses 14 ist weiterhin eine sich durch die Düsenöffnung 18 hindurch entlang der Längsachse der Heißkanaldüse 1 erstreckende Nadel 20 aufgenommen, die durch eine Betätigungseinrichtung in Form eines Pneumatikzylinders 22 in wenigstens drei unterschiedliche Positionen verfahren werden kann.
Die Nadel 20 ist innerhalb des Düsengehäuses 14 durch eine nicht näher bezeichnete Gleitführung in Richtung des Pfeils 23 im Wesentlichen in Längsrichtung der Nadel verschiebbar gelagert, und erstreckt sich im Bereich des Düsenkopfes entlang eines zur Nadel 20 konzentrischen Kanalabschnitts 24 des Zufuhrkanals 16, welcher mit der Düsenöffnung 18 kommuniziert.
Die Herstellung eines Spritzgussteils 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 im Einzelnen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, wir die Nadel 20 durch den Pneumatikzylinder 22 vor dem Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente 4 durch die Düsenöffnung 18 hindurch in die erste Kavität 8 hineinbewegt, bis die Nadelspitze 26 an der gegenüberliegenden Wand 28 der ersten Kavität 8 anliegt, die durch die zugeordnete Seitenwand eines entsprechenden Schiebers 30 gebildet wird, der die zweite Kavität 10 beim Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente 4 begrenzt und freihält.
In einem nächsten Schritt wird gemäß der Darstellung von 2 die erste Kunststoff-Komponente 4 in die erste Kavität 8 eingespritzt. Das Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente 4 erfolgt hierbei in bekannter Weise durch eine nicht näher dargestellte weitere Heißkanaldüse, und ist in 2 aus darstellungstechnischen Gründen lediglich schematisch durch den Pfeil 32 angedeutet. Während des Einspritzens der ersten Kunststoff-Komponente 4 wird die Nadel 20 vollständig mit dieser umspritzt, und übernimmt hierbei die Funktion eines Schiebers, indem sie den Raum für eine Durchgangsöffnung 34 in der ersten Kunststoff-Komponente 4 freihält.
Nach dem Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente 4 wird der Schieber 30 entfernt und die Nadel 20, wie in 3 gezeigt, durch den Pneumatikzylinder 22 soweit in das Düsengehäuse 14 zurückgezogen (erste Öffnungsposition), bis die Düsenöffnung 18 durch die Nadelspitze 26 freigegeben wird und die flüssige zweite Kunststoff-Komponente 6 durch den Zufuhrkanal 16 und die Durchgangsöffnung 34 hindurch in die zweite Kavität 10 eintritt, wie dies anhand der Pfeile in 3 angedeutet ist.
Wenn die zweite Kavität 10 und die Durchgangsöffnung 34 vollständig mit der zweiten Kunststoff-Komponente 6 gefüllt sind, wird die Nadel 20 durch den Pneumatikzylinder 22 in Richtung zur Düsenöffnung 18 hin in die in 4 gezeigte zweite Schließposition bewegt, in der die Nadelspitze 26 im Wesentlichen bündig mit der düsennahen Wand der Spritzgussform 12 abschließt, so dass nach dem Aushärten der zweiten Kunststoff-Komponente 6 im Bereich der Düsenöffnung 18 ein im Wesentlichen glattwandiger Übergang zwischen der zweiten Kunststoff-Komponente 6 in der Durchgangsöffnung 34 und der ersten Kunststoff-Komponente 4 erhalten wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteils (2), welches durch Einspritzen einer ersten und zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente (4, 6) mit Hilfe einer durch eine Nadel (20) verschließbaren Düse (1), insbesondere Heißkanaldüse, in eine erste und zweite Kavität (8, 10) einer Spritzgussform (12) und Aushärten der Kunststoff-Komponenten (4, 6) erzeugt wird, wobei die erste Kavität (8) im Bereich der Düsenöffnung (18) der Düse (1) angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Einführen der Nadel (20) in die erste Kavität (8), – Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente (4) in die erste Kavität (8), – Herausziehen der Nadel (20) aus der ersten Kavität (8) nach dem Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente (4), derart, dass in der ersten Kunststoff-Komponente (4) eine im Wesentlichen dem Durchmesser der Nadel (20) entsprechende Durchgangsöffnung (34) zur zweiten Kavität (10) verbleibt, und – Einspritzen der zweiten Kunststoff-Komponente (6) durch die Durchgangsöffnung (34) hindurch in die zweite Kavität (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (20) sich beim Einspritzen der ersten Kunststoff-Komponente (4) bis an einen den Rand der zweiten Kavität (10) begrenzenden Schieber (30) heran erstreckt, welcher nach dem Einspritzen und Aushärten der ersten Kunststoff-Komponente (4) aus der Spritzgussform (12) entfernt wird und den Zugang für die zweite Kunststoff-Komponente (6) zur zweiten Kavität (10) freigibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kunststoff-Komponente (4, 6) durch Hitze verflüssigbare Kunststoffe sind, die in flüssiger Form in die zugeordneten ersten und zweiten Kavitäten eingespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kunststoff-Komponente (4) einen höheren Schmelzpunkt als die zweite Kunststoff-Komponente (6) besitzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente (6) zur Düsenöffnung (18) in Abhängigkeit von der Position der Nadel (20) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (20) im Wesentlichen linear in wenigstens 3 Positionen verfahrbar ist, derart, dass die Nadel in einer ersten Freigabeposition soweit in das Düsengehäuse (14) zurückgezogen ist, dass die Düsenöffnung (18) zur Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente (6) freigegeben ist, die Nadelspitze (26) in einer zweiten Schließposition im Bereich der Ebene der düsennahen Wandfläche der ersten Kavität (8) angeordnet ist, und die Nadelspitze (26) sich in einer dritten Position im Bereich der düsenfernen Wandfläche der ersten Kavität (8) befindet.
Heißkanaldüse (1) zur Herstellung eines Spritzgussteils (12), welches durch Einspritzen einer ersten und zweiten flüssigen Kunststoff-Komponente (4, 6) in eine erste und zweite Kavität (8, 10) einer Spritzgussform (12) erzeugt wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Düsenkörper (14), einem im Düsenkörper (14) gebildeten Zufuhrkanal (16) zur Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente (6) sowie mit einer innerhalb des Düsenkörpers (14) angeordneten Nadel (20), welche durch eine Betätigungseinrichtung (22) aus einer ersten Freigabeposition, in welcher der Zufuhrkanal (16) strömungsmäßig mit der Düsenöffnung (18) verbunden ist, in eine zweite Schließposition bewegbar ist, in der die strömungsmäßige Verbindung zwischen dem Zufuhrkanal (16) und der Düsenöffnung (18) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (20) durch die Betätigungseinrichtung (22) in eine dritte Position bewegbar ist, in der sich die Nadelspitze (26) zur Erzeugung einer Durchgangsöffnung (34) in der ersten Kunststoff-Komponente (4) über die Ebene der Düsenöffnung (18) hinaus in eine an die Heißkanaldüse (1) angrenzende ersten Kavität (8) hinein erstreckt.
Heißkanaldüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (20) konzentrisch zur Düsenöffnung (18) angeordnet ist.
Heißkanaldüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (20) durch die Betätigungseinrichtung (22) soweit in die erste Kavität (8) hinein bewegbar ist, dass ist Nadelspitze (26) an der der Düsenöffnung (18) gegenüberliegenden Wand der ersten Kavität (8) anliegt.
Heißkanaldüse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder (22) umfasst.