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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Formteils mit mehreren Abschnitten, das Verfahren aufweisend die Schritte Erzeugen wenigstens eines ersten Formteilabschnitts und wenigstens eines zweiten Formteilabschnitts in einem Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren und Fügen des wenigstens einen ersten Formteilabschnitts und des wenigstens einen zweiten Formteilabschnitts zu einem Formteil mit mehreren Abschnitten. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteils mit mehreren Abschnitten, die Vorrichtung aufweisend wenigstens ein erstes Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug zum Erzeugen wenigstens eines ersten Formteilabschnitts und wenigstens ein zweites Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Formteilabschnitts, wobei der wenigstens eine erste Formteilabschnitt und der wenigstens eine zweite Formteilabschnitt miteinander zu einem Kunststoff-Formteil fügbar sind, und wenigstens eine Spritzeinrichtung zum Einspritzen eines Kunststoffs.
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Aus der
DE 10 2011 004 015 A1 ist eine Vorrichtung bekannt zum Herstellen eines mehrteiligen Bauteils mit mindestens einem ersten Formwerkzeug, zum Erzeugen einer ersten Komponente des Bauteils und mindestens einem zweiten Formwerkzeug, zum Erzeugen einer zweiten Komponente des Bauteils, bei der das erste Formwerkzeug ein Spritzguss oder Spritzpresswerkzeug ist und dass das zweite Formwerkzeug ein Presswerkzeug ist.
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Aus der
DE 10 2007 041 982 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen eines beschichteten Hohlkörpers aus Kunststoff, wobei der Körper mittels eines Injektionsverfahrens geformt wird, auf wenigstens einen Teil der Außenseite des Hohlkörpers wenigstens eine Schicht aus einem weicheren Kunststoff aufgebracht und die Formung mittels Wasserinjektion durchgeführt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Insbesondere soll ein Kunststoff-Formteil herstellbar sein, das zumindest abschnittsweise eine erhöhte Belastbarkeit aufweist. Insbesondere soll ein Kunststoff-Formteil herstellbar sein, das zumindest abschnittsweise eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Insbesondere soll ein Kunststoff-Formteil herstellbar sein, das zumindest abschnittsweise eine als Sichtfläche geeignete Oberfläche aufweist. Insbesondere soll ein Kunststoff-Formteil herstellbar sein, das sowohl eine zumindest abschnittsweise erhöhte Steifigkeit als auch eine zumindest abschnittsweise als Sichtfläche geeignete Oberfläche aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Formteils mit mehreren Abschnitten, das Verfahren aufweisend die Schritte Erzeugen wenigstens eines ersten Formteilabschnitts und wenigstens eines zweiten Formteilabschnitts in einem Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren und Fügen des wenigstens einen ersten Formteilabschnitts und des wenigstens einen zweiten Formteilabschnitts zu einem Formteil mit mehreren Abschnitten, wobei der wenigstens eine erste Formteilabschnitt und/oder der wenigstens eine zweite Formteilabschnitt unter Anwendung eines Wasserinjektionsverfahrens hergestellt wird.
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Das Verfahren zum Herstellen kann zur Anwendung in der Automobilindustrie dienen. Das Kunststoff-Formteil kann ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug sein. Das Kunststoff-Formteil kann sowohl eine Tragfunktion als auch eine Designfunktion haben. Ein Formteilabschnitt kann im Wesentlichen eine Tragfunktion haben. Ein Formteilabschnitt kann im Wesentlichen eine Designfunktion haben. Das Kunststoff-Formteil kann aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt werden. Der erste Formteilabschnitt kann aus einem ersten Kunststoff und der zweite Formteilabschnitt kann aus einem zweiten Kunststoff hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann zumindest abschnittsweise aus einem faserverstärktem Kunststoff hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann zumindest abschnittsweise aus Polypropylen (PP) hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann zumindest abschnittsweise aus Polyamid (PA) hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann zumindest abschnittsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid, beispielsweise PA6 oder PA66, hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt werden. Das Kunststoff-Formteil kann aus einem elastomeren Kunststoff hergestellt werden. Der erste Formteilabschnitt und der zweite Formteilabschnitt können stoffschlüssig gefügt werden. Zwischen dem ersten Formteilabschnitt und dem zweiten Formteilabschnitt kann eine atomare oder molekulare Verbindung hergestellt werden. Der erste Formteilabschnitt und der zweite Formteilabschnitt können in zumindest teilweise plastischem Zustand gefügt werden.
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Das Wasserinjektionsverfahren (WIT) ist ein Sonderverfahren der Spritzgießtechnik. Zum Erzeugen des wenigstens einen ersten Formteilabschnitts und/oder des wenigstens einen zweiten Formteilabschnitts kann zunächst ein Kunststoff eingespritzt und nachfolgend Wasser injiziert werden, um in dem wenigstens einen ersten Formteilabschnitt und/oder in dem wenigstens einen zweiten Formteilabschnitt einen Hohlraum zu erzeugen. Der wenigstens eine erste Formteilabschnitt und/oder der wenigstens eine zweite Formteilabschnitt kann mit Wasser durchgespült werden. Nachfolgend kann das Wasser entfernt werden. Das Wasser kann mit einer gegenüber dem zunächst eingespritzten Kunststoff niedrigeren Temperatur injiziert werden. Damit kann der zunächst eingespritzte Kunststoff zumindest abschnittsweise gekühlt werden. Das Wasserinjektionsverfahren kann als Ausblasverfahren, als Aufblasverfahren oder als Masserückdruckverfahren durchgeführt werden. In dem Ausblasverfahren kann eine Kavität zunächst vollständig mit Kunststoff gefüllt und nachfolgend kann Wasser injiziert werden, um den Kunststoff teilweise aus der Kavität in eine Nebenkavität zu verdrängen. In dem Aufblasverfahren kann eine Kavität zunächst nur teilweise mit Kunststoff gefüllt und nachfolgend kann Wasser injiziert werden, um die Kavität vollständig zu füllen und einen Hohlraum zu erzeugen. In dem Masserückdruckverfahren kann eine Kavität zunächst vollständig mit Kunststoff gefüllt und nachfolgend kann Wasser injiziert werden, um den Kunststoffteilweise aus der Kavität zurück in eine Spritzeinheit zu verdrängen.
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Außerdem erfolgt die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoff-Formteils mit mehreren Abschnitten, die Vorrichtung aufweisend wenigstens ein erstes Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug zum Erzeugen wenigstens eines ersten Formteilabschnitts und wenigstens ein zweites Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Formteilabschnitts, wobei der wenigstens eine erste Formteilabschnitt und der wenigstens eine zweite Formteilabschnitt miteinander zu einem Kunststoff-Formteil fügbar sind, und wenigstens eine Spritzeinrichtung zum Einspritzen eines Kunststoffs, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Injektionseinrichtung zum Injizieren von Wasser aufweist.
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Das erste Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug kann in geschlossenem Zustand wenigstens eine Kavität begrenzen. Das zweite Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug kann in geschlossenem Zustand wenigstens eine Kavität begrenzen. Die Vorrichtung kann eine Spritzgießmaschine sein. Die Vorrichtung kann wenigstens eine Spritzeinheit aufweisen. Die wenigstens eine Spritzeinheit kann eine Schneckenwelle aufweisen. Die wenigstens eine Spritzeinheit kann einen Schneckenzylinder aufweisen. Der Schneckenzylinder kann temperierbar sein. Das wenigstens eine erste Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug und das wenigstens eine zweite Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug können jeweils wenigstens zwei Werkzeugteile aufweisen, mit denen jeweils wenigstens eine Kavität begrenzbar ist. Die Vorrichtung kann wenigstens eine Schließeinheit aufweisen. Die wenigstens eine Schließeinheit kann wenigstens einen Kniehebel und/oder wenigstens einen Hydraulikzylinder aufweisen. Die Vorrichtung kann eine Spritzpressmaschine sein. Ein Spritzpressen kann auch als Resin Transfer Moulding (RTM) bezeichnet werden. Die Vorrichtung kann einen Einspritzkolben aufweisen. Die Vorrichtung kann eine Vorkammer und Verteilerkanäle aufweisen. Die Vorkammer und/oder die Verteilerkanäle können temperierbar sein. Die wenigstens eine Kavität kann temperierbar sein.
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Jeweils wenigstens ein Werkzeugteil des wenigstens einen ersten Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeugs und wenigstens ein Werkzeugteil des wenigstens einen zweiten Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeugs kann drehbar sein. Das wenigstens eine drehbare Werkzeugteil kann Mittel zur Fixierung eines in der Kavität erzeugten Formteilabschnitts aufweisen. Mithilfe des wenigstens einen drehbaren Werkzeugteils kann wenigstens eine weitere Kavität begrenzbar sein. Wenigstens eines der Werkzeugteile kann translatorisch verlagerbar sein. Die Vorrichtung kann Mittel zur Gestaltung einer Oberfläche des ersten Formteilabschnitts und/oder des zweiten Formteilabschnitts aufweisen.
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Die wenigstens eine Injektionseinrichtung kann baulich in die Vorrichtung integriert sein. Die wenigstens eine Injektionseinrichtung kann unterhalb einer Schließeinheit der Vorrichtung angeordnet sein. Damit ist ein vorhandener Bauraum optimal genutzt und die Injektionseinrichtung ist räumlich nahe an einem Spritzgieß- oder Spritzpresswerkzeug angeordnet. Die wenigstens eine Injektionseinrichtung kann zur Druckwassererzeugung eine drehzahlgeregelte Pumpe aufweisen. Der Pumpe kann ein Regelventil nachgeschaltet sein. Die wenigstens eine Injektionseinrichtung kann zur Druckwassererzeugung eine Kolben-Zylinder-Anordnung aufweisen. Die Kolben-Zylinder-Anordnung kann weggesteuert sein. Die Vorrichtung kann wenigstens eine Spüleinrichtung zum Durchspülen des wenigstens einen ersten Formteilabschnitts und/oder des wenigstens einen zweiten Formteilabschnitts mit Wasser aufweisen.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Kombination Wasserinjektion mit Fügen im Spritzguss. Ein Wasserinjektionsverfahren kann mit einem Fügen im Spritzguss kombiniert werden. Ziel ist die Herstellung einer Leichtbauheckklappe in Kunststoff. Durch das Wasserinjektionsverfahren können sehr lange Hohlkörper, beispielsweise Rohre, mit einer hohen Steifigkeit hergestellt werden. Beim Fügen im Spritzguss, beispielsweise angewendet in einer Spoilerfertigung, können zwei Kunststoffbauteile mittels eines thermoplastischen Kunststoffs in einer Maschine miteinander verbunden werden. Hierzu kann eine Oberstruktur in einem „Würfel” gespritzt werden und auch eine Unterstruktur in einem eigenen Würfel. Durch Drehen der Würfel können sich die beiden Halbschalen treffen und an einer „Stoßstelle” verbunden werden.
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Mit der Erfindung ist ein Kunststoff-Formteil herstellbar, das zumindest abschnittsweise eine erhöhte Belastbarkeit aufweist. Ein Kunststoff-Formteil ist herstellbar, das zumindest abschnittsweise eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Ein Kunststoff-Formteil ist herstellbar, das zumindest abschnittsweise eine als Sichtfläche geeignete Oberfläche aufweist. Ein Kunststoff-Formteil ist herstellbar, das sowohl eine zumindest abschnittsweise erhöhte Steifigkeit als auch eine zumindest abschnittsweise als Sichtfläche geeignete Oberfläche aufweist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile.
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Es zeigen schematisch und beispielhaft:
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1 eine Spritzgießmaschine mit drehbaren Werkzeugteilen zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen mit einem ersten Formteilabschnitt und einem zweiten Formteilabschnitt und
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2 eine Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer Injektionseinrichtung.
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1 zeigt eine Spritzgießmaschine 100 mit drehbaren Werkzeugteilen 102, 104 zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen mit einem ersten Formteilabschnitt und einem zweiten Formteilabschnitt. Die Spritzgießmaschine 100 weist ein erstes Formwerkzeug 106 und ein zweites Formwerkzeug 108 auf.
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Das erste Formwerkzeug 106 umfasst zwei öffen- und schließbare Werkzeughälften 108, 110. In der geschlossenen Stellung begrenzen die Werkzeughälften 108, 110 des ersten Formwerkzeugs 106 eine erste Kavität. Das erste Formwerkzeug 106 dient zum Herstellen erster Formteilabschnitte von Kunststoff-Formteilen. Hierfür wird in geschlossener Stellung des ersten Formwerkzeugs 106 eine Kunststoffformmasse in die erste Kavität eingebracht. Dies erfolgt mithilfe einer Spritzeinheit. Die Spritzeinheit dient dazu, einen Kunststoff zu plastifizieren und über ein Angusssystem in die erste Kavität einzuspritzen. Nach einem Erstarren des zunächst plastischen Kunststoffs bildet dieser einen ersten Formteilabschnitt eines Kunststoff-Formteils. Die äußere geometrische Gestalt des ersten Formteilabschnitts entspricht einer inneren geometrischen Form der ersten Kavität.
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Das zweite Formwerkzeug 112 umfasst zwei öffen- und schließbare Werkzeughälften 114, 116. In der geschlossenen Stellung begrenzen die Werkzeughälften 114, 116 des zweiten Formwerkzeugs 112 eine zweite Kavität. Das zweite Formwerkzeug 112 dient zum Herstellen zweiter Formteilabschnitte von Kunststoff-Formteilen. Hierfür wird in geschlossener Stellung des zweiten Formwerkzeugs 112 eine Kunststoffformmasse in die zweite Kavität eingebracht. Dies erfolgt mithilfe einer Spritzeinheit. Die Spritzeinheit dient dazu, einen Kunststoff zu plastifizieren und über ein Angusssystem in die zweite Kavität einzuspritzen. Nach einem Erstarren des zunächst plastischen Kunststoffs bildet dieser einen zweiten Formteilabschnitt eines Kunststoff-Formteils. Die äußere geometrische Gestalt des zweiten Formteilabschnitts entspricht einer inneren geometrischen Form der zweiten Kavität.
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Die Formwerkzeuge 106, 112 sind seriell, d. h. in einer Linie hintereinander angeordnet. Die Werkzeughälften 108, 116 bilden dabei äußere Werkzeughälften, zwischen denen die drehbaren Werkzeugteile 102, 104 angeordnet sind. Die Werkzeugteile 102, 104 sind jeweils um eine Rotationsachse a drehbar gelagert. Das Werkzeugteil 102 weist die Werkzeughälfte 110 des ersten Formwerkzeugs 106 auf. Das Werkzeugteil 104 weist die Werkzeughälfte 114 des zweiten Formwerkzeugs 112 auf. Die Werkzeughälften 110, 114 können daher auch als innere Werkzeughälften 110, 114 und die Werkzeughälften 108, 116 als äußere Werkzeughälften 108, 116 bezeichnet werden.
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Um jeweils eine innere Werkzeughälfte 110, 114 mit einer äußeren Werkzeughälfte 108, 116 in Verbindung zu bringen, sind die inneren Werkzeughälften 110, 114 in Richtung b translatorisch verschiebbar. Die äußeren Werkzeughälften 108, 116 sind vorliegend ebenfalls translatorisch verschiebbar angeordnet, dies stellt jedoch nur eine mögliche Ausführungsform dar. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform können die äußeren Werkzeughälften 108, 116 fest angeordnet sein.
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Die drehbaren Werkzeugteile 102, 104 weisen jeweils zwei identische innere Werkzeughälften 110, 114 auf. Damit ist ein gleichzeitiges Herstellen eines ersten Formteilabschnitts und eines zweiten Formteilabschnitts und ein gleichzeitiges Fügen eines ersten Formteilabschnitts und eines zweiten Formteilabschnitts ermöglicht. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform können die inneren Werkzeughälften auch nur jeweils eine Werkzeughälfte aufweisen.
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Eines der Formwerkzeuge der Spritzgießmaschine 100 weist eine Injektionseinrichtung zum Injizieren von Wasser in die Kavität des Formwerkzeugs auf. Damit erfolgt eine Herstellung eines der Formteilabschnitte unter Anwendung eines Wasserinjektionsverfahrens. Dieser Formteilabschnitt ist beispielsweise ein Kunststoffrohr. Eine Herstellung des anderen der Formteilabschnitte erfolgt in einem üblichen Spritzgießverfahren ohne Wasserinjektion. Dieser Formteilabschnitt ist beispielsweise ein Kunststoffrahmen.
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Hinsichtlich des üblichen Spritzgießverfahrens und der Herstellung eines mehrteiligen Bauteils mit der Spritzgießmaschine
100 und damit der Funktionsweise der Spritzgießmaschine
100 wird ergänzend auf die Veröffentlichung
DE 10 2011 004 015 A1 , insbesondere auf die Absätze [0029] bis [0036], verwiesen. Die Lehre dieser Veröffentlichung ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Veröffentlichung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.
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2 zeigt eine Spritzeinheit 200 einer Spritzgießmaschine, wie Spritzgießmaschine 100 gemäß 1, mit einer Injektionseinrichtung 202. Die Spritzeinheit 200 weist einen Schneckenzylinder 204 und eine Schneckenwelle 206 auf. Der Schneckenzylinder 204 ist temperierbar. Die Spritzeinheit 200 dient dazu, einen Kunststoff zu plastifizieren und als Kunststoffformmasse in eine Kavität 208 der Spritzgießmaschine einzuspritzen.
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Die Injektionseinrichtung 202 dient zum Injizieren von Wasser in die Kavität 208. Die Injektionseinrichtung 202 weist zur Druckwassererzeugung eine weggesteuerte Kolben-Einspritz-Anordnung auf. Die Kolben-Einspritz-Anordnung weist eine Ölseite und eine Wasserseite auf und arbeitet als Druckübersetzen von Wasser auf Öl. Die Ölseite ist an eine Hydraulik der Spritzgießmaschine angeschlossen. Die Injektionseinrichtung 202 weist einen Injektor auf. Die Wasserseite ist an den Injektor angeschlossen. Der Injektor mündet in die Kavität 208. Mithilfe der Kolben-Einspritz-Anordnung sind die Ölseite und die Wasserseite medienmäßig voneinander getrennt, wobei eine Verbindung zur mechanischen Leistungsübertragung besteht.
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Zum Erzeugen eines Formteilabschnitts unter Anwendung des Wasserinjektionsverfahrens wird zunächst die Kunststoffformmasse eingespritzt. Nachfolgend wird Wasser injiziert, um in dem Formteilabschnitt einen Hohlraum zu erzeugen. Zur Vorbereitung einer Wasserinjektion wird zunächst die Wasserseite der Kolben-Einspritz-Anordnung mit einer Pumpe vollständig mit Wasser befüllt und dann bei geschlossenem Injektor ein Vordruck in einer Wasserzuleitung aufgebaut. Die Wasserinjektion verläuft regelungstechnische entsprechend dem Einspritzen einer Kunststoffformmasse durch Öffnen des Injektors, wobei ein Nachdruck aufrechterhalten wird. Abschließen erfolgt ein geregelter Druckabbau und das Wasser wird entfernt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Spritzgießmaschine
- 102
- drehbares Werkzeugteil
- 104
- drehbares Werkzeugteil
- 106
- erstes Formwerkzeug
- 108
- Werkzeughälfte
- 110
- Werkzeughälfte
- 112
- zweites Formwerkzeug
- 114
- Werkzeughälfte
- 116
- Werkzeughälfte
- 200
- Spritzeinheit
- 202
- Injektionseinrichtung
- 204
- Schneckenzylinder
- 206
- Schneckenwelle
- 208
- Kavität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004015 A1 [0002, 0025]
- DE 102007041982 A1 [0003]
