DE102015108086A1

DE102015108086A1 - Verfahren zur Herstellung von technischen Objekten

Info

Publication number: DE102015108086A1
Application number: DE102015108086.9A
Authority: DE
Inventors: Adrian Strauß; Björn Dormann
Original assignee: Kloeckner Desma Schuhmaschinen GmbH
Current assignee: Kloeckner Desma Schuhmaschinen GmbH
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von technischen Objekten, hergestellt aus chemischen Substanzen, geeignet zur Erzeugung von z.B. geschäumten und kompakten Duroplasten, im Spritz- und/oder Gießverfahren, wobei der chemischen Rezeptur gezielt Additive zur Veränderung farblicher, chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften in bestimmten Bereichen des technischen Objekts zugemischt werden, wobei das herzustellende technische Objekt als Computermodell zunächst virtuell in Sektoren eingeteilt wird, jedem Sektor eine bestimmte Rezeptur aus Grundmaterial und Additiven zugeordnet wird, die einem Mischkopf softwaregesteuert und über ein Ventilsystem nacheinander Sektor für Sektor zugeführt und dort vermischt wird und diese Mischungen nacheinander in einem Schuss softwaregesteuert in eine Formkavität einer Spritzgießmaschine dem jeweiligen Sektor entsprechend gefördert wird, in der sie aufschäumt und durch Schließen der Kavität (11) in die gewünschte Form gepresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von technischen Objekten, hergestellt aus chemischen Substanzen, geeignet zur Erzeugung eines Grundmaterials wie z.B. einem geschäumten oder kompakten Duroplast, im Spritz- und/oder Gießverfahren, wobei der chemischen Rezeptur gezielt Additive zur Veränderung farblicher, chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften in bestimmten Bereichen des technischen Objekts zugemischt werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Obwohl die herzustellenden technischen Objekte hierauf nicht beschränkt sind, wird die Erfindung im Folgenden beispielhaft als Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schuhteilen, beispielsweise Sohlen, beschrieben.
Eine derartige Sohle ist heutzutage kein Gegenstand mehr, der als einfarbiges, in seinen Eigenschaften durchgängiges Objekt zu betrachten ist. Gerade aus optischen und modischen Gründen werden heutzutage verschiedenfarbige Sohlen gewünscht, wobei auch innerhalb einer Sohle verschiedene Farben vorgesehen sein sollen.
Darüber hinaus sollen derartige Sohlen spezielle physikalische Eigenschaften aufweisen, was beispielsweise die Abrasion, die Rutschfestigkeit, oder die Beständigkeit gegen gewisse Chemikalien angeht.
Somit ist eine derartige Sohle, was den Herstellungsprozess angeht, heutzutage immer komplexer geworden. Das gilt natürlich auch für den apparativen Aufwand. So müssen verschiedene Rezepturen bestehend aus einem Grundmaterial und den entsprechenden Additiven mittels unterschiedlicher Aggregate in die Kavität einer Form eingefüllt werden. Oder aber es müssen komplizierte Einspritzdüsen eingesetzt werden, beispielsweise beim so genannten Sandwich-Molding.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, dass mit einem Einfüll-Aggregat gearbeitet werden kann und die Spritzabfolge unterschiedlicher Rezepturen mittels einer intelligenten Steuerung erfolgt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass das herzustellende technische Objekt als Computermodell zunächst virtuell in Sektoren eingeteilt wird, jedem Sektor eine bestimmte Rezeptur aus Grundmaterial und Additiven zugeordnet wird, die einem Mischkopf softwaregesteuert über ein Ventilsystem nacheinander, Sektor für Sektor, zugeführt und dort vermischt wird und diese Mischungen nacheinander in einem Schuss software-gesteuert in eine Formkavität in einer Spritzgießmaschine dem jeweiligen Sektor entsprechend gefördert wird, in der sie aufschäumt und durch Schließen der Kavität in die gewünschte Form gepresst wird.
Um beim Beispiel einer Schuhsohle zu bleiben, wird diese Schuhsohle beispielsweise in drei Sektoren eingeteilt, nämlich einen Absatzsektor, einen Mittelfußsektor und einen Fußspitzensektor. Dabei soll beispielsweise der Fußspitzensektor rot, der Mittelfußsektor gelb und der Absatzsektor schwarz ausgebildet werden. Über das Ventilsystem werden dann in der Reihenfolge des späteren Einfüllens die jeweiligen Sektorrezepturen aus Grundmaterial und entsprechenden Additiven nach und nach in den Mischkopf eingegeben, dort vermischt und schließlich in einem Schuss nacheinander in die entsprechenden Sektoren der Formkavität eingefüllt. Sobald der Füllvorgang beendet ist, beginnt die Rezeptur zu reagieren, wonach durch Schließen der Form der Gegenstand, in diesem Fall die Sohle, verpresst wird.
Dieser Vorgang lässt sich sowohl im Spritzverfahren als auch im Gießverfahren ausführen. Beim Spritzverfahren gemäß Anspruch 3 ist der Mischkopf horizontal angeordnet, das heißt, dass seine Spritzrichtung parallel zur Kavitätsbodenebene verläuft. Der vom Anspritzpunkt entfernteste Sektor wird dann erreicht, wenn der Materialdurchsatz sehr hoch ist. Durch Verminderung des Materialdurchsatzes werden dann auch die beiden anderen Sektoren mit Material beaufschlagt.
Bei der Gießmethode befindet sich der Mischkopf in vertikaler Stellung oberhalb der offenen Kavität und wird dabei durchsatzunabhängig entlang einer vorbestimmten Spur über den Kavitätsbereich verfahren, wobei dann die entsprechenden Rezepturen, Sektor für Sektor, eingefüllt werden.
Somit ergeben sich Objekte, in diesem Fall eine Sohle, deren einzelne Sektoren unterschiedlich in der Farbe, der Materialhärte, der Abrasionseigenschaften, Rutschfestigkeit, Dichte, Flexibilität etc. sind.
Möglich wird die Führung eines derartigen Verfahrens, bei dem unterschiedliche Bereiche eines herzustellenden Objektes mit einem einzigen Mischkopf und in einem Schuss hergestellt werden können, durch eine Vorrichtung wie sie in Anspruch 8 dargestellt ist.
Bei dem eingesetzten Mischkopf handelt es sich um eine, an sich bekannte, in einem Schneckenraum rotierbar angeordnete Mischschnecke, wobei der Schneckenraum in einer Düse endet und zwar konisch auf diese Düse zulaufend, so dass auch die darin rotierbar angeordnete Schnecke diese Konizität aufweist. Am, der Düsenöffnung gegenüberliegenden, Ende des Schneckenraumes münden Kanäle zum Einbringen des Grundmaterials/ der Grundmaterialien und der jeweils zu verarbeitenden Additive. In diesem Bereich ist radial um den Mischkopf herum eine Ventilanordnung vorgesehen, die die Zuführung des Grundmaterials und der Additive regelt. Die einzelnen Ventile sind mit den Dosiervorrichtungen für die Grundmaterialien und die Additive verbunden.
Aufgrund des Computermodells steuert eine intelligente Software die Dosiereinheit und die Ventilanordnung derart, dass für jeden Sektor zum entsprechenden Zeitpunkt die entsprechende Rezeptur in der Schnecke zur Verfügung steht.
Beim oben angegebenen Beispiel werden über das Ventilsystem kurz hintereinander die entsprechenden Rezepturen in der Mischschnecke vermischt und entsprechend dem Programm in einem Schuss in die Kavität eingespritzt bzw. eingegossen.
Dabei ist die Formkavität gemäß dem behandelten Beispiel (Herstellung einer Sohle) durch zwei Formseitenteile und einen Bodenstempel gebildet, wobei die Seitenteile vor dem Füllvorgang zusammengefahren werden und der Bodenstempel nach Füllen und Aufschäumen von unten zur Verkleinerung des Kavitätsvolumens zugefahren wird, wodurch das Material verpresst wird. Dabei ist das die Kavität nach oben verschließende Element im vorliegenden Beispiel ein mit einem Schaft bezogener Leisten, wodurch beim Verpressvorgang die Sohle mit dem Schaft verbunden wird.
Die Erfindung ist wie oben bereits ausgeführt jedoch auf diese Ausführungsform nicht beschränkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für jedes Additiv ein mobiles Gestell vorgesehen, in dem eine Pumpe, ein Druckbehälter, eine Temperierung für den Druckbehälter, eine Steuerung für die Dosierung des jeweiligen Additivs sowie eine Verbindung zur Ventilanordnung vorgesehen.
Dieses Gestell kann auf Rädern verfahrbar sein. Durch die Auslagerung der kompletten Hardware, die normalerweise in der Schuhmaschine verbaut wäre und dadurch, dass die auf dem Wagen angeordnete Anlage lediglich bezüglich der Stromversorgung und der Kommunikation von der Maschine abhängig ist, ansonsten aber autark ist, ist ein derartiges Additivgestell sehr flexibel, so dass es mit dem entsprechenden Softwarepaket und Hardwareerweiterung für die Dosierung jeweils eines Additivs zuständig ist. Dabei wird eine hochpräzise Spezialpumpe eingesetzt, insbesondere für niedrige Viskosität, welche eine Magnetkupplung zur Trennung von Fördermedium und Antrieb aufweist sowie einen Frequenzumrichter für eine sehr genaue Dosierung der Additive.
Darüber hinaus ist für flüchtige Additive ein speziell konzipierter Druckbehälter vorgesehen, der über eine Flüssigtemperierung verfügt und über eine am Gestell untergebrachte Temperiereinheit geregelt wird.
Durch die Konzeption dieser „Additivwagen“ ist es möglich, möglichst unabhängig von der Spritzgießmaschine selbst die jeweils benötigten Additive schnell zur Verfügung stellen zu können. Der für das jeweilige Additiv zuständige Wagen (Gestell) benötigt lediglich die Stromversorgung durch die Maschine bzw. eine Schnittstelle zur Kommunikation mit derselben. Durch die auf dem Gestell angeordnete Hardware sind schnell und zuverlässig Additive mit verschiedensten Eigenschaften exakt dosiert und über das Ventilsystem am Mischkopf demselben zuzuführen.
Durch die exakte und schnelle Dosierung, Mischung im Schneckenraum und Ausbringung der entsprechenden Rezepturen im so genannten FIFO-Verfahren (first in-first out) ist es möglich, ein technisches Objekt (beispielsweise Sohle) in einem Schuss herzustellen, wobei eine relativ exakte Sektorentrennung eingehalten wird. Das heißt, dass die für den jeweiligen Sektor gewählten Eigenschaften im Großen und Ganzen auch nur in diesem verwirklicht sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1: Längsschnitt einer Sohlenspritzgießform mit Spritzaggregat;
2: seitlich im Schnitt eine Gießform mit vertikal darüber angeordnetem Gießaggregat;
3: Gießform in Draufsicht;
4a bis c: Sohlen mit Sektoren verschiedener Eigenschaften;
5: Schematische Darstellung eines Additivwagen;
6: Ventilanordnung;
7: Additivdiagramm;
In der 1 ist im Schnitt eine Vorrichtung zum Spritzen einer Sohle dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem Spritzaggregat in Form eines Mischkopfes 2, welcher im Wesentlichen aus einem Gehäuse 3, in welchem ein konisch zulaufender Schneckenraum 4 vorgesehen ist, und einer Mischschnecke 5 besteht, die rotierbar und translatorisch bewegbar im Schneckenraum 4 angeordnet ist. Entsprechend der Konizität des Schneckenraums 4 ist auch diese Schnecke 5 konisch ausgebildet, wobei sich die konische Verjüngung zu einem Düsenmundstück 6 erstreckt. Das Düsenmundstück 6 liegt an einem Angusskanal 7 eines Formwerkzeugs 8 an, das aus zwei Seitenformteilen 9 und einem Bodenstempel 10 besteht. Die durch die Seitenformteile 9 und dem Bodenstempel 10 gebildete Kavität 11 wird im vorliegenden Beispiel nach oben durch einen mit einem Schuhschaft 12 bezogenen Leisten 13 begrenzt.
An dem, dem Düsenmundstück 6 entgegengesetzten, Ende des Schneckenraums 4 münden Zuführungskanäle 14 zur Zuführung eines duroplastischen Grundmaterials und dem Grundmaterial beizumischender Additive. Das Grundmaterial und die Additive werden über eine Ventilanordnung (6) in den Schneckenraum 4 eingeleitet, wobei die Ventilanordnung radial um den Schneckenraum 4 herum angeordnet ist. Dabei bezeichnen die Ventile A1 und B1 die Ventile, die zur Zuführung des duroplastischen Materials verantwortlich sind, während die Bezugszeichen C1 bis C6 die Ventile bezeichnen, die zur Zuführung der jeweiligen Additive verantwortlich sind.
Wie weiter aus der 1 hervorgeht, ist die in diesem Fall im Spritzverfahren herzustellende Sohle virtuell in die Segmente 1 bis 3 aufgeteilt.
Durch Veränderung des Durchsatzes im Mischkopf 2 werden die einzelnen Segmente mit der für jedes Segment gewählten Rezeptur aus Grundmaterial und entsprechenden Additiven versorgt.
In der 2 ist die alternative Gießmethode dargestellt, hier ist der Mischkopf 2, der mit dem Mischkopf 2 aus 1 identisch ist, vertikal oberhalb der offenen Formkavität 11 angeordnet. Auch diese Kavität ist virtuell in drei Sektoren aufgeteilt. Die für jeden Sektor gewählte Materialrezeptur wird entlang einer Spur 16, links beginnend, in die Kavität 11 eingegossen und zwar durchsatzunabhängig. Das Eingießen geschieht auch hier in einem Schuss, wobei jedem Sektor die entsprechende Rezeptur aufgegeben wird.
In der 4b ist eine mittels der Vorrichtung gemäß 1 hergestellte Schuhsohle in Draufsicht und in 4a im Schnitt dargestellt.
Die virtuelle Einteilung der Sektoren ist hier durch den Spritzvorgang verwirklicht.
In der 4c ist eine Schuhsohle ersichtlich, die gemäß dem Verfahren mit der Vorrichtung aus 2 bzw. 3 hergestellt worden ist. Dies lässt erkennen, dass auch Flecken möglich sind.
In der 5 ist schematisch ein so genannter Additivwagen dargestellt und mit dem Bezugszeichen 17 versehen. Er besteht aus einem Gestell 18, auf dem die komplette Hardware und die elektrische Steuerung 19 für die Dosierung und Zuführung des jeweils benötigten Additivs angeordnet ist.
Die Hardware besteht aus einer Dosierpumpe 20, einem temperaturgeregelten Druckbehälter 21, der Temperaturregeleinheit 22 und einer Schlauchleitung 23, die mit einem der Ventile, die in 6 dargestellt sind, verbunden wird.
Nicht dargestellt ist die Kommunikationsleitung zur entsprechenden Spritzgießmaschine bzw. die Leitung zur Stromversorgung.
Dieser Additivwagen bildet eine autarke Einheit, die für den entsprechenden Einsatzzweck im Vorhinein vorbereitet werden kann und im Bedarfsfall schnell an die Spritzgießmaschine angeschlossen werden kann.
Die Schnecke 5 ist auch mit einem Antrieb für ihre translatorische Bewegung versehen. Neben der Fördereigenschaft ist dieser Antrieb in Zusammenwirken mit dem Rotationsantrieb auch für die Reinigung des Mischkopfes zuständig. Nach mehreren Füllvorgängen kann die Drehzahl der Schnecke stark erhöht werden (bis 18000 U/min). Dabei fährt die Schnecke Richtung Düsenmundstück, wobei die Schneckenstege gegen die Innenwand des Schneckenraumes gefahren werden und somit Materialreste abgeschabt werden und das auf der Schnecke befindliche Material auf diese Wand abgeschleudert wird.
In der 7 schließlich sind mögliche Kombinationen aus einem Grundmaterial und verschiedensten Additiven dargestellt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von technischen Objekten, hergestellt aus chemischen Substanzen, geeignet zur Erzeugung eines Grundmaterials, im Spritz- und/oder Gießverfahren, wobei dem Grundmaterial gezielt Additive zur Veränderung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften in bestimmten Bereichen des technischen Objekts zugemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das herzustellende technische Objekt als Computermodell zunächst virtuell in Sektoren eingeteilt wird, jedem Sektor eine bestimmte Rezeptur aus Grundmaterial und Additiven zugeordnet wird, die einem Mischkopf (2) softwaregesteuert über ein Ventilsystem nacheinander Sektor für Sektor zugeführt und dort vermischt wird und diese Mischungen nacheinander in einem Schuss softwaregesteuert in eine Formkavität (11) einer Spritzgießmaschine dem jeweiligen Sektor entsprechend gefördert wird, in der sie aufschäumt und durch Schließen der Kavität (11) in die gewünschte Form gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial ein Duroplast ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für ein technisches Objekt vorgesehenen Rezepturen für den jeweiligen Sektor nacheinander horizontal in die Formkavität (11) eingespritzt werden, wobei der jeweiligen sektorbedingten Spritzweite in die Kavität (11) hinein ein bestimmter Materialdurchsatz zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Rezepturen für die entsprechenden Sektoren nacheinander über den senkrecht über der Formkavität (11) angeordneten Mischkopf (2) durchsatzunabhängig entlang einer vorbestimmten Spur (16) eingegossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllen der einzelnen Rezepturen derart erfolgt, dass ein mehrschichtiges technisches Objekt entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zuerst in den Mischkopf (2) eingebrachte Material auch als erstes in die Kavität (11) ausgebracht wird und zwar nach dem so genannten FIFO-Verfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das technische Objekt eine Sohle für einen Schuh oder Stiefel ist.
Vorrichtung in einer Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Mischkopf (2) zum Mischen von mit Additiven zu versetzenden Grundmaterial und zum Ausbringen der Mischung in die Kavität (11) einer ein technisches Objekt herstellendes Formwerkzeug, wobei der Mischkopf (2) eine in einem Schneckenraum (4) rotierbar angeordnete Mischschnecke (5) aufweist sowie eine Düse (6) zum Ausbringen der durch die Schnecke (5) gemischten und geförderten Mischung in die Kavität (11), wobei der Schneckenraum (4) über eine Ventilanordnung mit dem Grundmaterial und den jeweils benötigten Additiven beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung mittels einer Software angesteuert wird und Dosiereinheiten für das Grundmaterial und die Additive vorgesehen sind, die über die entsprechenden Ventile der Ventilanordnung mit dem Schneckenraum (4) verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkavität (11) durch mindestens zwei Formseitenteile (9), einen Bodenstempel (10) und ein die Form verschließendes Element (12, 13) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Formkavität (11) verschließende Element ein mit einem Schaft (12) bezogener Leisten (13) ist, an den als technisches Objekt eine Sohle angeformt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkopf (2) horizontal angeordnet ist und die Spritzrichtung parallel zur vom Bodenstempel (10) aufgespannten Ebene verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkopf (2) vertikal oberhalb der nach oben offenen Formkavität (11) angeordnet ist und softwaregesteuert entsprechend den zuzuführenden Rezepturen in einer vorbestimmten Spur (16) über die Formkavität (11) führbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Additiv ein mobiles Gestell (17, 18) vorgesehen ist, in dem eine Dosierpumpe (20), ein Druckbehälter (21), eine Temperaturregeleinheit (22) für den Druckbehälter (21), eine Steuerung (19) für die Dosierung des jeweiligen Additivs sowie eine Verbindung (23) zur Ventilanordnung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Software und die Stromversorgung für das Additivgestell (17, 18) in der Spritzgießmaschine angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung radial um den Mischkopf (2) angeordnet ist und aus mindestens einem Ventil (A1, B1) zur Zuführung des Grundmaterials und wenigstens einem Ventil (C1 bis C6) für die Zuführung des Additivs besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (5) im Schneckenraum (4) zusätzlich translatorisch bewegbar ist.