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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils, wobei zwei unterschiedliche Komponenten jeweils Teilbereiche des Bauteils bilden, sowie eine Spritzgießmaschine zur Herstellung eines derartigen 2-Komponenten-Bauteils mit wenigstens zwei Teilbereichen aus unterschiedlichen Komponenten.
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2-Komponenten-Bauteile, bei denen das Bauteil aus zwei separaten Komponenten hergestellt wird, die dann jeweils einen Teilbereich des Bauteils bilden, können beispielsweise durch additive Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird zuerst die erste Komponente in eine gewünschte Form gebracht und dann additiv die zweite Komponente auf die erste Komponente aufgebracht. Dadurch wird ein 2-Komponenten-Bauteil hergestellt, welches zwei Teilbereiche aufweist, die aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt sind. Eine andere Herstellungsmöglichkeit eines derartigen 2-Komponenten-Bauteils wäre beispielsweise, wenn die beiden Teilbereiche des Bauteils separat hergestellt werden und dann durch Fügen miteinander verbunden werden. Ebenfalls möglich ist die Nutzung einer Spritzgießmaschine mit mind. zwei Spritzgießaggregaten unter Einsatz eines formgebenden Werkzeugs mit mind. zwei voneinander kinematisch trennbaren Hohlräumen. Weiterhin ist beispielsweise aus der
DE 20 2004 015 639 U1 eine Spritzgießmaschine bekannt, bei der ein Spritzgießen mittels eines horizontal angeordneten Extruders ausgeführt wird, welchem eine Mischung aus Neumaterial und einem Recyclat zugeführt wird, welches aus Angussteilen des Spritzgießvorgangs gewonnen wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Spritzgießmaschine zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils umfassend einen ersten Teilbereich aus einer ersten Komponente und einen separaten zweiten Teilbereich aus einer zweiten Komponente bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Herstellung eines Bauteils mit zwei Teilbereichen, welche aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt sind, ermöglicht. Vor dem Hintergrund der steigenden Variantenvielfalt und kürzer werdenden Produktlebenszyklen innerhalb der Kunststoffbranche, ist zusätzlich die Reduktion der produktgebundenen Kosten, beispielsweise durch investitionsintensive Werkzeugtechnik, angezeigt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils, bei dem eine erste Komponente einen ersten Teilbereich des Bauteils bildet und eine zweite Komponente einen zweiten Teilbereich des Bauteils bildet, weist den Vorteil auf, dass das Verfahren sehr einfach und kostengünstig ausführbar ist. Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine erhöhte Bauteilgenauigkeit erreicht werden. Darüber hinaus ist es bevorzugt möglich, dass wenigstens eine der beiden Komponenten selbst mehrere Subkomponenten aufweist, d.h. ihrerseits z.B. aus zwei unterschiedlichen Komponenten, beispielsweise einem Kunststoff und Fasern, insbesondere Glasfasern oder Kohlenstofffasern oder dergleichen, bestehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Verfahren die Schritte des Öffnens einer Spritzgießform und das Bewegen eines ersten Extruders in die geöffnete Spritzgießform umfasst. Der erste Extruder extrudiert ein erstes Material in einen Hohlraum der geöffneten Spritzgießform derart, dass der Hohlraum nur teilweise ausgefüllt ist. Anschließend wird der erste Extruder aus der Spritzgießform herausgefahren und die Spritzgießform geschlossen. Dann erfolgt ein Einspritzen eines zweiten Materials in den verbliebenen Hohlraum der Spritzgießform mit einer Einspritzvorrichtung. Dadurch kann auf einfache Weise ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen Materialien, welche jeweils Teilbereiche des Bauteils bilden, hergestellt werden. Dabei ist es möglich, dass das erste und/oder zweite Material selbst aus mehreren Komponenten, beispielsweise Kunststoff mit Fasern oder dergleichen, besteht. Durch den ersten Extruder kann dann, wenn das erste Material beispielsweise ein Gemisch aus Kunststoff und Fasern ist, ein Einbringen dieses ersten Materials derart ermöglicht werden, dass die Fasern in vorbestimmter Weise gerichtet sind. Dies kann eine erhöhte spätere Bauteilstabilität des herzustellenden Bauteils ermöglichen. Anschließend wird dann das zweite Material an das erste Material angespritzt. Da vor dem Einbringen des zweiten Materials zuerst der erste Extruder aus der geöffneten Spritzgießform entfernt werden muss ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass dann schon eine gewisse Zeit vergangen ist, in welcher das erste Material, welches den Hohlraum der Spritzgießform nur teilweise ausfüllt, schon erstarrt ist. Das zweite Material wird vorzugsweise mittels einer Spritzgießeinheit, bevorzugt einen zweiten Extruder umfassend, eingespritzt.
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Vorzugsweise führt der erste Extruder das erste Material im Wesentlichen horizontal in den Hohlraum der Spritzgießform zu. Dadurch kann insbesondere, wenn das erste Material aus zwei Unterkomponenten besteht, beispielsweise Kunststoff und Fasern, eine sehr gute gerichtete Ausrichtung der Fasern innerhalb des Kunststoffs in der Spritzgießform erreicht werden.
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Weiter bevorzugt ist der erste Extruder vertikal angeordnet und das erste Material wird mittels einer Umlenkeinrichtung im Wesentlichen in Horizontalrichtung ausgegeben. Dadurch kann der erste Extruder beispielsweise von oben und/oder seitlich in die Spritzgießform eingebracht werden und das Extrudieren des ersten Materials vorgenommen werden. Die Umlenkeinrichtung ist vorzugsweise ein Winkelstück, insbesondere ein Winkelstück mit einer Umlenkung in einem Bereich von 60° bis 120°, besonders bevorzugt einer Umlenkung von 90°.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Material ein Gemisch aus Kunststoff und Fasern. Weiter bevorzugt weist das erste Material eine geringere Härte auf als das zweite Material. Das erste Material kann beispielsweise auch ein elastisches Material sein.
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Vorzugsweise weisen das erste Material und/oder das zweite Material jeweils selbst zwei Unter-Komponenten auf. Dadurch wird eine sehr hohe Variabilität bei der Herstellung des 2-Komponenten-Bauteils erreicht.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießmaschine zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils, welches einen ersten Teilbereich des Bauteils aus einem ersten Material und einen zweiten Teilbereich des Bauteils aus einem zweiten Material aufweist. Die Spritzgießmaschine umfasst einen ersten Extruder zur Zuführung des ersten Materials und eine Handhabungseinrichtung zum Handhaben des ersten Extruders. Die Handhabungseinrichtung ist vorzugsweise ein Mehrachsroboter. Ferner umfasst die Spritzgießmaschine eine Spritzgießform mit einem Hohlraum und eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines zweiten Materials, welche an der Spritzgießform angeordnet ist. Somit ist die Spritzgießmaschine eingerichtet, ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen Komponenten herzustellen, wobei die beiden Komponenten jeweils Teilbereiche des Bauteils bilden und nicht miteinander vermischt sind. Die beiden Komponenten können dabei aus Materialien bestehen, welche selbst weitere Unterkomponenten aufweisen. Beispielsweise kann das erste Material ein Kunststoff mit Fasern sein und/oder das zweite Material ist Kunststoff mit Fasern, wobei sich bevorzugt der Kunststoff und/oder die Fasern von denen des ersten Materials unterscheiden.
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Um einen möglichst kompakten Aufbau der Spritzgießmaschine zu erreichen, ist der erste Extruder in Vertikalrichtung angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass der erste Extruder in die geöffnete Spritzgießmaschine beispielsweise von oben oder von unten vertikal bewegt wird. Alternativ wird der erste Extruder seitlich in die geöffnete Spritzgießform bewegt.
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Der erste Extruder umfasst vorzugsweise eine Umlenkeinrichtung, welche an einer Austrittsöffnung des ersten Extruders angeordnet ist. Die Umlenkeinrichtung ist dabei vorzugsweise ein Winkelstück, um das erste Material durch den ersten Extruder im Wesentlichen horizontal in die geöffnete Spritzgießform einzubringen. Somit wird das erste Material durch den vertikal angeordneten ersten Extruder zuerst in Vertikalrichtung zugeführt und dann in der Umlenkeinrichtung im Wesentlichen in Horizontalrichtung umgelenkt. Das Winkelstück weist vorzugsweise einen Umlenkwinkel in einem Bereich von 60° bis 120° auf und ist besonders bevorzugt ein 90°-Winkelstück, um eine 90°-Umlenkung des ersten Materials zu erreichen.
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Weiter bevorzugt umfasst die Einspritzvorrichtung zum Einspritzen des zweiten Materials einen zweiten Extruder. Der zweite Extruder ist vorzugsweise horizontal angeordnet und ermöglicht eine horizontale Einbringung des zweiten Materials in die geschlossene Spritzgießform, wobei dann das zweite Material am ersten Material, welches den Hohlraum der Spritzgießform nur teilweise ausfüllt, angespritzt wird. Die Spritzgießform ist vorzugsweise zweiteilig mit genau zwei Spritzgießhälften ausgebildet. Weiter bevorzugt ist der Hohlraum in der Spritzgießform nur ausschließlich in einer der beiden Spritzgießhälften vorgesehen.
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Die Umlenkeinrichtung umfasst vorzugsweise eine Heizung, um ein Erstarren des plastifizierten ersten Materials in der Umlenkeinrichtung zu verhindern.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschreiben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Ansicht einer Spritzgießmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geöffneten Zustand,
- 2 eine schematische Ansicht der Spritzgießform von 1 im geschlossenen Zustand und
- 3 eine schematische Ansicht eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der Spritzgießmaschine des gemäß 1 und 2 hergestellten 2-Komponenten-Bauteils.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Spritzgießmaschine 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils im Detail beschrieben.
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Das 2-Komponenten-Bauteil weist dabei einen ersten Teilbereich 81 aus einem ersten Material und einen zweiten Teilbereich 82 aus einem zweiten Material auf, wobei sich die beiden Materialien des Bauteils nicht vermischen.
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3 zeigt schematisch ein derartiges 2-Komponenten-Bauteil 8 im Schnitt mit dem ersten Teilbereich 81 und dem zweiten Teilbereich 82. Der zweite Teilbereich 82 wird dabei an den ersten Teilbereich 81 angespritzt, was später im Detail erläutert wird.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Spritzgießmaschine 1 einen ersten Extruder 2. Der erste Extruder 2 ist in einer Vertikalrichtung 10 angeordnet.
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Das erste Material ist in einem ersten Materialreservoir 6 vorgehalten. Dieses ist vorzugsweise konzentrisch um die Schnecke angeordnet. Das zweite Material ist in einem zweiten Materialreservoir 7 vorgehalten.
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Eine Spritzgießform 4 umfasst genau zwei Formhälften, nämlich eine erste Formhälfte 41 und eine zweite Formhälfte 42. Ein Hohlraum 40 zwischen den beiden Formhälften ist dabei ausschließlich in der ersten Formhälfte 41 ausgebildet. In der zweiten Formhälfte 42 ist ein Zufuhrkanal 43 ausgebildet. Die Einspritzvorrichtung 5 ist dabei am Einlauf des Zufuhrkanals 43 angeordnet (vgl. 1 und 2).
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Die Spritzgießmaschine 1 umfasst ferner eine Handhabungseinrichtung 3, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein Mehrachsroboter ist. Die Handhabungseinrichtung 3 bewegt dabei den ersten Extruder 2, wie in 1 angedeutet, in die geöffnete Spritzgießform 4. Eine Bewegung erfolgt dabei in diesem Ausführungsbeispiel von oben nach unten in Vertikalrichtung 10 (Doppelpfeil A).
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Der erste Extruder 2 umfasst, wie ebenfalls aus 1 ersichtlich ist, eine Umlenkeinrichtung 20, welche als Winkelstück ausgebildet ist. Die Umlenkeinrichtung 20 umfasst einen Umlenkkanal 21, welcher eine Umlenkung des ersten Materials aus der Vertikalrichtung 10 ermöglicht. Die Umlenkung erfolgt dabei in einem Winkelbereich von 60° bis 120° und vorzugsweise um genau 90°. Die Umlenkeinrichtung 20 ermöglicht somit eine Umlenkung eines durch den ersten Extruder 2 zugeführten ersten Materials um 90° von der Vertikalrichtung 10 in eine Horizontalrichtung 11. An der Düse der Umlenkeinrichtung wird vorzugsweise eine Materialpaarung verwendet, die zum einen eine verschleißarme Verarbeitung fasergefüllter Materialien und zum anderen ein beschädigungsfreies Gleiten der Düse über die Werkzeugoberfläche erlaubt. Hierzu wird vorzugsweise eine Metall-Kunststoff-Kombination genutzt.
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Der erste Extruder 2 ist dabei in der geöffneten Spritzgießform 4 derart angeordnet, dass der Hohlraum 40 teilweise mit dem ersten Material befüllt werden kann. Hierdurch kann der erste Teilbereich 81 des 2-Komponenten-Bauteils 8 hergestellt werden. Dieser Zustand ist in 1 gezeigt. Das Zuführen des ersten Materials in den Hohlraum 40 ist durch den Pfeil B angedeutet.
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Wenn dann der Hohlraum 40 teilweise mit dem ersten Material wie gewünscht befüllt ist, wird der erste Extruder 2 aus der geöffneten Spritzgießform 4 entfernt (Doppelpfeil A) und anschließend die Spritzgießform 4 geschlossen. Dies ist in 2 durch die Pfeile C angedeutet.
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In der geschlossenen Spritzgießform befindet sich somit der erste Teilbereich 81 des Bauteils und noch ein Teil des Hohlraums 40, welcher noch nicht befüllt ist. Anschließend wird das zweite Material mittels einer Einspritzvorrichtung 5, welche einen zweiten Extruder 50 umfasst, in die geschlossene Spritzgießform 4 in Horizontalrichtung 11 zugeführt. Dadurch wird der zweite Teilbereich 82 des 2-Komponenten-Bauteils 8 hergestellt. Der zweite Teilbereich 82 wird dabei an den ersten Teilbereich 81 angefügt.
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Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines 2-Komponenten-Bauteils, welches aus einem ersten und zweiten Teilbereich aus unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, einfach und kostengünstig ausgeführt werden. Das erste Material wird dabei bei einer geöffneten Spritzgießform 4 zugeführt. Hierzu wird der erste Extruder 2 in Vertikalrichtung 10 bewegt. Mittels der Umlenkeinrichtung 20 kann dann eine Umlenkung des ersten Materials aus der Vertikalrichtung 10 in die Horizontalrichtung 11 ermöglicht werden und der Hohlraum 40 teilweise mit dem ersten Material gefüllt werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass, wenn beispielsweise das erste Material ein Material mit wenigstens zwei Unterkomponenten, beispielsweise Kunststoff und Fasern, ist, ein gerichtetes Anordnen der Fasern innerhalb des Kunststoffes des ersten Materials im Hohlraum 40 ermöglicht werden.
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Anschließend wird der erste Extruder 2 aus der geöffneten Spritzgießform 4 mittels der Handhabungseinrichtung 3 entfernt und die Spritzgießform 4 geschlossen (Pfeile C). Dann wird das zweite Material durch die Einspritzvorrichtung 5 über den Zufuhrkanal 43 in den verbleibenden freien Raum innerhalb des Hohlraums 40 eingespritzt (Pfeil D).
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Dann wird nach Abkühlen der Materialien ein Entformen aus der Spritzgießform 4 vorgenommen.
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Da zwischen dem Zuführen des ersten Materials und dem Zuführen des zweiten Materials eine gewisse Zeit vorhanden ist, kann in dieser Zeit das erste Material, welches den Hohlraum 40 teilweise ausfüllt, schon abkühlen und teilweise oder auch vollständig aushärten, bis dann das zweite Material in den verbleibenden Hohlraum zugeführt wird. Das zweite Material wird dann einfach an den ersten Teilbereich 81 im Hohlraum 40 angespritzt.
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Erfindungsgemäß kann somit ein vollständig neuartiges Fertigungsverfahren bereitgestellt werden, um 2-Komponenten-Bauteile herzustellen, die aus zwei separaten Teilbereichen 81, 82 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Zwar muss die Spritzgießmaschine eine Handhabungseinrichtung 3 zum Handhaben des ersten Extruders 2 aufweisen, was die Spritzgießmaschine zwar etwas teurer macht, jedoch sind die dadurch erhaltenen Fertigungsvorteile deutlich größer, so dass eine besonders kostengünstige Fertigung derartiger Bauteile möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgießmaschine
- 2
- Erster Extruder
- 3
- Handhabungseinrichtung / Mehrachsroboter
- 4
- Spritzgießform
- 5
- Einspritzvorrichtung
- 6
- Erstes Materialreservoir
- 7
- Zweites Materialreservoir
- 8
- 2-Komponenten-Bauteil
- 10
- Vertikalrichtung
- 11
- Horizontalrichtung
- 20
- Umlenkeinrichtung / Winkelstück
- 21
- Umlenkkanal
- 40
- Hohlraum
- 41
- Erste Formhälfte
- 42
- Zweite Formhälfte
- 43
- Zufuhrkanal
- 50
- Zweiter Extruder
- 81
- Erster Teilbereich des Bauteils
- 82
- Zweiter Teilbereich des Bauteils
- A
- Bewegung des ersten Extruders 2 in und aus der geöffneten Spritzgießform
- B
- Zuführen des ersten Materials in den Hohlraum
- C
- Schließen der Spritzgießform
- D
- Zuführen des zweiten Materials in die Spritzgießform
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004015639 U1 [0002]
