DE102023200001A1 - Method and device for thermoplastic foam molding of a molded part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Thermoplast-Schaumgießen eines Formteils (1), das einen Kunststoffkörper (2) aufweist, der zumindest partiell mit einer Folie (3) als Decklage überdeckt ist, mit einem Einlegeprozess, in dem die Folie (3) in eine Werkzeugkavität (11) eines Spritzgusswerkzeugs (5) eingelegt wird, und mit einem Spritzgussprozess, in dem eine mit Treibmittel beladene Thermoplastschmelze (16) in die Werkzeugkavität (11) injiziert wird und dort die Folie (3) hinterspritzt. Erfindungsgemäß weist das Spritzgusswerkzeug (5) zumindest ein Halteelement (19) auf, das nach dem Einlegeprozess einen Folienrand (23) mit einer Spannkraft (Fs) gegen eine Werkzeugwand (27) des Spritzgusswerkzeugs (5) drückt, um während des Spritzgussprozesses eine prozesssichere Positionierung der Folie (3) in der Werkzeugkavität (11) zu gewährleisten.The invention relates to a method for thermoplastic foam molding of a molded part (1) which has a plastic body (2) which is at least partially covered with a film (3) as a cover layer, with an insertion process in which the film (3) is inserted into a tool cavity (11) of an injection molding tool (5), and with an injection molding process in which a thermoplastic melt (16) loaded with blowing agent is injected into the tool cavity (11) and back-injects the film (3) there. According to the invention, the injection molding tool (5) has at least one holding element (19) which, after the insertion process, presses a film edge (23) with a clamping force (Fs) against a tool wall (27) of the injection molding tool (5) in order to ensure reliable positioning of the film (3) in the tool cavity (11) during the injection molding process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Thermoplast-Schaumgießen eines Formteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10.The invention relates to a method for thermoplastic foam molding of a molded part according to the preamble of
In einem gattungsgemäßen Verfahren wird durch Thermoplast-Schaumgießen ein Formteil erzeugt, das einen Kunststoffkörper aufweist, der zumindest partiell mit einer Folie als Decklage überdeckt ist. Das Verfahren weist einen Einlegeprozess auf, in dem die Folie in eine Werkzeugkavität eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt wird. Nach dem Einlegeprozess folgt ein Spritzgussprozess, in dem eine mit Treibmittel beladene Thermoplastschmelze in die Werkzeugkavität injiziert wird und dort die Folie hinterspritzt. Ein solches Thermoplast-Schaumgießen ist beispielhaft aus der
Im obigen Stand der Technik besteht die Problematik darin, dass die sich im Spritzgussprozess in der Werkzeugkavität ausbreitende Fließfront der Thermoplastschmelze zu Rissen und/oder zu einem Faltenwurf in der Folie führen kann, so dass die Prozesssicherheit bei der Herstellung des Formteils beeinträchtigt sein kann.In the above prior art, the problem is that the flow front of the thermoplastic melt spreading in the mold cavity during the injection molding process can lead to cracks and/or wrinkles in the film, so that the process reliability during the production of the molded part can be impaired.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Thermoplast-Schaumgießen eines Formteils bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die Prozesssicherheit in einfacher Weise gesteigert werden kann.The object of the invention is to provide a method and a device for thermoplastic foam molding of a molded part, in which the process reliability can be increased in a simple manner compared to the prior art.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Thermoplast-Schaumgießen eines Formteils aus. Das Formteil weist einen Kunststoffkörper auf, der zumindest partiell mit einer Folie als Decklage überdeckt ist. In dem Verfahren wird in einem Einlegeprozess die Folie in eine Werkzeugkavität eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt. Anschließend folgt ein Spritzgussprozess, in dem eine mit Treibmittel beladene Thermoplastschmelze in die Werkzeugkavität injiziert wird und dort die Folie hinterspritzt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Spritzgusswerkzeug zumindest ein Halteelement auf. Das Halteelement drückt nach dem Einlegeprozess einen Folienrand der eingelegten Folie mit einer Spannkraft gegen eine Werkzeugwand des Spritzgusswerkzeugs. Auf diese Weise wird während des nachfolgenden Spritzgussprozesses eine prozesssichere Positionierung der Folie in der Werkzeugkavität gewährleistet. Somit wird vermieden, dass die Fließfront der Thermoplastschmelze den Folienrand aufnimmt und/oder sich über die Sichtseite der Folie ausbreitet.The invention is based on a method for thermoplastic foam molding of a molded part. The molded part has a plastic body that is at least partially covered with a film as a cover layer. In the method, the film is inserted into a tool cavity of an injection molding tool in an insertion process. This is followed by an injection molding process in which a thermoplastic melt loaded with a blowing agent is injected into the tool cavity and the film is back-injected there. According to the characterizing part of
In einer technischen Umsetzung kann das Spritzgusswerkzeug zwei Werkzeughälften aufweisen, die die Werkzeugkavität begrenzen. Zudem kann das Spritzgusswerkzeug eine Stelleinheit aufweisen, mit der das Halteelement zwischen einer Freigabestellung und einer Spannstellung verstellt werden kann. In der Spannstellung drückt das Halteelement den Folienrand mit der Spannkraft gegen die Werkzeugwand.In a technical implementation, the injection molding tool can have two tool halves that limit the tool cavity. In addition, the injection molding tool can have an adjusting unit with which the holding element can be adjusted between a release position and a clamping position. In the clamping position, the holding element presses the film edge against the tool wall with the clamping force.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Spritzgussprozess zur Herstellung des Formteils beschrieben: Zunächst wird sowohl das Spritzgusswerkzeug als auch das Halteelement geöffnet. Anschließend wird die Folie zugeführt. Der Zuführprozess kann in die folgenden zwei Teilschritte unterteilt werden: Im ersten Teilschritt befindet sich das Halteelement in seiner Freigabestellung, in der ein Folienrand in einem offenen Klemmspalt zwischen dem Halteelement und einer Werkzeugwand der Werkzeughälfte lose positionierbar ist. Anschließend folgt der zweite Teilschritt, in dem das Halteelement mit Hilfe des Auswerferstifts in seine untere Spannstellung hubverstellt wird. Dadurch schließt der Klemmspalt zwischen Halteelement und Werkzeugwand, so dass der Folienrand vom Halteelement mit einer Spannkraft gegen die Werkzeugwand gedrückt wird. Danach schließt das Spritzgusswerkzeug vollständig, woraufhin die Thermoplastschmelze über die Einspritzdüse(n) in die Werkzeugkavität gespritzt wird bis diese gefüllt ist. Dabei verlagert sich eine Fließfront der Thermoplastschmelze vom Düsenauslass über den Folienrand bis gegebenenfalls über die gesamte Folie. Die Thermoplastschmelze drückt dabei die Folie gegen die Werkzeugwand. Im weiteren Prozessverlauf beginnt die Erstarrungsphase. Währenddessen drückt die Spritzgusseinrichtung weiter flüssige Thermoplastschmelze nach, um die Schwindung zu kompensieren. Zudem wirkt auch die Gasbeladung der Thermoplastschmelze, um die Schwindung zu kompensieren. Sowohl durch Wirkung der Gasbeladung der Thermoplastschmelze als auch durch das Nachdrücken von Thermoplastschmelze wird eine gemeinsame Kraft generiert, mit der die Folie in die Texturierung der Oberfläche der Werkzeugwand gedrückt und dabei geprägt wird. Im Anschluss daran folgt eine Abkühlphase, in der das Werkzeug das gespritzte Formteil soweit abkühlt, bis es formstabil ist. Dann fährt das Spritzgusswerkzeug auf; gleichzeitig öffnen die Halteelemente. Das Formteil verbleibt auf der beweglichen Formseite, wodurch die Folie unter den Halteelementen weggezogen wird. Gegebenenfalls fahren Schieber zurück und Auswerfer vor, so dass das Formteil ausgeworfen wird.An injection molding process according to the invention for producing the molded part is described below: First, both the injection molding tool and the holding element are opened. The film is then fed in. The feeding process can be divided into the following two sub-steps: In the first sub-step, the holding element is in its release position, in which a film edge can be loosely positioned in an open clamping gap between the holding element and a tool wall of the tool half. This is followed by the second sub-step, in which the holding element is stroke-adjusted to its lower clamping position with the aid of the ejector pin. This closes the clamping gap between the holding element and the tool wall, so that the film edge is pressed against the tool wall by the holding element with a clamping force. The injection molding tool then closes completely, whereupon the thermoplastic melt is injected into the tool cavity via the injection nozzle(s) until it is filled. In the process, a flow front of the thermoplastic melt shifts from the nozzle outlet over the film edge and, if necessary, over the entire film. The thermoplastic melt presses the film against the tool wall. As the process continues, the solidification phase begins. During this time, the injection molding device continues to press in liquid thermoplastic melt to compensate for the shrinkage. In addition, the gas loading of the thermoplastic melt also acts to compensate for the shrinkage. Both the effect of the gas loading of the thermoplastic melt and the pressing in of thermoplastic melt generate a joint force with which the film is pressed into the texturing of the surface of the tool wall and thereby embossed. This is followed by a cooling phase in which the tool cools the injected molded part until it is dimensionally stable. The injection molding tool then moves up; at the same time, the holding elements open. The molded part remains on the movable mold side, which causes the film to slide away from under the holding elements. If necessary, the slides move back and the ejectors move forward so that the molded part is ejected.
Die Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen Spritzgussprozess beschränkt. Vielmehr ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf ein nachfolgend beschriebenen Spritzprägen mit folgendem Prozessablauf anwendbar: Zunächst werden das Spritzprägewerkzeug und die Halteelemente geöffnet. Danach wird die Folie zugeführt. Die Halteelement klemmen die Folie auf die Sichtseite. Anschließend schließt das Spritzprägegusswerkzeug bis zur Tauchkante. Nunmehr wird ein teigiges Thermoplastmaterial über zumindest eine Einfülldüse in die Werkzeugkavität gelegt. Im Anschluss daran schließt das Spritzprägegusswerkzeug vollständig. Über den Schließdruck wird das teigige Thermoplastmaterial vollständig in die Werkzeugkavität verpresst. Gleichzeitig wirkt die Gasbeladung des teigigen Thermoplastmaterials und unterstützt den Verteilvorgang. Mit gemeinsamer Kraft wird die Folie in die Texturierung der Oberfläche gedrückt und dabei geprägt. In einer folgenden Abkühlphase kühlt das Spritzprägewerkzeug das gepresste Formteil ab, bis es formstabil ist. Dann fährt das Spritzprägewerkzeug auf und werden die Halteelemente sowie ggf. die Schieber zurückgefahren. Daraufhin fahren Auswerfer vor, um das Formteil auszuwerfen.The invention is not limited to the injection molding process described above. Rather, the method according to the invention can also be used for injection-compression molding described below with the following process sequence: First, the injection-compression molding tool and the holding elements are opened. The film is then fed in. The holding elements clamp the film onto the visible side. The injection-compression molding tool then closes up to the dipping edge. A doughy thermoplastic material is now placed into the mold cavity via at least one filling nozzle. The injection-compression molding tool then closes completely. The doughy thermoplastic material is pressed completely into the mold cavity via the closing pressure. At the same time, the gas loading of the doughy thermoplastic material acts and supports the distribution process. With a common force, the film is pressed into the texturing of the surface and embossed in the process. In a subsequent cooling phase, the injection-compression molding tool cools the pressed molded part until it is dimensionally stable. The injection-compression molding tool then moves up and the holding elements and, if necessary, the slides are retracted. Ejectors then move forward to eject the molded part.
In einer einfachen Ausführungsvariante kann die Stelleinheit als ein hubverstellbarer Auswerferstift realisiert sein. Der Auswerferstift kann beispielhaft in einer Werkzeughälfte hubverstellbar geführt sein. In einer oberen Hubstellung des Auswerferstiftes befindet sich das Halteelement in seiner Freigabestellung, während in einer unteren Hubstellung des Auswerferstiftes sich das Halteelement in seiner Spannstellung befindet.In a simple design variant, the actuating unit can be implemented as an ejector pin with an adjustable stroke. The ejector pin can, for example, be guided in a stroke-adjustable manner in one half of the tool. In an upper stroke position of the ejector pin, the holding element is in its release position, while in a lower stroke position of the ejector pin, the holding element is in its clamping position.
Bevorzugt ist es, wenn die Stelleinheit des Halteelements für beliebige Folien mit unterschiedlichen Materialdicken einsetzbar ist. Vor diesem Hintergrund kann bevorzugt mit Hilfe der Stelleinheit die Spannkraft, mit der das Halteelement den Folienrand gegen die Werkzeugwand drückt, eingestellt werden. Die Einstellung kann bevorzugt in Abhängigkeit von der Foliendicke und/oder -art erfolgen.It is preferred if the adjusting unit of the holding element can be used for any film with different material thicknesses. Against this background, the clamping force with which the holding element presses the edge of the film against the tool wall can preferably be adjusted using the adjusting unit. The adjustment can preferably be made depending on the film thickness and/or type.
Wie oben erwähnt, kann gegebenenfalls das Halteelement in einer Hubbewegung zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung verstellt werden. Auf diese Weise kann durch Betätigung der Stellschraube die Vorrichtung auf unterschiedliche Folien-Dicken angepasst werden. Das Halteelement kann ferner zweiteilig aus einem Halteelement-Grundkörper und einer daran montierten Spann-Pratze ausgebildet sein, die in Kontakt mit dem Folienrand bringbar ist. Durch das Wechseln der Spann-Pratze ist zusätzlich eine Anpassung auf unterschiedliche Foliendicken und - arten möglich.As mentioned above, the holding element can be adjusted in a lifting movement between the release position and the clamping position. In this way, the device can be adjusted to different film thicknesses by operating the adjusting screw. The holding element can also be made in two parts, consisting of a holding element base body and a clamping claw mounted on it, which can be brought into contact with the edge of the film. By changing the clamping claw, it is also possible to adjust it to different film thicknesses and types.
Während des Spritzgussprozesses erfolgt eine Folienverformung. Bei der Folienverformung drückt die injizierte Thermoplastschmelze die mittels des Halteelements in der Werkzeugkavität eingespannte Folie gegen die Werkzeugwand. Aufgrund der Folienverformung besteht die Gefahr von Rissen und/oder Faltenwürfen im Bereich des Folienrands. Um die Entstehung von Rissen und/oder Faltenwürfen zu vermeiden, kann folgende Maßnahme getroffen werden: So kann der Folienrand mit einem Folien-Übermaß zwischen dem Halteelement und der Werkzeugwand geklemmt werden. Dabei kann mit Hilfe der Stelleinheit die Halteelement-Spannkraft derart reduziert werden, dass während der Folienverformung der Folienrand unter teilweisem Aufbrauch des Folienrand-Übermaßes aus dem Klemmspalt gezogen wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Folienmaterialzugabe während der Folienverformung, wodurch Risse und/oder Faltenwürfe in der Folie prozesssicher vermieden werden können.During the injection molding process, the film is deformed. During film deformation, the injected thermoplastic melt presses the film, which is clamped in the mold cavity by means of the holding element, against the mold wall. Due to the film deformation, there is a risk of cracks and/or wrinkles in the area of the film edge. The following measure can be taken to prevent the formation of cracks and/or wrinkles: The film edge can be clamped between the holding element and the mold wall using an excess of film. The clamping force of the holding element can be reduced using the adjusting unit in such a way that the film edge is pulled out of the clamping gap during film deformation, partially using up the excess film edge. In this way, film material is added during film deformation, which means that cracks and/or wrinkles in the film can be reliably avoided.
Im Spritzgussprozess bzw. im Spritzprägen wird die Thermoplastschmelze über zumindest eine Spritzgussdüse in die Werkzeugkavität injiziert. Die Spritzdüse sollte so platziert werden, dass die Schmelzfront das Folienende nicht entgegen des Halteelements aufschiebt (Fluss-Richtung) bzw. das Halteelement sollte immer im Nahbereich der Spritzdüse in Fließ-Richtung der Thermoplastschmelze während der Füllung angebracht sein. Dabei ist es möglich, die Düse außerhalb oder auch innerhalb der Kavität anzubringen. Zudem kann die Düse an der maschinenbeweglichen Werkzeughälfte und an der gegenüberliegenden Werkzeughälfte vorgesehen sein.In the injection molding process or injection compression molding, the thermoplastic melt is injected into the mold cavity via at least one injection molding nozzle. The injection nozzle should be positioned so that the melt front does not push the end of the film against the holding element (flow direction) or the holding element should always be installed in the vicinity of the injection nozzle in the flow direction of the thermoplastic melt during filling. It is possible to install the nozzle outside or inside the cavity. In addition, the nozzle can be provided on the machine-moving mold half and on the opposite mold half.
Wie oben erwähnt, kann der Düsenauslass der Spritzgussdüse im Nahbereich des Halteelements positioniert sein. Bevorzugt kann der Düsenauslass außerhalb des Folienrands positioniert sein. In diesem Fall verlagert sich im Spritzgussprozess eine Fließfront der Thermoplastschmelze vom Düsenauslass über den Folienrand bis über die gesamte Folie. Bei einer solchen räumlichen Anordnung wird prozesssicher vermieden, dass die Fließfront der Thermoplastschmelze den Folienrand aufnimmt und/oder sich über die Sichtseite der Folie ausbreitet. Bei Weglassung des erfindungsgemäßen Halteelements würde dagegen die Gefahr bestehen, dass die Fließfront der Thermoplastschmelze den Folienrand aufnimmt und/oder sich über die Sichtseite der Folie ausbreitet.As mentioned above, the nozzle outlet of the injection molding nozzle can be positioned in the vicinity of the holding element. Preferably, the nozzle outlet can be positioned outside the edge of the film. In this case, during the injection molding process, a flow front of the thermoplastic melt moves from the nozzle outlet over the edge of the film to the entire film. With such a spatial arrangement, the flow front of the thermoplastic melt is reliably prevented from taking up the edge of the film and/or spreading over the visible side of the film. If the holding element according to the invention were omitted, however, there would be a risk that the flow front of the thermoplastic melt would take up the edge of the film and/or spread over the visible side of the film.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 bis 9 jeweils Ansichten, anhand derer ein Verfahren zum Thermoplast-Schaumgießen eines Formteils veranschaulicht sind.
-
1 to 9 each are views illustrating a method for thermoplastic foam molding of a molded part.
In der
Gemäß der
In der
Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass das Spritzgusswerkzeug 5 in seinem sichtbaren Produktbereich 14 Halteelemente 19 aufweist, von denen in der
Wie aus der
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Formteils 1 beschrieben: Zunächst wird sowohl das Spritzgusswerkzeug 5 als auch das Halteelement 19 geöffnet, wie es in der
Danach schließt das Spritzgusswerkzeug 5 vollständig, woraufhin die Thermoplastschmelze 16 über die Einspritzdüse 13 in die Werkzeugkavität 11 gespritzt wird bis diese gefüllt ist. Dabei verlagert sich eine Fließfront f (
Im Anschluss daran folgt eine Abkühlphase, in der das Werkzeug das gespritzte Formteil 1 soweit abkühlt, bis es formstabil ist. Dann fährt das Spritzgusswerkzeug 5 auf; gleichzeitig öffnen die Halteelemente 19. Das Formteil 1 verbleibt auf einer Formseite, wodurch die Folie 3 unter den Halteelementen 19 weggezogen wird. Gegebenenfalls fahren Schieber zurück und Auswerfer vor, so dass das Formteil 1 ausgeworfen wird.This is followed by a cooling phase in which the tool cools the injected molded
Bei der Folienverformung besteht ein Risiko, dass sich Risse und/oder Faltenwürfe in der Folie 3 ergeben. Um solche Risse und/oder Faltenwürfe in der Folie 3 zu vermeiden, sind folgende Maßnahmen getroffen: Der Folienrand 23 der eingespannten Folie 3 ist mit einem Folien-Übermaß 29 (
Wie aus der
Im vorangegangenen Ausführungsbeispiel weist die Stelleinheit 20 eine Stellschraube 31 auf, mittels der die Federlänge/Federweg der zwischen dem Auswerferstift 21 und dem Halteelement 19 abgestützten Feder 24 einzustellen. Die Federlänge/Federweg der Feder 24 ist durch Schraubbetätigung der Stellschraube 31 einstellbar. Alternativ dazu ist in den
In der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Formteilmolded part
- 22
- KunststoffkörperPlastic body
- 33
- Foliefoil
- 55
- SpritzgusswerkzeugInjection molding tool
- 7, 97, 9
- untere und obere Werkzeughälftelower and upper tool halves
- 1111
- WerkzeugkavitätTool cavity
- 1212
- ZuführungFeeding
- 1313
- SpritzgussdüseInjection molding nozzle
- 1414
- sichtbarer Produktbereich mit Folievisible product area with foil
- 1515
- technischer Produktbereich ohne Folietechnical product range without film
- 1616
- ThermoplastschmelzeThermoplastic melt
- 1717
- SpritzgusseinrichtungInjection molding facility
- 1818
- GasdosierstationGas dosing station
- 1919
- HalteelementHolding element
- 2020
- StelleinheitActuator
- 2121
- AuswerferstiftEjector pin
- 2222
- Spann-PratzeClamping claw
- 2424
- FederFeather
- 2323
- FolienrandFoil edge
- 2525
- KlemmspaltClamping gap
- 2727
- Werkzeugwand der unteren Werkzeughälfte 7Tool wall of the lower tool half 7
- 2929
- Folienrand-ÜberstandFilm edge overhang
- 3131
- StellschraubeAdjusting screw
- 3232
- AußengewindeExternal thread
- FF
- FreigabestellungRelease position
- SS
- SpannstellungClamping position
- FsFs
- SpannkraftTension
- fe
- FließfrontFlow front
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014208421 A1 [0002]DE 102014208421 A1 [0002]
- DE 102010030322 A1 [0002]DE 102010030322 A1 [0002]
- EP 2897777 B1 [0002]EP 2897777 B1 [0002]
Claims (10)
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ID=91472116
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Citations (6)
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DE102007004800A1 (en) | 2007-01-22 | 2008-08-07 | Decoma (Germany) Gmbh | Motor vehicle partially laminated plastic component e.g. door, producing method, involves forming surface of component by foil in sections, where foil is moved relative to shaped plate |
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-
2023
- 2023-01-02 DE DE102023200001.6A patent/DE102023200001A1/en active Pending
Patent Citations (6)
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