DE19617484C1 - Spritzgußvorrichtung und Spritzgußverfahren zur Herstellung von Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, mit einer Spritzgießform mit wenig­ stens einem, vorzugsweise zwei oder mehr rohrförmigen Endberei­ chen, ferner mit einer Einrichtung zum Einspritzen von flüssigem Kunststoff und einer Einrichtung zum Injizieren von Druckgas nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.

Die Erfindung ist zur Herstellung beliebiger Hohlkörper mit wenigstens einer rohrförmigen Öffnung geeignet, wie z. B. zur Herstellung von Behältern mit einem Behälterhals, oder zur Herstellung ein- oder mehrfach gekrümmter Rohre oder von Rohren beliebiger Form mit Abzweigungen, wobei diese Rohre zwei oder gegebenenfalls mehr Anschlußstutzen haben können. Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Herstellung von Rohren beschrieben.

Die Anschlußstutzen von Rohren wie beispielsweise Kühlwasser­ rohren müssen bei vielfältigen Anwendungszwecken eine exakt bemessene, vollkommen glatte Innenfläche haben, damit beispiels­ weise eine Metallhülse formschlüssig eingesetzt werden kann oder ein Anschlußbauteil dicht in den Anschlußstutzen eingesetzt werden kann. Dasselbe Problem stellt sich häufig bei Halsöff­ nungen von Behältern etc.

Wenn der Hohlkörper in der Weise hergestellt wird, daß zunächst das Formnest der geschlossenen Spritzgußform mit Kunststoff vollgespritzt wird und nach einer kurzen Zeitspanne, in der der Kunststoff im Bereich der Formnestwandung erstarrt, ein Druckgas eingeführt wird, um den verbleibenden flüssigen Kunststoff unter Bildung des Hohlraums des Hohlkörpers aus dem Formnest zu ver­ drängen, entstehen an dem oder den rohrförmigen Endbereichen des Hohlkörpers nicht die erforderlichen exakt bemessenen glatten Innenflächen, weil die Wandstärke bei diesem Herstellungsver­ fahren ungleichmäßig dick und die Innenfläche nicht glatt wird. Wenn demnach auf diese Weise Rohre hergestellt werden, werden die kalibrierten Endabschnitte oder Anschlußstutzen bisher dadurch hergestellt, daß zunächst an den Enden ausgeformte Überlaufsäcke abgesägt werden und dann die Endabschnitte spanab­ hebend auf das gewünschte Maß gebohrt bzw. gefräst werden. Anschließend ist es in aller Regel erforderlich, das Rohr sorg­ fältig zu reinigen bzw. auszublasen, damit es vollkommen span­ frei ist, was für viele Anwendungszwecke unbedingt erforderlich ist. Diese zusätzlichen Arbeitsgänge verteuern die Herstellung derartiger Kunststoffrohre, so daß aus wirtschaftlichen Gründen häufig Metallrohren der Vorzug gegeben wird, da dort keine entsprechende teure Nachbearbeitung erforderlich ist.

Die WO 94/20279 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einstückiger Nadeln, bei dem zunächst ein Formnest mit einer Kunststoffschmelze gefüllt wird und dann aus dem Kanülenbereich die Schmelze durch ein Druckfluid ausgestoßen wird, wodurch die hohle Kanüle der Nadel entsteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der bzw. dem Hohl­ körper mit einer oder mehreren rohrförmigen Öffnungen wie An­ schlußstutzen hergestellt werden können, die ohne aufwendige Nachbearbeitung eine exakt bemessene glatte Innenfläche haben.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängi­ gen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Herstellung eines Hohlkörpers mit beispielsweise einem rohrförmigen Endbereich ein mit einem Schieber versehener Kern in den entsprechenden rohr­ förmigen Endbereich des Formnestes eingesetzt, wobei der Kern eine Außenkontur hat, die der herzustellenden Innenwand des Hohlkörpers entspricht, und durch eine durch den Kern führende Bohrung wird entweder das Druckgas in das Formnest eingeführt oder aber der flüssige Kunststoff aus dem Formnest verdrängt, wobei sich in einem Innenraum des Kern ein Pfropfen bildet, der über einen als Sollbruchkante dienenden ringförmigen Verbin­ dungssteg vor dem freien Ende des Kerns mit der Hohlkörperwand verbunden ist, und der Pfropfen wird entlang des Verbindungs­ stegs von der Hohlkörperwand abgetrennt.

Bei diesem Verfahren wird demnach bei dem anfänglichen Füllen des gesamten Formnestes mit dem eingespritzten Kunststoff auch der Ringraum um den eingesetzten Kern mit Kunststoff gefüllt, so daß sich hier ein Behälterhals, Anschlußstutzen oder dergleichen ausbildet, dessen Innenfläche durch die äußere Umfangsfläche des Kerns begrenzt wird und dadurch exakt die vorgesehene Form, Abmessungen und Innenflächengestalt erhält. Es versteht sich, daß hierbei die Innenfläche des Anschlußstutzens oder derglei­ chen dann, wenn es gewünscht ist, vollkommen glatt wird, daß aber auch Konturen in die Innenfläche eingeformt werden könnten, wenn dies aus bestimmten Gründen beabsichtigt ist.

Anschließend wird - nach einer kurzen Erstarrungszeit - der noch flüssige Kunststoff aus dem Formnest verdrängt, und zwar entwe­ der in der Weise, daß das Druckgas durch eine Durchgangsbohrung des Kerns in das Formnest injiziert wird, wobei entlang der Bohrungswand des Kerns eine Kunststoffschicht verbleibt, die vor dem freien Ende des Kerns über einen ringförmigen Verbindungs­ steg mit der an der Wand des Formnestes gebildeten Hohlkörper wand verbunden ist. Hierbei ist es bevorzugt, daß sich die Bohrung zumindest im vorderen Bereich des Kerns mittig durch diesen erstreckt und trichterförmig zum Ende hin erweitert, so daß der Kern in einem rohr- oder hülsenförmigen Ende aus läuft, das eine sich querschnittlich spitz verjüngende Wandstärke hat. An diesem freien Ende des Kerns bildet sich beim Verdrängen des flüssig gebliebenen Kunststoffs aus dem Formnest ein dünner ringförmiger Abrißsteg, dessen geringe Wandstärke durch geeigne­ te Konturen des ringförmigen Endes des Kerns beeinflußt werden kann. Das freie Ende kann - wie erwähnt - spitz zulaufen, wobei die Spitze gegenüber dem anschließenden Außenradius des Kerns ein wenig radial nach innen verlagert sein sollte, damit der an dem ringförmigen Sollbruchsteg abgetrennte Pfropfen problemlos aus dem Behälterhals, Anschlußstutzen etc. des Hohlkörpers her­ ausgezogen werden kann.

Auf die gleiche Weise bildet sich in dem Innenraum bzw. der Bohrung des Kerns ein abtrennbarer Pfropfen, wenn der flüssige Kunststoff durch die Bohrung des Kerns aus dem Formnest her­ ausgepreßt wird. Hierbei kann der Angußkanal der Spritzgußform seitlich in den Kern einmünden und sich mit der mittigen axialen Bohrung des Kerns vereinigen. Die mittige Bohrung kann sich über diese seitliche Abzweigung hinaus über eine kurze Strecke fort­ setzen und anschließend von einem Auswurfstab begrenzt werden, der verschieblich in dem Kern sitzt und nach dem Herausziehen des Kerns aus dem Formnest den erstarrten Pfropfen aus dem Kern herauswirft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß nach dem Verdrängen des überschüssigen flüssigen Kunststoff aus dem Formnest und dem Erstarren des in dem Formnest verbliebenen Materials der Kern mittels eines Schiebers in Richtung des Sollbruchstegs und über diesen hinaus vorgeschoben wird, wodurch der Pfropfen von der Behälterwand abgetrennt wird. Dies wird erleichtert, wenn das freie rohrförmige oder hülsenförmige Ende des Kerns spitz zuläuft.

Anschließend wird - bevorzugt hervorgerufen durch das Öffnen der Formhälften - der Kern aus der Form zurückgezogen. Wenn der Kern das Formnest verlassen hat, trifft der Auswurfstab auf einen Anschlag, während der Kern weiter zurückgefahren wird, wodurch zwangsläufig der Pfropfen ausgestoßen wird. Damit der Pfropfen sich nicht bereits unbeabsichtigt vorher von dem Kern trennen kann und versehentlich in dem Behälter zurückbleibt, kann der Pfropfen sich beispielsweise zu seinem rückwärtigen Ende hin leicht keilförmig verbreitern, so daß er nur unter Aufwendung einer vorbestimmten Kraft aus dem Kern ausgestoßen werden kann.

Bei der Herstellung eines Rohres, das z. B. an beiden Enden An­ schlußabschnitte mit exakt bemessenen Innenflächen haben soll, wird in beide Endabschnitte des Formnestes jeweils ein Kern eingesetzt und hierbei durch den einen Kern die Kunststoff­ schmelze eingespritzt, während durch den anderen Kern das Druck­ gas injiziert wird, das die überschüssige Schmelze wieder durch den ersten Kern aus dem Formnest herausdrängt. Bei Rohren mit Abzweigungen können in deren Enden entsprechende Kerne einge­ setzt werden, durch die überschüssige Schmelze beispielsweise in hierzu vorgesehen Aufnahmeräume der Spritzgußform verdrängt werden kann. Wenn die Schmelze durch den Angußkanal wieder verdrängt wird, gelangt sie in den mit dem Angußkanal in Ver­ bindung stehenden Extruder zurück.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrie­ ben. Dabei zeigen auf weitgehend schematische Weise:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen rohrförmigen Endab­ schnitt eines Formnestes einer Spritzgußform mit ein­ gesetztem Kern an der Injektorseite;

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, jedoch an der Anguß­ seite;

Fig. 3 die Anordnung eines Kerns zur Ausbildung eines von einem Rohr abzweigenden Anschlußstutzens und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Kern und seine Betäti­ gungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt das rohrförmige Ende 1 eines Formnestes zur Her­ stellung eines Rohres mit einem Anschlußstutzen 2, dessen In­ nenfläche 3 einen exakt vorgegebenen Durchmesser haben und voll­ ständig glatt sein soll.

Um dies zu erreichen, wird ein hülsenförmiger Kern 4 so in der Spritzgußform angeordnet, daß er in den das rohrförmige Ende ausbildenden Bereich des Formnestes eingreift. Der Kern 4 ist zumindest im Bereich seines vorderen Endes 5 dünnwandig und läuft in einer Spitze 6 aus, wobei die insgesamt ringförmige Spitze 6 einen etwas kleineren Durchmesser hat als die Außen­ fläche 7 des Kerns.

Der Kern 4 hat eine mittige Bohrung bzw. einen mittigen Hohlraum 8, in den eine Injektordüse 9 hineinragt, durch die Luft in das Formnest 10 injiziert werden kann, um überschüssige Kunst­ stoffschmelze in Richtung eines Pfeils 11 in Fig. 1 zu verdrän­ gen.

Der Kern 4 enthält ferner einen mittigen Auswurfstab 12, der verschieblich in dem Kern 4 sitzt und dessen Aufgabe es ist, einen im Innenraum des Kerns gebildeten Pfropfen 13 auszuwerfen, nachdem dieser aus dem fertigen Rohr herausgezogen wurde, was unten näher erläutert wird.

In einem ersten Verfahrensschritt wird das Formnest in der Spritzgußform vollständig mit flüssigem Kunststoff gefüllt, wobei auch der Ringraum 14 zwischen der Formnestwand und der Umfangsfläche des Kerns 4 mit Kunststoff ausgefüllt wird.

Nach einer vorbestimmten Erstarrungszeit, in der sich eine feste Rohrwand 15 in dem Formnest ausbildet, wird ein Druckgas, be­ vorzugt Druckluft durch die Injektordüse 9 injiziert, die das noch flüssige Kunststoffmaterial aus dem Formnest herausdrängt. Dabei bildet sich vor dem spitzen Ende 6 des Kerns 4 ein dünn­ wandiger, insgesamt ringförmiger Verbindungssteg 16 zwischen der Rohrwand 15 und dem im Innenraum des Kerns 4 sitzenden Pfropfen 13, der mittels Hinterschneidungen 18 an dem Kern 4 gehalten ist.

Der Verbindungssteg 16, der eine ringförmige Sollbruchstelle bildet, hat eine im Vergleich zur Behälterwand reduzierte Wand­ stärke, was unter anderem dadurch hervorgerufen wird, daß das Material in diesem Bereich verhältnismäßig lange warm bleibt. Zur dünnwandigen Ausbildung des Verbindungssteges trägt auch die Querschnittsänderung in diesem Bereich bei.

Fig. 2 zeigt das Angußende des Formnestes 10. Hierbei mündet ein durch die Spritzgußform führender Angußkanal 19 in eine Querboh­ rung 20 durch den Kern 4 ein, die sich mit der trichterförmigen mittigen Bohrung 8 des Kerns 4 vereinigt. Durch den Angußkanal 19, die Querbohrung 20 und die zentrale Bohrung 8 des Kerns 4 wird die flüssige Kunststoffschmelze in das Formnest 10 einge­ füllt und später auf entsprechende Weise wieder verdrängt, wobei sich wiederum vor dem spitzen Ende 6 des Kerns 4 der ringförmige Sollbruch-Verbindungssteg 16 ausbildet.

Beim Öffnen der Spritzgußformhälften in Richtung eines Pfeils 21 in Fig. 2 wird ein erstarrter Kunststoffpfropfen 22 bei einer eingeschnürten Sollbruchstelle 23 von dem Pfropfen 17 getrennt und aus dem Kern 4 zurückgezogen, woraufhin dieser in Richtung des Pfeils 24 vorgeschoben werden kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Fig. 3 zeigt rein schematisch die Ausbildung eines seitlich von einem Hauptrohr 25 abzweigenden Anschlußstutzen 26, in dem ein Kern 27 angeordnet ist, der einen kurzen, spitz zulaufenden hül­ senförmigen Endabschnitt 28 hat, der so weit in die erstarrte Rohrwand 29 vorspringt, daß sich hier wieder ein verhältnismäßig dünner Verbindungssteg 30 ausbildet, der durch Vorschub des Kerns 27 in Richtung des Pfeils 31 zerbricht. Der Kern 27 hat eine mittige zylindrische Bohrung 32, die zusammen mit dem herauszubrechenden Wandabschnitt 33 einen Pfropfen bilden, der durch eine Hinterschneidung 34 an dem Kern gehalten ist.

Fig. 4 zeigt den Betätigungsmechanismus eines Kerns 35, an bzw. in dessen Hohlraum sich ein erstarrter Pfropfen 36 ausgebildet hat. Der Kern 35 ist mit einem Schieber 38 fest verbunden, der ebenso wie der Kern 35 von einem Auswurfstab 39 durchgriffen wird, der die mittige axiale Bohrung durch den Kern 35 für die Kunststoffschmelze verschließt.

Der Auswurfstab 39 hat eine Ringschulter 40, die am Ende einer verbreiterten Bohrung des Schiebers 38 anliegt. Die Ringschulter 40 dient an der anderen Seite als Sitz einer Schraubenfeder 42, die anderenends an der Rückseite des Kerns 35 anliegt. Die Feder 42 zwängt den Auswurfstab 39 in Fig. 4 nach rechts.

Der Pfropfen 36 wird dadurch herausgebrochen, daß die Formhälf­ ten geöffnet werden und hierbei ein Nocken 43 an einem in Rich­ tung eines Pfeils 44 bewegten Bauteil den Schieber 38 in Rich­ tung eines Pfeils 45 vorschiebt, wobei die Nockenfläche 43 mit einer anliegenden Nockenfläche 46 des Schiebers zusammenwirkt. Der Schieber schließt hierbei den vor seinem Kopfende vorgesehe­ nen Spalt 47, wobei der Kern 35 entsprechend in Fig. 4 nach links bewegt wird und den ringförmigen Verbindungssteg des Pfropfens zerbricht.

Anschließend werden die Formhälften weiter geöffnet, wobei der Schlitten 38 geführt durch einen im Winkel angeordneten Bolzen 48 in Fig. 4 nach rechts bewegt wird, bis der Auswurfstab 39 auf einen festen Anschlag 49 auftrifft. Bei der weiteren Bewegung des Schlittens 38 nach rechts wird der Pfropfen 36 aus dem Hohlraum des Kerns 35 ausgestoßen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern mit einer Spritz­ gußform mit einem Formnest mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei oder mehr rohrförmigen Endbereichen, ferner mit einer Einrichtung zum Einspritzen von flüssigem Kunststoff und einer Einrichtung zum Injizieren von Druckgas, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit einem Schieber (38) versehenen Kern (4, 35), der in den rohrförmigen Endbereich des Formnestes (10) eingreift und eine Außenkontur hat, die der herzustellenden Innenwand des Hohlkörpers ent­ spricht, und der eine Durchgangsbohrung (8, 39) aufweist, die entweder mit der Druckgasquelle oder einem Aufnahmeraum für aus dem Formnest verdrängten Kunststoff in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern wenigstens im Bereich seines formnestseitigen Endes eine Rohr- oder Hülsenform mit sich zum Ende hin bevorzugt spitz verjüngender Wandstärke hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das formnestseitige Ende des Kerns (4, 35) einen Durchmesser hat, der etwas kleiner ist als der an­ schließende Außendurchmesser des Kerns.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4, 35) eine vorzugsweise mittige Bohrung (8, 39) hat, die sich ausgehend vom formnestsei­ tigen Ende des Kerns trichterförmig verengt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8, 39) wenigstens eine Hinterschneidung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kern (35) ein Auswurfstab (39) verschieblich sitzt.

7. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern mit wenigstens einer rohrförmigen Öffnung wie einem Behälterhals, Anschluß­ stutzen oder dergleichen, bei dem das Formnest einer geschlosse­ nen Spritzgußform mit Kunststoff vollgespritzt und nach der Erstarrung eines Teils des eingespritzten Kunststoffs im Bereich der Formnestwandung ein Druckgas eingeführt wird, das den ver­ bleibenden flüssigen Kunststoff unter Bildung des Hohlraums des Hohlkörpers aus dem Formnest verdrängt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die wenigstens eine rohrför­ mige Öffnung bildenden Bereich des Formnestes ein Kern angeord­ net wird, dessen äußere Umfangsfläche die Begrenzung der Innen­ wand der rohrförmigen Öffnung des Hohlkörpers bildet und durch dessen Inneres entweder das Druckgas in das Formnest eingeführt oder der flüssige Kunststoff aus dem Formnest verdrängt wird, wobei sich im Innenraum des Kerns ein Pfropfen bildet, der über einen verhältnismäßig dünnen ringförmigen Verbindungssteg vor dem freien Ende des Kerns mit der Hohlkörperwand verbunden ist, und daß der Pfropfen entlang des Verbindungsstegs von der Hohl­ körperwand abgetrennt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei rohrförmigen Endbereichen des Formnestes jeweils ein Kern angeordnet wird, wobei durch das Innere eines Kerns der flüssige Kunststoff in das Formnest eingespritzt und aus dem Formnest verdrängt wird und durch das Innere des anderen Kerns das Druckgas in das Formnest eingeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern nach der Bildung des Pfropfens in Richtung des ringförmigen Verbindungsstegs vor­ geschoben wird, um diesen abzubrechen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern nach dem Abtrennen des Verbindungsstegs aus der Behälteröffnung herausgezogen wird und dabei den Pfropfen mitnimmt.