DE2346135C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststofformkörpern, die aus einer Füllschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff und aus einer diese einschließenden Deckschicht aus einem anderen thermoplastischen Kunststoff bestehen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststofformkörpern, die aus einer Füllschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff und aus einer diese einschließenden Deckschicht aus einem anderen thermoplastischen Kunststoff bestehenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststofformkörpern, die aus einer Flüssigkeit aus einem thermoplastischen Kunststoff und aus einer diese einschließenden
Deckschicht aus einem anderen thermoplastischen Kunststoff bestehen, nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei dem in dem Hauptpatent 22 47 995 beschriebenen Verfahren werder der zentrale zylindrische und der
ringförmige, zusammen die Deckschicht bildende Kunststoffstrang sowie der dazwischenliegende, ebenfalls ringförmige, die FüUschicht bildende Kunststoffstrang vor der Einspritzung in die Form zu einem gemeinsamen dreischichtigen, zylindrischen Strang ver-
einigt, wobei die drei Schichten dieses Stranges während des Einspritzvorganges mit gleichbleibender Einspritzgeschwindigkeit in die Form eingespritzt werdea
Hiervon ausgehend liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, in Abhängigkeit von der Gestalt des herzu
stellenden Kunststofformkörpers an die dem Angußka
nal gegenüberliegende Wandung der Form grundsätzlich oder zeitweise über den Einspritzvorgang eine größere oder kleinere Menge des die Deckschicht bildenden Kunststoffes gelangen zu lassen.
Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung bei
einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, daß die Einspritzgeschwindigkeiten der einzelnen Kunststoffstränge in die Form während des Einspritzvorganges unabhängig voneinander
gesteuert werdea
Dadurch ist es möglich, die Dicke der Deckschicht des herzustellenden Kunststofformkörpers den gestellten
Forderungen anzupassen und die Deckschicht zur Einsparung von wertvollem Rohstoff so dünn wie möglich
zu halten, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß die Deckschicht von dem Kunststoff der FüUschicht durchbrochen wird.
Die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die im
so Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale. Weitere vorteilhafte Ausbildungen dieses Vorrichtung enthalten
die Patentansprüche 3 bis 5.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung in vereinfachter Weise dargestellter Ausführungs-
beispiele näher erläutert Dabei zeigen
F i g. 1 die Schnittdarstellung einer Spritzdüse mit geschlossenem zentralen Kanal, geschlossener konischer Austrittsöffnung und geschlossenem ringförmigen
Austrittsspalt,
F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht mit geöffnetem zentralen Kanal und mit geöffnetem ringförmigen Austrittsspalt,
F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht der Spritzdüse in vollkommen geöffnetem Zustand,
F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht mit geöffneter konischer Austrittsöffnung und
F i g. 5 bis 11 verschiedene Phasen während des Einspritzens der Kunststoffe in eine Form.
In den F i g. 1 bis 4 ist eine Spritzdüse zur diskontinuierlichen Herstellung von mehrschichtigen Kunststoffformkörpern
aus thermoplastischen Kunststoffen dargestellt, die von einer nicht gezeigten Spritzdüsenhalterung
aufgenommen wird, und an der in diesem Ausführungsbeispiel
zwei nur angedeutete Extruder 2, 3 bekannter Bauart angeschlossen sind
Die Spritzdüse liegt im Bereich eines Angußkanals 4 einer Form 5 an, die, wie die F i g. 5 bis 11 erkennen lassen,
einen einfach dargestellten Hohlraum 6 zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststofformkörpers besitzt
Die Spritzdüse weist eine zentrische Bohrung 7 auf, die über den größten Teil ihrer Länge eine gleichbleibende
zylindrische Form besitzt, und nahe dem Angußkanal 4 der Form 5 in einen sich verengenden
Konus 8 übergeht, an den sich noch ein kurzes hohlzylindrisches Teil 9 anschließt In der zentrischen Bohrung
7 der Spritzdüse ist ein Innenmantel 10 axial verschiebbar gelagert, der an seinem dem Angußkanal 4 zugewandten
Ende einen Absatz 11 besitzt, desren Außendurchmesser
genau dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Teils 9 der Spritzdüse entspricht
Mit Abstand von diesem Absatz 11 weist der Innenmantel
10 eine Einschnürung 12 auf, die mittels eines konischen Teiles 13 in den Absatz 11 übergeht Durch
die Einschnürung 12 des Innenmantels 10 wird zwischen der Innenwandung der zentrischen Bohrung 7 und dem
Innenmantel 10 ein Ringraum 14 hergestellt
An den Ringraum 14 schließt sich ein als Herzkurve ausgebildeter Kanal 15 an, der in die äußere Mantelfläche
des Innenmantels 10 eingearbeitet ist Der Außenmantel 1 weist einen Kanal 16 auf, der den Kanal
15 des Innenmantels 10 mit dem Extruder 3 verbindet Der Innenmantel 10 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel
einen Arm 17, an dem die Kolbenstange 18 einer an sich bekannten, beispielsweise hydraulisch beaufschlagbaren
Verschiebeeinheit 19 angreift Über diese Verschiebeeinheit 19 kann der Innenmantel 10 aus seiner
Stellung gemäß F i g. 1, der Schließstellung, in die in F i g. 2 gezeigte Stellung, die Offenstellung, verschoben
werden. In dieser Stellung gibt der Innenmantel 10 einen
ringförmigen Austrittsspalt 20 frei, der von dem Außenmantel 1 und dem Innenmantel 10 begrenzt ist
In der Bohrung 21 des Innenmantels 10 ist ein axial verschiebbarer Zylinder 22 gelagert, der an seinem dem
Angußkanal 4 zugewandten Ende einen zylindrischen Absatz 23 besitzt Der Außendurchmesscr des zylindrischen
Absatzes 23 ist dabei gleich dem Innendurchmesser des Absatzes 11 des Innenmantels 10. Mit Abstand
von diesem zylindrischen Absatz 23 weist der verschiebbare Zylinder 22 ebenfalls eine Einschnürung 24 auf, die
über ein konisches Teil 25 mit dem zylindrischen Absatz 23 verbunden ist Durch diese Einschnürung 24 entsteht
zwischen dem verschiebbaren Zylinder 22 und dem Innenmantel 10 ein Ringraum 26, an den sich ebenfalls
ein als Herzkurve geformter Kanal 27 anschließt Über eine Aussparung 28 in dem Innenmantel 10 und
einen Kanal 29 im Außenmzntel 1 steht der Kanal 27 und damit der Ringraum 26 mit dem Extruder 2 in Verbindung.
An dem verschiebbaren Zylinder 22 greift ein Kolben 30 einer beispielsweise hydraulisch beaufschlagbaren
Verschiebeeinheit 31 an, die sich ortsfest an der Spritzdüse abstützt Über diese Verschiebeeinheit 31 kann der
verschiebbare Zylinder 22 aus seiner in F i g. 1 gezeigten Stellung, der Schließstellung, in die Stellung gemäß
F i g. 2 und von dort in die Stellung gemäß F i g. 3, die Offenstellung, verschoben werden. In der Offenstellung
gibt der verschiebbare Zylinder 22 -sine konische Austrittsöffnung
32 frei, die von dem Innenmantel 10 und dem verschiebbaren Zylinder 22 begrenzt wird.
In der Bohrung 33 des verschiebbaren Zylinders 22 ist
eine Schließnadel 34 axial verschiebbar geführt, die an ihrem dem Angußkanal 4 zugewandten Ende einen abgesetzten
zylindrischen Zapfen 35 besitzt, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des zylindrischen
Absatzes 23 des verschiebbaren Zylinders 22
ίο ist In dem verschiebbaren Zylinder 22 ist eine umlaufende
Ausdrehung 36 eingearbeitet, durch die zwischen der Schließnadel 34 und dem verschiebbaren Zylinder
22 ein zentraler Kanal 37,38 gebildet wird. Dieser zentrale
Kanal 37, 38 mündet in diesem Ausführungsbeispiel in den Kanal 15 des Innenmantels 10. Damit ist der
zentrale Kanal 37,38 über den Kanal 16 im Außenmantel 1 an den Extruder 3 angeschlossen. Auch an der
Schließnadel 34 greift ein Kolben 39 einer Verschiebeeinheit 40 an, die an der Spritzdüse befestigt ist Mittels
dieser Verschiebeeinheit 40 kann die Schließnadel 34 aus ihrer Schließstellung gemäß F i g. 1 stufenweise in
die Schließstellung der Fig.4 und von dort in die in
Fig.3 gezeigte Offenstellung verschoben werdea In dieser Stellung gibt die Schließnadel 34 den zentralen
Kanal 41 frei, der durch die Austrittsöffnung des verschiebbaren
Zylinders 22 gebildet ist
Bei der Fertigung eines mehrschichtigen Kunststoffformkörpers aus thermoplastischem Kunststoff mit
einer geschäumten Füllschicht und einer ungeschäumten Deckschicht wird bei geschlossenem Innenmantel 10,
geschlossenem verschiebbaren Zylinder 22 und geschlossener Schließnadel 34 gemäß der F i g. 1 in dem
nur angedeuteten Extruder 3 ein die glatte Deckschicht bildender, also nicht schäumender Kunststoff und in
dem Extruder 2 ein ein Treibmittel enthaltender, also bei Entspannung schäumender Kunststoff dosiert Sobald
die beiden Extruder 2, 3 »gespannt« sind, werden die Verschiebeantriebe 19, 31, 40 derart beaufschlagt daß
der Innenmantel 10, der verschiebbare Zylinder 22 und die Schließnadel 34 in ihre Stellung gemäß F i g. 2 bewegt
werden. In dieser Stellung sind der ringförmige Austrittsspalt 20 und der zentrale Kanal 41 geöffnet, so
daß beim Verschieben des Ausschiebekolbens im Extruder 3 der nicht schäumende, die glatte Deckschicht bildende
Kunststoff über den ringförmigen Austrittsspalt 20 und den zentralen Kanal 41 aus dem Extruder 3 in
den Angußkanal 4 und damit in den Hohlraum 6 der Form 5 strömen kann (F i g. 5).
Sobald der Ausschiebekolben im Extruder 3 einen
so vorgegebenen Weg zurückgelegt hat und sich eine Teilmenge des die glatte Deckschicht bildenden Kunststoffes
in dem Hohlraum 6 der Form 5 befindet, wird beispielsweise durch den Ausschiebekolben des Extruders
3 in an sich bekannter Weise ein nicht gezeigter Nokken betätigt, der die Beaufschlagung des Verschiebeantriebes
31 und damit ein öffnen der konischen Austrittsöffnung 32 zur Folge hat Über den Kanal 29 im Außenmantel
1, den Kanal 27 und dem Ringraum 26 wird nun der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff aus dem Extruder
2 über die konische Austrittsöffnung 32 in den Hohlraum 6 der Form 5 gedrückt Dabei wird die Entleerung
des Extruders 3 nicht unterbrochen, so daß gleichzeitig ein ringförmiger Kunststoffstrang 42 aus nicht
schäumendem Kunststoff, ein ringförmiger Kunststoffes strang 43 aus einem Treibmittel enthaltenden Kunststoff
und ein zentraler Kunststoffstrang 44 aus ebenfalls nicht schäumendem Kunststoff über den Angußkanal 4
über den Hohlraum 6 der Form 5 einströmen (F i g. 6).
Die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. die pro Zeiteinheit in den Hohlraum 6 gelangenden Mengen der
Kunststoffstränge 42,43,44 können gleich oder auch unterschiedlich
sein, was in Abhängigkeit von den zu fertigenden Formteilen durch eine entsprechende Beaufschlagung
der Ausschiebekolben in den Extruden 2, 3 steuerbar ist.
Sobald sich eine ausreichende Menge von nicht schäumbarem Kunststoff und von ein Treibmittel enthaltendem
Kunststoff in dem Hohlraum 6 der Form 5 befindet, werden der ringförmige Austrittsspalt 20, die
konische Austrittsöffnung 32 und der zentrale Kanal 41 geschlossen. Dem ein Treibmittel enthaltenden Kunststoff
wirkt in dem Hohlraum 6 der Form 5 nur der Druck der entweichenden Luft entgegen, so daß das in dem
Kunststoff fein verteilte Treibmittel expandieren kann, was eine scheinbare Volumenvergrößerung der plastifizietten
Kunststoffmasse und damit eine Füllung des Hohlraums 6 der Form 5 zur Folge hat (F i g. 7).
Der durch den ringförmigen Austrittsspalt 20 in den Hohlraum 6 einströmende, nicht schäumende Kunststoff
bildet an der sich an den Ausgußkanal 4 anschließende Fläche des Hohlraums 6 eine geschlossene Schicht,
während der durch den zentralen Kanal 41 in den Hohlraum 6 gelangende, ebenfalls nicht schäumende
Kunststoff an der dem Angußkanal 4 gegenüberliegenden Fläche des Hohlraums 6 abgelenkt wird und dort
eine geschlossene Schicht formt Die geschlossene Schicht aus nicht schäumendem Kunststoff erstreckt
sich dabei bis auf die Seitenflächen des Hohlraumes 6, was durch die zugeführte Menge von nicht schäumendem
Kunststoff in einfacher Weise steuerbar ist Dabei kann die Dicke dieser Schicht aus nicht schäumendem
Kunststoff in einfacher Weise beeinflußt werden. Nach Ablauf der Reaktions- und Kühlzeit wird das fertige
Kunststoffformteil in an sich bekannter Weise durch öffnen der Form 5 entfernt und der oben beschriebene
Vorgang wiederholt sich. In Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispieles ist es möglich, über einen gewissen
Zeitraum nur einen ein Treibstoff enthaltenden Kunststoff in den Hohlraum 6 strömen zu lassen. Zu diesem
Zweck werden der ringförmige Austnttsspalt 20 und der zentrale Kanal 41 geschlossen, wie dies in
F i g. 4 dargestellt ist
Es ist ferner möglich, den ringförmigen Austrittsspalt 20, die konische Austrittsöffhung 32 und den zentralen
Kanal 41 gleichzeitig zu öffnen, so daß die nicht schäumenden Kunststoffstränge 42 und 44 und der ein Treibmittel
enthaltende Kunststoffstrang 43 gleichzeitig in den Hohlraum 6 der Form 5 einströmen (F i g. 8). Dabei
ist es zweckmäßig, daß die Strömungsgeschwindigkeiten der nicht schäumenden Kunststoffstränge 42,44 geringfügig
größer sind als die Strömungsgeschwindigkeit des ein Treibmittel enthaltenden Kunststoffstranges
43, so daß sich mit Sicherheit an der dem Angußkanal 4 gegenüberliegenden Fläche des Hohlraums 6 eine
geschlossene Schicht aus nicht schäumendem Kunststoff ausbilden kann (F i g. 9). Sobald sich auch hier eine
ίο ausreichende Menge von nicht schäumendem Kunststoff
und von ein Treibmittel enthaltendem Kunststoff in dem Hohlraum 6 der Form befindet, werden durch
entsprechende Beaufschlagung der Verschiebeantriebe 19, 31, 40 der ringförmige Austrittsspalt 20, die konische
Austrittsöffnung 32 und der zentrale Kanal 41 geschlossen. Durch das Treibmittel erfolgt auch hier eine
scheinbare Volumensvergrößerung der durch die konische Austrittsöffnung 32 eingeströmten Kunststoffmasse,
so daß der Hohlraum 6 vollständig gefüllt wird (Fig. 10und 11).
Bei dem auf diese Weise gefertigten Kunststofformteil
befindet sich im Bereich des Angußkanals 4 noch geschäumter Kunststoff. Dies hat nach Entfernen des
Angusses zur Folge, daß sich in der ungeschäumten Kunststoffschicht eine sichtbare, kreisringförmige
Fläche mit Schaumstruktur befindet Für den Fall, daß auch an der Abtrennstelle des Angusses eine Oberfläche
aus ungeschäumten Kunststoff vorhanden sein soll, wird beispielsweise der Innenmantel 10 und die Schließnadel
34 mit Verzögerung geschlossen, so daß noch eine geringe Menge von nicht schäumendem Kunststoff in den
Angußkanal 4 strömen kann und dort den geschäumten Kunststoff verdrängt Dies wird insbesondere dann angewendet,
wenn die dem Anguß zugewandte Seite des Kunststofformteiles als sogenannte »Sichtseite« verwendet
wird.
In Abänderung der erläuterten Ausführungsbeispiele ist es ferner möglich, in der Schließnadel 34 einen nicht
gezeigten Kanal vorzusehen, über den ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft in den Hohlraum 6 der
Form 5 geblasen werden kann. Das fertige Formteil besitzt dann einen Hohlraum, der von einer Dreischicht-Mantelfläche
umgeben ist Dadurch kann, falls die Festigkeit dies zuläßt, eine erhebliche Gewichtsersparnis
erzielt werdea
Ferner ist es möglich, die Spritzdüse derart an den Hohlraum 6 der Form 5 anzuschließen, daß Formteile
ohne Anguß hergestellt werden können.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffformkörpenn, die aus einer Füllschicht aus einem
thermoplastischen Kunststoff und aus einer diese einschließenden Deckschicht aus einem anderen
thermoplastischen Kunststoff bestehen, bei dem der die Füllschicht bildende Kunststoff gleichzeitig mit
dem die Deckschicht bildenden Kunststoff in eine Form eingespritzt und der die Füllschicht bildende
Kunststoff ringförmig zwischen dem die Deckschicht bildenden Kunststoff eingeschlossen wird,
wobei der die Füllschicht und der die Deckschicht bildende Kunststoff als getrennte Stränge koaxial
zueinander geführt werden, der die Deckschicht bildende Kunststoff einen zentralen, zylindrischen und
einen diesen mit Abstand umgebenden hülsenförmigen Straig und der die Füllschicht bildende Kunststoff einen in dem Ringraum zwischen den Strängen
des die Deckschicht bildenden Kunststoffes liegenden Strang bilden, die Stränge der die Füilschicht
und die Deckschicht bildenden Kunststoffe unmittelbar vor der Einspritzung in die Form zu einem gemeinsamen dreischichtigen zylindrischen Strang
vereinigt werden und die Zufuhr des die Füllschicht bildenden Kunststoffes vor Beendigung des Spritzgießens an der Vereinigungsstelle der Stränge derart unterbrochen wird, daß an der Angußstelle des
Kunststofformkörpers ein in der konischen Düse verbleibender Stopfen aus dem Kunststoff der Deckschicht gebildet wird, nach Patent2247995, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzgeschwindigkeiten der Kunststoffstränge (42, 43, 44)
in die Form (5) während des Einspritzvorganges unabhängig voneinander gesteuert werden.
2. Spritzdüse zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 1, mit einem sich zu einer
konischen Ringdüse verjüngenden Außenmantel, in dem ein Innenmantel angeordnet ist, der mit dem
Außenmantel einen in einen ringförmigen Austrittsspalt übergehenden äußeren Ringkanal bildet, mit
einer in dem Innenmantel als Ventilspalt ausgebildeten konischen Austrittsöffnung, in der ein koaxialer
mit dieser einen inneren Ringkanal bildender, in einem Ventilkonus auslaufender, axial verschiebbarer Zylinder mit einem zentralen Kanal angeordnet
ist, und mit einem Anschluß des äußeren Ringkanals, des inneren Ringkanals sowie des zentralen Kanals an mindestens zwei getrennte Extruder für unterschiedliche thermoplastische Kunststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (10) im
Außenmantel (1) verschiebbar geführt ist, daß in dem zentralen Kanal (37, 38) eine axial verschiebbare Schließnadel (34) angeordnet ist und daß der
verschiebbare Innenmantel (10), der verschiebbare Zylinder (22) und die Schließnadel (34) durch voneinander unabhängige Verschiebeantriebe (19, 31, 40)
verschiebbar sind.
3. Spritzdüse nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeantriebe (19, 31,
40) für den Innenmantel (10), den verschiebbaren Zylinder (22) und die Schließnadel (34) in Abhängigkeit von der Stellung von Einspritzkolben in den Extrudern (2,3) steuerbar sind.
4. Spritzdüse nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Verschiebeantriebe (19,31,40) einstellbar ist
5. Spritzdüse nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Stirnflächen des Innenmantels (10), des verschiebbaren
Zylinders (22) und der Schließnadel (34) in der Schließstellung derselben in einer Ebene mit der
freien Stirnfläche des Ausßenmantels (1) liegen.
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