Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzgiessen von Rahmenbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff. wobei in eine Spritzgiessform mit zumindest einem Einspritzkanal und mit daran über zumindest einen Verzweigungspunkt angeschlossenen Formräumen der thermoplastifizierte Kunststoff eingespritzt wird, der sich in den Formräumen im Sinne einer Quellströmung ausbreitet. - Quellströmung bezeichnet die Tatsache, dass die in einen Formraum eindringende Schmelze beim Spritzgiessen an ihren Kontaktflächen mit der Spritzgiessform, d.h. in den Randzonen des Querschnittes des herzustellenden Gussstückes, abkühlt und soweit verfestigt.
dass sie nicht mehr fliesst, während der Kern flüssig bleibt, so dass gleichsam aus der Mitte heraus weiterer thermoplastischer Kunststoff hervorquillt, neue Randzonen aufbaut und das Gussstück vervollständigt, Rahmenbauteile bezeichnet Rahmen mit einem Rahmenfeld oder mit mehreren Rahmenfeldern (wie Fensterrahmen. Türrahmen, entsprechende Zargen. Tischzargen, Stuhlzargen, Bilderrahmen und dgl.) aber auch radartige Bauteile mit Nabe und Speichen (wie Lenkräder von Kraftfahrzeugen) - kurz alle Bauteile, zu deren Herstellung im Spritzgiessverfahren mit Spritzgiessform gearbeitet werden muss, deren Formraum oder deren Einspritzkanal bzw. Einspritzkanäle plus Formraum notwendigerweise einen oder mehrere Verzweigungspunkte aufweisen. An den Verzweigungspunkten verzweigt sich die Schmelze, die in die Spritzgiessform eingespritzt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es gleichgültig, ob es sich um geschlossene Rahmenbauteile oder um offene Rahmen (z.B. Grundriss u-förmige Bauteile) handelt.
Mit den aus der Praxis bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung lassen sich nur Rahmenbauteile mit einheitlichem Materialaufbau, nämlich aus Vollmaterial, herstellen, beispielsweise aus Hartpolyvinylchlorid. Das ist vom Material- einsatz her aufwendig. Um den Materialeinsatz zu reduzieren, werden Rahmenbauteile aus Kunststoff insbesondere Fen sterrnhmen, Türrahmen und dgl.. zumeist aus stabförmigen Hohlprofilen mittels Eckverbinder zusammengesetzt. Die Hohlprofile werden stranggepresst oder extrudiert. Ein solcher Aufbau von Rahmenbauteilen wiederum ist arbeitsaufwendig.
Zwar kann man mit den gattungsgemässen bekannten Verfahren auch Rahmenbauteile strangspritzen, die aus Porenmaterial aufgebaut sind. dann befriedigen jedoch Oberflächenqualität und Festigkeit nicht.
Zur Herstellung anderer Bauteile als Rahmenbauteile im Sinne der obigen Definition, z.B. zur Herstellung von ebenen oder gekrümmten Flächentragwerken, Platten, Tischplatten, Stäben und Stützen, ist das sogenannte Sandwichverfahren bekannt. Hier besteht das fertige Bauteil aus einer Haut oder Schale aus Vollmaterial und einem Kern aus Porenmaterial.
Das Porenmaterial besteht aus Schaumkunststoff oder aus Kunststoff mit Gaseinschlüssen. Das Vollmaterial ist gleichsam massiv. Auf diese Weise kann thermoplastischer Kunststoff eingespart werden. Darüber hinaus zeichnen sich auch die Bauteile durch besondere Festigkeit und Stabilität aus. Die mengenmässige Bemessung von Vollmaterial einerseits und Porenmaterial andererseits erfolgt dabei nach dem gewünschten Verhältnis Vollmaterial/Porenmaterial und damit zumeist auch unter Berücksichtigung festigkeitsmässiger Gesichtpunkte. Das Sandwichveffahren führt zu befriedigenden Bauteilen wenn gleichzeitig das thermoplastifizierte Vollmaterial und das thermoplastifizierte Porenmaterial in die Spritzgiessform eingeführt werden, wobei z.B. in der Spritzgiessform das Schäumen des Porenmaterials erfolgt.
Rahmbauteile können bisher nach dem Sandwichverfahren nicht hergestellt werden. Versucht man es. so gelangt das Porenmaterial nicht ohne weiteres in alle Formräume, es füllt folglich nicht alle Rahmenstäbe hinreichend als Kern aus. Andererseits wird zuweilen beobachtet, dass in einen Formraum nur Porenmaterial eindringt. Derartige Rahmenbauteile sind Ausschuss. Anscheinend tritt an den genannten Verzweigungspunkten eine Störung des Aufbaus des Gussstückes aus Volmaterial und Porenmaterial auf. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem im Wege des Spritzgiessens Rahmenbauteile aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt werden können, die eine Haut oder Hülle aus Vollmaterial und einen Kern aus Porenmaterial aufweisen, wobei vorteilhaft die Wanddicke der aus Vollmaterial bestehenden Haut oder Hülle in weiten Grenzen eingestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgiessen von Rahmenbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei in eine Spritzgiessform mit zumindest einem Einspritzkanal und daran über einen Verzweigungspunkt angeschlossenen Formräumen, die ihrerseits wieder verzweigt sein können, der thermoplastifizierte Kunststoff eingespritzt wird, der sich in den Formräumen im Sinne einer Quellströmung ausbreitet.
Die Erfindung besteht darin, dass über den Einspritzkanal oder über die Einspritzkanäle zunächst in einer Menge, die nur einen Bruchteil der für das Rahmenbauteil benötigten Kunststoffmenge ausmacht, Vollmaterial und danach Vollmaterial mit Kern aus Porenmaterial gemeinsam als Verbundschmelze eingespritzt werden, bis die Verbundschmelze auch über die Verzweigungspunkte gedrückt worden ist und die Formräume vollständig ausgefüllt sind, und dass dabei die Menge und die Temperatur des Porenmaterials so bemessen werden, dass das Porenmaterial die Quellströmung des Vollmaterials bis zum vollständigen Ausfüllen der Formräume aufrechterhält. Porenmaterial bezeichnet im Rahmen der Er findunggeschäumtes Material, insbesondere auch solches, welches erst in der Spritzgiessform aufschäumt, aber auch Material mit inkorporierten Gasblasen.
Die Erfindung geht aus von der Arbeitsweise, die beim sogenannten Sandwichverfahren üblich und eingangs angdeutet worden ist. D.h. es werden im Rahmen der Erfindung zunächst in an sich (aber nicht zur Herstellung von Rahmenbauteilen) bekannter Weise über den Einspritzkanal Vollmaterial und danach Vollmaterial mit Kern aus Porenmaterial gleichzeitig eingespritzt. Dabei werden jedoch die Menge und die Temperatur des Porenmaterials besonders eingestellt. Wenn die Temperatur des Porenmaterials und dessen Menge hinreichend gross sind, wird überraschenderweise erreicht, dass die Verbundschmelze sich an den Verzweigungspunkten verzweigt, ohne dass eine Trennung in einerseits Vollmaterial und andererseits Porenmaterial an der Verzweigungsstelle eintritt.
Obwohl bei einer Quellströmung mit Verzweigung grundsätzlich aus dem Kern eines sich aufbauenden Spritzgusskörpers Material nachströmt, welches die Randzonen weiter aufbaut, tritt trotz Verzweigung überraschenderweise Porenmaterial nicht in die Randzonen ein. Der Strom des Porenmaterials vom Einspritzkanal bzw. von den Einspritzkanälen bis zum vollständigen Füllen aller Formräume der Spritzgiessform funktioniert gleichsam als Fördermittel für das ihn umgebende Vollmaterial, welches mehr oder weniger als Zylinder, jedenfalls als Röhre, strömt und eine eigene zylindrische Quellströmung auf diesem Fördermittel aufbaut. Das Porenmaterial funktioniert aber mehr oder weniger auch als beheizter Kolben, der von dem Vollmaterial in einer dicken Gleitmittelschicht umgeben ist und in dieser Gleitmittelschicht eine Schleppströmung erzeugt.
Die Temperatur des Kolbens hält die beschriebenen Phänomene aufrecht. Die Bewegung des Porenmaterials, insbesondere aber auch der Splittingeffekt an den Verzweigungspunkten, beruhen vermutlich auch auf innerem Überdruck des Porenmaterials.
Daher kommt man mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu besonders befriedigenden Ergebnissen, wenn mit einem Porenmaterial gearbeitet wird, welches in der Spritzgiessform aufschäumt und dadurch auch inneren Überdruck aufbaut.
Bei diesem Verfahren kann man die Haut oder Hülle mit beliebiger Wanddicke herstellen, wobei die Menge des Vollmaterials nach der Dicke der Hülle bemessen wird, die aus dem Vollmaterial im Rahmenbauteil aufgebaut wird. Während des Spritzgiessvorganges kann das Verhältnis von Vollmaterial zu Porenmaterial verändert werden, um z.B. bereichsweise unterschiedliche Wanddicken zu erzeugen. Im allgemeinen wird man bei einem Spritzgiessvorgang den Anteil an Porenmaterial vom Beginn des Spritzgiessvorganges zu seinem Ende hin vergrössern. Es empfiehlt sich stets, mit einem Vollmaterial zu arbeiten, das in der Schmelze eine geringere Viskosität aufweist als das Porenmaterial. Die Viskosität von Vollmaterial und Porenmaterial kann auch über die Temperatur beeinflusst werden.
Je nach der geometrischen Gestalt der herzustellenden Rahmenbauteile kann es vorteilhaft sein, die Spritzgiessform während des Spritzgiessens zu kühlen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden schematischen Weich nung ausführlicher erläutert. Die Figuren zeigen in einem Schnitt durch eine Spritzgiessform zur Herstellung eines Rahmenbauteils die verschiedenen Stufen des erfindungsgemässen Verfahrens, und zwar
Fig. 1 den Beginn des Spritzvorganges,
Fig. 2 eine Zwischenstufe,
Fig. 3 den beendeten Spritzgiessvorgang,
Fig. 4 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich grösserem Massstab den Schnitt A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,
Fig. 5 im Massstab der Fig. 5 einen Schnitt in Richtung B B durch den Gegenstand nach Fig. 2,
Fig. 6 im Massstab der Fig. 4 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 2 und
Fig. 7 im Massstab der Fig. 4 einen Schnitt in Richtung D-D durch den Gegenstand nach Fig. 3.
Bei einem Rahmenbauteil, welches im Wege des Spritzgiessens mit Hilfe der in den Fig. 1 bis 3 angedeuteten Spritzgiessform hergestellt werden soll, handelt es sich beispielsweise um einen Fensterrahmen, der zum Einsetzen von zwei Glasscheiben eingerichtet ist und aus ästhetischen Gründen oder Festigkeitsgründen eine mittlere Sprosse aufweist. Der herzustellende Fensterrahmen besitzt zwei Rahmenfelder 1 und 2. Also handelt es sich um eine Spritzgiessform mit im Ausführungsbeispiel einem Einspritzkanal 3 und mit daran über einen Verzweigungspunkt 4 angeschlossenen Formräumen 5, die ihrerseits wieder über Verzweigungspunkte 6 zu einem weiteren Formraum 7 verzweigt sind. In diese Spritzgiessform wird der thermoplastische Kunststoff eingespritzt, der sich in den Formräumen 5 im Sinne einer Quellströmung ausbreitet.
Man entnimmt aus der Fig. 1, dass über den Einspritzkanal 3 zunächst in einer Menge, die nur einen Bruchteil der für das Rahmenbauteil benötigten Kunststoffmenge ausmacht, Vollmaterial 8 eingespritzt wird. Danach werden Vollmaterial 8 und ein Kern aus Porenmaterial 9 gemeinsam als Verbundschmelze 8, 9 eingespritzt, und zwar bis die Verbundschmelze 8, 9 über den ersten Verzweigungspunkt 4 und auch die weiteren Verzweigungspunkte 6 gedrückt worden ist und die Formräume 5, 7 folglich vollständig ausgefüllt sind. Das ist in Fig. 3 angedeutet worden. Nimmt man die Schnittfiguren Fig. 4 bis 7 hinzu, so erkennt man, dass das Porenmaterial 9 die Quellströmung des Vollmaterials 8 bis zum vollständigen Ausfüllen der Formräume 5, 7 aufrechterhalten hat. Dazu werden die Menge und die Temperatur des Porenmaterials 9 entsprechend bemessen.
Zum Mechanismus dieser Strömung der Verbundschmelze 8, 9 in den Porenräumen 5, 7 und an den Verzweigungspunkten 4, 6 ist weiter oben schon vorgetragen worden. Es kann dahingestellt bleiben, wie das Porenmaterial 9 an sich und für sich strömt. Seine Bewegung ist vermutlich mehr oder weniger kolbenartig. Die Menge des Vollmaterials 8 ist nach der Dicke der Hülle 10 bemessen worden, die aus dem Vollmaterial im Rahmenbauteil gebildet wird. Das Verhältnis von Vollmaterial 8 einerseits und Porenmaterial 9 andererseits kann während des Spritzvorganges verändert werden. Nicht dargestellt wurde, dass die Spritzgiessform, von der ohnehin nur die Formräume 5, 7 sichtbar sind, auch gekühlt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, in die Formräume 5 Bewegungseinlagen einzulegen, beispielsweise. in der Form von Streckmaterial, die eingespritzt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es darüber hinaus sogar, Beschlagteile (Verschlussteile, Scharnierteile, Fitschen) in die Formräume einzulegen und in die Profile einzuspritzen.
The invention relates to a method for injection molding frame components made of thermoplastic material. wherein the thermoplastic material is injected into an injection mold with at least one injection channel and with mold spaces connected to it via at least one branch point, which plastic spreads in the mold spaces in the sense of a swelling flow. - Swelling flow denotes the fact that the melt penetrating into a mold space during injection molding has contact surfaces with the injection mold, i.e. in the edge zones of the cross-section of the casting to be produced, cools and solidifies as far as possible.
that it no longer flows while the core remains liquid, so that, as it were, further thermoplastic material gushes out from the middle, creates new edge zones and completes the casting, frame components denote frames with a frame field or with several frame fields (such as window frames, door frames, corresponding frames . Table frames, chair frames, picture frames and the like.) But also wheel-like components with hubs and spokes (such as steering wheels of motor vehicles) - in short, all components that have to be manufactured in the injection molding process with an injection mold, their mold space or their injection channel or injection channels plus mold space necessarily have one or more branch points. The melt, which is injected into the injection mold, branches at the branch points.
In the context of the invention, it does not matter whether the frame components are closed or open (e.g. U-shaped components).
With the methods of the type described, known from practice, only frame components with a uniform material structure, namely from solid material, can be produced, for example from hard polyvinyl chloride. This is expensive in terms of the material used. In order to reduce the use of material, frame components made of plastic, in particular windows, door frames and the like .. mostly composed of rod-shaped hollow profiles by means of corner connectors. The hollow profiles are extruded or extruded. Such a structure of frame components in turn is labor-intensive.
It is true that frame components that are made up of pore material can also be extruded using the generic known method. then, however, the surface quality and strength are unsatisfactory.
For the production of components other than frame components as defined above, e.g. The so-called sandwich process is known for the production of flat or curved planar structures, plates, table tops, rods and supports. Here the finished component consists of a skin or shell made of solid material and a core made of pore material.
The pore material consists of foam plastic or plastic with gas inclusions. The solid material is massive, as it were. In this way, thermoplastic plastic can be saved. In addition, the components are also characterized by their particular strength and stability. The quantitative dimensioning of solid material on the one hand and pore material on the other hand takes place according to the desired solid material / pore material ratio and thus mostly also taking into account strength-related aspects. The sandwich process leads to satisfactory components if the thermoplastic solid material and the thermoplastic pore material are introduced into the injection mold at the same time, e.g. the pore material is foamed in the injection mold.
So far, frame components cannot be manufactured using the sandwich process. Try it. so the pore material does not easily get into all mold spaces, it consequently does not fill all frame bars sufficiently as a core. On the other hand, it is sometimes observed that only pore material penetrates a mold space. Such frame components are scrap. Apparently, a disruption of the structure of the cast piece made of solid material and pore material occurs at the branch points mentioned. The invention aims to remedy this.
The invention is based on the object of specifying a method with which frame components made of thermoplastic material can be produced by injection molding, which have a skin or shell made of solid material and a core made of pore material, the wall thickness of the skin or shell made of solid material being advantageous can be set within wide limits.
The invention relates to a method for injection molding frame components made of thermoplastic material, the thermoplastic material being injected into an injection mold with at least one injection channel and mold spaces connected to it via a branch point, which in turn can be branched again, the thermoplastic material being injected into the mold spaces in the sense of a Source flow spreads.
The invention consists in that solid material and then solid material with a core made of pore material are injected together as composite melt via the injection channel or the injection channels, initially in an amount that is only a fraction of the amount of plastic required for the frame component, until the composite melt is also injected via the Branch points has been pressed and the mold spaces are completely filled, and that the amount and temperature of the pore material are dimensioned so that the pore material maintains the swelling flow of the solid material until the mold spaces are completely filled. In the context of the invention, pore material denotes foamed material, in particular that which only foams up in the injection mold, but also material with incorporated gas bubbles.
The invention is based on the mode of operation which is customary in the so-called sandwich process and which was indicated at the beginning. I.e. In the context of the invention, solid material and then solid material with a core made of pore material are injected simultaneously in a manner known per se (but not for the production of frame components) via the injection channel. However, the amount and the temperature of the pore material are specially adjusted. If the temperature of the pore material and its amount are sufficiently high, it is surprisingly achieved that the composite melt branches at the branch points without a separation into solid material on the one hand and pore material on the other hand at the branch point.
Although, in the case of a swelling flow with branching, material flows in from the core of a building-up injection molded body, which further builds up the edge zones, surprisingly pore material does not enter the edge zones despite branching. The flow of pore material from the injection channel or from the injection channels to the complete filling of all mold spaces of the injection mold functions as it were as a conveying means for the solid material surrounding it, which flows more or less as a cylinder, at least as a tube, and builds up its own cylindrical source flow on this conveying means . The pore material also functions more or less as a heated piston, which is surrounded by the solid material in a thick layer of lubricant and generates a drag flow in this layer of lubricant.
The temperature of the piston maintains the phenomena described. The movement of the pore material, but in particular also the splitting effect at the branch points, are presumably also based on internal overpressure of the pore material.
The method according to the invention therefore produces particularly satisfactory results when working with a pore material which foams up in the injection mold and thereby also builds up internal overpressure.
In this process, the skin or shell can be produced with any wall thickness, the amount of solid material being measured according to the thickness of the shell that is built up from the solid material in the frame component. During the injection molding process, the ratio of solid material to pore material can be changed, e.g. to produce different wall thicknesses in areas. In general, in an injection molding process, the proportion of pore material will be increased from the beginning of the injection molding process towards its end. It is always advisable to work with a solid material that has a lower viscosity in the melt than the pore material. The viscosity of solid material and pore material can also be influenced by the temperature.
Depending on the geometric shape of the frame components to be produced, it can be advantageous to cool the injection mold during the injection molding.
In the following the invention is explained in more detail with reference to a schematic soft voltage, which shows only one embodiment. The figures show, in a section through an injection mold for producing a frame component, the various stages of the method according to the invention
Fig. 1 the beginning of the injection process,
2 shows an intermediate stage,
3 shows the completed injection molding process,
4 shows, on a much larger scale compared to FIG. 1, the section A-A through the object according to FIG. 1,
FIG. 5, on the scale of FIG. 5, shows a section in direction B B through the object according to FIG. 2,
6 on the scale of FIG. 4 shows a section in the direction C-C through the object according to FIGS. 2 and
FIG. 7 on the scale of FIG. 4 shows a section in the direction D-D through the object according to FIG. 3.
A frame component which is to be manufactured by injection molding with the aid of the injection mold indicated in FIGS. 1 to 3 is, for example, a window frame which is set up for the insertion of two glass panes and a central rung for aesthetic reasons or reasons of strength having. The window frame to be produced has two frame fields 1 and 2. It is therefore an injection mold with, in the exemplary embodiment, an injection channel 3 and with mold spaces 5 connected to it via a branch point 4, which in turn branch out via branch points 6 to a further mold space 7. The thermoplastic plastic is injected into this injection mold and spreads in the mold spaces 5 in the sense of a swelling flow.
It can be seen from FIG. 1 that solid material 8 is initially injected via the injection channel 3 in an amount which is only a fraction of the amount of plastic required for the frame component. Then solid material 8 and a core of pore material 9 are injected together as composite melt 8, 9, namely until the composite melt 8, 9 has been pressed over the first branch point 4 and also the further branch points 6 and the mold spaces 5, 7 are consequently completely filled . This has been indicated in FIG. 3. 4 to 7, it can be seen that the pore material 9 has maintained the swelling flow of the solid material 8 until the mold spaces 5, 7 have been completely filled. For this purpose, the amount and the temperature of the pore material 9 are measured accordingly.
The mechanism of this flow of the composite melt 8, 9 in the pore spaces 5, 7 and at the branch points 4, 6 has already been presented above. It can be left open how the pore material 9 flows in and of itself. Its movement is probably more or less piston-like. The amount of solid material 8 has been dimensioned according to the thickness of the shell 10, which is formed from the solid material in the frame component. The ratio of solid material 8 on the one hand and pore material 9 on the other hand can be changed during the injection molding process. It was not shown that the injection mold, of which only the mold spaces 5, 7 are visible anyway, can also be cooled.
It is within the scope of the invention to insert movement inserts into the mold spaces 5, for example. in the form of expanded material that is injected. The method according to the invention also allows fitting parts (closure parts, hinge parts, fittings) to be inserted into the mold spaces and injected into the profiles.