DE10339859B3

DE10339859B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteiles, welches einen Innenhohlraum hat

Info

Publication number: DE10339859B3
Application number: DE10339859A
Authority: DE
Inventors: De Laak Marcel Op
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: US7914727B2; US20050046091A1

Abstract

Zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteils (2), welches einen Innenhohlraum (3) hat, wird in eine Spritzgießform (4) und deren Kavität (6) zunächst Kunststoff eingespritzt und anschließend zur Verdrängung von Kunststoffschmelze aus dem zu bildenden Innenhohlraum (3) Gas unter Druck in die noch flüssige Kunststoffschmelze injiziert, wonach zur Kühlung des Kunststoffs auch eine Kühlflüssigkeit in diesen Innenhohlraum (3) eingeleitet wird. Damit diese Kühlung schnellstmöglich erfolgen kann, wird das Gas mit hilfe der Kühlflüssigkeit komprimiert und in die Kunststoffschmelze eingetragen beziehungsweise injiziert, so dass also die Kühlflüssigkeit dem Gas unmittelbar folgt, wobei sie schon in den Innenhohlraum (3) gelangen kann, bevor dieser durch das Gas fertiggestellt ist, das heißt es können Gas und Kühlflüssigkeit schon gleichzeitig in dem zu bildenden Innenhohlraum (3) vorhanden sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteiles, welches einen Innenhohlraum hat, wobei in eine Spritzgießform zunächst Kunststoff eingespritzt, anschließend in die flüssige Kunststoffschmelze zur Verdrängung der Schmelze aus dem zu bildenden Innenhohlraum unter Druck Gas eingeleitet und danach zur Kühlung des Kunststoffs eine Flüssigkeit in den Innenhohlraum eingeleitet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteiles, welches einen Innenhohlraum hat, mit einer mit einer Spritzgießmaschine verbindbaren Spritzgießform, die einen Anschluss zum Einleiten von Gas zum Verdrängen von Schmelze aus dem späteren Innenhohlraum des Bauteils und zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser hat.

Ein derartiges Verfahren und eine vergleichbare Vorrichtung sind aus DE 199 29 700 A1 bekannt. Gemäß diesem bekannten Ver fahren wird zunächst nach dem Einfüllen des plastischen Kunststoffs oder der Kunststoffschmelze in die Spritzgießform ein Gasvolumen durch eine Einlassöffnung zur Ausbildung des Hohlraums eingeleitet, wonach dieses Gasvolumen aus dem Hohlraum über eine andere Öffnung wieder abgelassen wird. Es ist also dafür zu sorgen, dass dieses Gas mit ausreichendem Druck eingeführt wird, das heißt, für dieses Einlassen des Gases in die Spritzgießform ist eine entsprechende Vorrichtung zur Erzeugung des Gasdrucks erforderlich.

Nach dem Ablassen des Gases ist bei diesem vorbekannten Verfahren zunächst die Einlassöffnung bezüglich ihres Strömungsquerschnitts zu vergrößern, um dann die Kühlflüssigkeit bei geregeltem Druck und/oder Volumen einleiten zu können. Somit ist auch für die Kühlflüssigkeit eine entsprechende Förder- oder Druckvorrichtung, also ein relativ großer maschineller Aufwand erforderlich.

Außerdem ist nicht sichergestellt, dass zwischen dem Ablassen des Gases und dem Einlassen der Kühlflüssigkeit die im Inneren der Spritzgießform befindliche, noch plastische Kunststoffmasse unter dem Einfluss der Schwerkraft zu fließen beginnt. Es ist also möglich, dass sich in dieser Zwischenzeit vor dem Wirksamwerden der Kühlflüssigkeit der Innenhohlraum des Bauteils in ungewollter Weise verändert.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und auch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wodurch der maschinelle Aufwand und die Gefahr vermindert werden können, das der Innenhohlraum des aus Kunststoff bestehenden Bauteils in ungewollter Weise verändert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs definierte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit Hilfe der Kühlflüssigkeit in die Kunststoffschmelze eingedrückt wird. Zur Bildung des Innenhohlraums wird also das Gas nicht mit einer eigenständigen Fördereinrichtung unter Druck gesetzt und eingeführt, sondern das Gas wird mit Hilfe der Kühlflüssigkeit auf den erforderlichen Druck gebracht, wodurch sichergestellt ist, dass die Kühlflüssigkeit in den von dem Gas kurz zuvor zumindest teilweise geschaffenen Innenhohlraum eindringt, während das Gas sich noch in einem Teil dieses Hohlraumes befindet und ihn eventuell sogar noch bildet. Somit entsteht praktisch kein Zeitverlust zwischen der Schaffung des Innenhohlraums und dem Beginn seiner Kühlung, so dass ungewollte Veränderungen des Innenhohlraums, insbesondere Verformungen durch eine ungeregelte Fließbewegung von Schmelze, vermieden werden können. Ferner ist der maschinelle Aufwand vermindert, weil zum Befördern des Gases die Förderrichtung für die Kühlflüssigkeit mitbenutzt werden kann. Außerdem entfällt eine Änderung der Größe des Eintrittsquerschnitts, weil Gas und Flüssigkeit nacheinander in unmittelbarer Folge durch diese Eintrittsöffnung in die Spritzgießform beziehungsweise in die Schmelze eintreten.

Dabei ist dieses erfindungsgemäße Vorgehen, bei welchem das den Innenhohlraum bildende Gas von der Kühlflüssigkeit unter Druck gesetzt und in das Bauteil befördert wird, bei unterschiedlichsten Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile anwendbar. Beispielsweise kann es anwendbar werden, wenn die Spritzgießform nur zum Teil mit Schmelze gefüllt und diese dann mit Hilfe des Gases so in der Form verteilt wird, dass sich der Innenhohlraum bildet, was auch als Aufblasverfahren bekannt ist. Es ist aber auch jede andere Vorgehensweise zur Bildung eines Innenhohlraums mit Hilfe von Gas innerhalb einer Kunststoffschmelze in der erfindungsgemäßen Weise anwendbar, wobei sich jedes Mal der beträchtliche Vorteil ergibt, das einerseits zum Befördern des Gases keine eigene Fördervorrichtung benötigt wird und vor allem andererseits die Kühlung schnellstmöglich einsetzt.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn das Gas in einem in Strömungsrichtung vor der Spritzgießform befindlichen Vorraum geringen Querschnitts mittels der Kühlflüssigkeit auf den Einführdruck gebracht und dann in die Spritzgießform und die dort befindliche Schmelze eingelassen wird. Dadurch wird erreicht, dass das Gas seine Aufgabe, mit einem entsprechenden Druck den Innenhohlraum zu bilden, erfüllen kann und die Kühlflüssigkeit unmittelbar nachfolgt, so dass zwischen der Bildung des Hohlraums und der Kühlung praktisch keine Zeit dafür verbleibt, dass die Schmelze in ungewollter Weise zu fließen beginnt.

Das Gas kann in einen mit einem Injektor zum Einführen des Gases und der Flüssigkeit in die Spritzgießform verbundenen rohr- oder schlauchförmigen Vorraum in abgemessener Menge und gegebenenfalls unter Überdruck eingefüllt werden und an dem dem Injektor entgegengesetzten Ende des rohr- oder schlauchförmigen Vorraums kann Flüssigkeit zugeführt oder zugefördert werden, die das Gas zunächst auf den Einführdruck bringt und komprimiert, und dann kann der Injektor geöffnet und die Zufuhr der Flüssigkeit fortgesetzt werden. In einem rohr- oder schlauchförmigen Vorraum, also einem Vorraum geringen Querschnitts kann Flüssigkeit eine Gasfüllung komprimieren, ohne selbst in den vorderen Bereich eines solchen Vorraums einzudringen. Es bleibt also Gas und Flüssigkeit in einem solchen Vorraum geringen Querschnitts getrennt, so dass beim Öffnen des Injektors das Gas in erwünschter Weise zuerst in die Kunststoffschmelze eintritt, die Flüssigkeit aber dann unmittelbar nachfolgt und aufgrund der Fortsetzung der Flüssigkeitszufuhr auch in ausreichender Menge zugeführt werden kann.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die im Inneren des Kunststoff-Bauteils innerhalb der Spritzgießform aus dem durch das Gas gebildeten Innenhohlraum verdrängte Kunststoffschmelze in wenigstens einen Nebenraum oder in wenigstens ein Nebenvolumen befördert und/oder verdrängt wird. Dies ist ein gegenüber dem Aufblasverfahren abgewandeltes Verfahren, bei welchem eine Nebenkavität den verdrängten Kunststoff aufnehmen kann, was vor allem bei komplizierteren Bauteilen gegenüber dem Aufblasverfahren günstiger ist.

Dabei kann die Menge des Gases so eingestellt werden, dass es in komprimierter Form den von ihm bebildeten Hohlraum in der Spritzgießform teilweise füllt und dass die Kühlflüssigkeit in den Hohlraum befördert wird, während das Gas noch Kunststoffschmelze verdrängt. Da die Kühlflüssigkeit praktisch das Gas vorwärts befördert, kann sie ihm unmittelbar folgen und somit schon während der Bildung des Innenhohlraums den dem Eintritt näheren Bereich zu kühlen beginnen, während der diesem Einlass entferntere Bereich des Innenhohlraums eventuell sogar noch gebildet wird.

Eine zweckmäßige Verfahrensweise kann darin bestehen, dass der oder die Nebenräume vollständig mit Kunststoff ausgefüllt werden und das Gas und die Kühlflüssigkeit in dem von ihnen gebildeten Innenhohlraum des Kunststoff-Bauteils verbleiben oder dass der oder die Nebenräume teilweise mit Kunststoff oder teilweise mit Gas oder teilweise mit Kunststoff, mit Gas und mit Kühlflüssigkeit gefüllt werden. Entspricht das Volumen des Nebenraums genau dem des zu bildenden Innenhohlraums, kann es genügen, nur diesen verdrängten Kunststoff aus dem Innenhohlraum in den Nebenraum überzuführen, das Gas und die Kühlflüs sigkeit aber in dem gebildeten Innenhohlraum zu belassen, bis sie wieder abgelassen werden. Da jedoch eine derartige Volumenabstimmung unter Umständen schwierig ist, ist es sicherer, auch wenigstens einen Teil des Gases oder das gesamte Gas und sogar einen Teil der Kühlflüssigkeit mit in den Nebenraum zu drücken.

Durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Nebenräume oder Nebenvolumina ist eine Ausgestaltung des Verfahrens dahingehend möglich, dass der oder die Nebenräume als weitere Spritzgießform verwendet und von der ersten Spritzgießform aus und über eine eigene Einfüllöffnung mit Kunststoffschmelze gefüllt und danach in dem oder den Nebenräumen jeweils ein Innenhohlraum mittels Gas und Flüssigkeit gebildet wird. Vor allem wenn also mehrere Bauteile gleichzeitig durch das Spritzgießverfahren hergestellt und mit Innenhohlräumen versehen werden sollen, lässt sich eine derartige Anordnung in Reihe vorsehen, wobei die einzelnen Spritzgießformen oder Nebenräume oder Kavitäten übereinstimmende oder unterschiedliche Konturen haben können.

Nach dem Füllen des oder der Hohlräume mit Flüssigkeit kann die Fördervorrichtung für die Flüssigkeit stillgesetzt und abgesperrt und die Flüssigkeit insbesondere durch die Einlassöffnung wieder abgelassen werden. Sie hat dann die erforderliche Kühlfunktion erfüllt und kann praktisch durch die selbe Öffnung beispielsweise über einen Zwei- oder Dreiwegehahn abgelassen werden, durch den sie zuvor eingeleitet wurde.

Als Gas kann eine inertes Gas, beispielsweise ein Edelgas oder bevorzugt Stickstoff, gegebenenfalls auch ein nicht inertes Gas, Luft oder ein anderes geeignetes Gasgemisch verwendet werden. Als Kühlflüssigkeit kann Wasser eingeleitet werden. Wasser hat eine hohe Wärmekapazität und ist gut zur Kühlung geeignet bei gleichzeitig günstigen Kosten.

Die Schmelze kann durch einen Einlass unmittelbar in die Spritzgießform eingefüllt werden, wobei die Verbindung in den Nebenraum geschlossen sein kann. Nach dem Füllen der Spritzgießform mit Kunststoff kann die Verbindung zu dem Nebenraum geöffnet und das Gas mittels der Kühlflüssigkeit in die Spritzgießform in den zu bildenden Innenhohlraum injiziert und/oder wenigstens teilweise auch in den Nebenraum gedrückt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass zunächst die Spritzgießform vollständig mit der Kunststoffschmelze ausgefüllt ist, also auch kompliziertere Außenformen, zum Beispiel dünnwandige Anbauteile, gebildet werden können, bevor der Innenhohlraum entsteht.

Die Kühlflüssigkeit kann bis in den Nebenraum oder das Nebenvolumen eingefüllt und anschließend mittels des darin komprimierten Gasvolumens wieder ausgetrieben werden. Somit kann die Tatsache, dass die Flüssigkeit selbst das Gas unter Druck setzt und befördert auch in umgekehrter Richtung ausgenutzt werden, wobei dann das Gas die von der Kühlflüssigkeit aufgebrachte Druckenergie wieder zum Abfördern der Flüssigkeit abgeben kann.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens kann vorsehen, dass in dem Nebenraum Gas zum zusätzlichen Spülen und/oder Austreiben der Kühlflüssigkeit aus dem Hohlraum der Spritzgießform eingeleitet wird.

Während des Nachströmens der Kühlflüssigkeit kann wenigstens ein Teil des Gases aus dem Nebenraum oder Nebenvolumen zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen oder verminderten Gegendrucks abgelassen und dadurch der Druck insbesondere konstant gehalten werden. Somit erfolgt die Bildung des Innenhohlraums mit einem gleichbleibenden Druck, was für die Qualität des herzustellenden Bauteils vorteilhaft ist.

Die Kunststoffschmelze kann bei einer Abwandlung des Verfahrens über einen Nebenraum oder das Nebenvolumen in die Spritzgießform eingefüllt und dann die aus dem Innenhohlraum des Bauteils mit Hilfe von Gas und Flüssigkeit verdrängte Schmelze über das Nebenvolumen und den Einlass der Schmelze wieder in die Spritzgießmaschine zurückbefördert werden. Somit lässt sich die aus dem Innenhohlraum ausgetriebene Schmelze für einen weiteren Spritzgießvorgang zurückgewinnen.

Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen kann erreicht werden, dass mit geringem Aufwand ein Innenhohlraum in einem aus Kunststoff herzustellenden Bauteil mit Hilfe von Gas geschaffen wird, wobei dieses Gas von der Kühlflüssigkeit befördert wird, so dass die Kühlung unmittelbar nach oder schon während der Bildung des Innenhohlraums einsetzt.

Dabei kann dieses erfindungsgemäße Verfahren bei unterschiedlichen Kunststoffspritzgieß-Verfahren angewendet werden. Beispielsweise kann die Erfindung bei dem Sandwichverfahren zur Anwendung kommen, bei welchem zwei oder mehrere Kunststoffe in die Form gespritzt werden, so dass ein Bauteil mit zwei oder mehreren Kunststoffschichten entsteht. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so ein mehrschichtiger Hohlkörper mit beispielsweise sehr glatter Innenoberfläche und einem Trägermaterial an der Außenseite gebildet werden.

Auch bei einem Mehrkomponentenverfahren, bei welchem zwei oder mehrere Kunststoffe an verschiedenen Orten in die Spritzgießform eingespritzt werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen. Das Gas und die Flüssigkeit werden dann derart eingefüllt, dass ein Baukörper mit einem Innenhohlraum entsteht, der aus unterschiedlichen Kunststoffsequenzen besteht, das heißt, der beispielsweise abwechselnd harte und weiche Abschnitte hat. Dies könnte ein Rohr mit abwechselnd harten und weichen Abschnitten sein.

Das Aufblasverfahren wurde bereits erwähnt. Bei diesem wird die Hauptkavität der Spritzgießform nur teilweise mit einem Kunststoff oder bei einem entsprechenden Sandwichverfahren mit mehreren unterschiedlichen Kunststoffen gefüllt, woraufhin das in die Schmelze injizierte Gas die Kunststoffschmelze gewissermaßen vor sich hertreibt und die Form vollständig ausfüllt und gleichzeitig den Innenraum bildet. Auch dabei folgt dem Gas unmittelbar die Kühlflüssigkeit und sorgt für eine rasche Kühlung. Dabei können in das Bauteil unter Umständen weitere Funktionselemente integriert werden, indem diese in die Form eingelegt und somit umspritzt und fest mit dem gespritzten Bauteil verbunden werden. Die Einlegeteile können in dem selben Spritzgießwerkzeug, zum Beispiel als Überlaufkavität oder Nebenraum zusammen mit dem Grundkörper hergestellt werden.

Auch bei einem Masserückdrückverfahren mit mehreren Anspritzpunkten kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Das Masserückdrückverfahren kann so ausgeführt werden, dass der Kunststoff über einen Anspritzpunkt an einem Ende der Spritzgießform eingespritzt wird, bis diese vollständig gefüllt ist. Dann kann mit Hilfe des Gases durch einen weiteren Anspritzpunkt am Ende der Spritzgießform beziehungsweise des Bauteils Kunststoffmasse wieder hinausgedrückt werden. Beide Anspritzpunkte müssen hierzu mit einem Heißkanal verbunden und separat steuerbar sein, so dass die Schmelze über diesen Heißkanal zurück in das Plastinfizieraggregat gelangen kann.

Das beschriebene Verfahren, bei welchem ein Gas mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit in eine Spritzgießform und die Kunststoffschmelze befördert wird, kann auch in einem Mehrfachwerkzeug zur Anwendung kommen, wobei ein Werkzeug derart aufgebaut ist, dass mehrere Kavitäten mit entsprechenden Injektoren versehen sind. Alle Kavitäten sollten dabei sowohl gleichzeitig als auch unabhängig voneinander mit der Gaszufuhr ansteuerbar sein.

Denkbar ist auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren für Bauteile angewendet wird, bei denen Einlegeteile beziehungsweise Folien und Bleche sowie Textilien (Gewebe, Geflechte, Gewirke und so weiter) in die Form eingelegt werden, die dann hinterspritzt beziehungsweise umspritzt werden. Diese Einlegeteile können als Verstärkung, als Dekoration oder zum Erfüllen von Zusatzfunktionen dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch, Hohlkörper beziehungsweise Hohlkanäle innerhalb eines komplexen Bauteils dadurch zu realisieren, dass ein oder mehrere Kanäle voneinander abzweigen. Es sind Bauteile denkbar, in denen ein oder mehrere Hohlkanäle zur mechanischen Stabilität des gesamten Bauteils beitragen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches auch als Gas-Wasser-Injektionsverfahren bezeichnet werden kann, sind die einzustellenden Prozessparameter von großer Bedeutung. Dabei ist eine Volumenstromregelung der Injektion der Flüssigkeit, die dann das Gas antreibt, der druckgeregelten vorzuziehen, um Materialinhomogenitäten während des Verfahrens ausgleichen zu können. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn sich die Front der in den Kunststoff eindringenden Blase während der Injektion mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit durch das Bauteil bewegt. Das bedeutet, dass bei variierenden Bauteilquerschnitten der Volumenstrom der einzuführenden Flüssigkeit entsprechend angepasst werden soll. Dies kann über Volumenstromprofile bei entsprechender Regelung realisiert werden.

Die einzustellenden Volumenströme sind abhängig von der Bauteilgeometrie und dem verwendeten Kunststoff. Bei Materialien mit hoher Kristallinität (zum Beispiel glasfaserverstärktes Polyamid 6 und 6.6) sind niedrige Volumenströme (etwa 5 bis 10 Liter pro Minute) von Vorteil, während bei Materialien mit geringer Kristallinität (zum Beispiel Polypropylen) und amorphen Materialien (zum Beispiel Polycarbonat) hohe Volumenströme (etwa 10 bis 30 Liter pro Minute) zu guten Ergebnissen führen.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Viskosität der Kunststoffschmelze, die während des Spritzgießprozesses mit Parametern wie der Massetemperatur und der Einspritzgeschwindigkeit des Kunststoffes variiert werden kann. Hier führen niedrigere Temperaturen als die vom Materialhersteller empfohlenen zu höheren Viskositäten und damit zu guten Ergebnissen. Spezielle Materialien mit höheren Viskositäten und speziellen Füllstoffen erhöhen die Qualität der Bauteile hinsichtlich konstanter Restwanddicke und glatter Innenoberfläche des erzeugten Innenhohlraums sowie die Reproduzierbarkeit des Prozesses beziehungsweise des Verfahrens.

Die zur Lösung der Aufgabe dienende Vorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass für das Gas gleichzeitig auch der Einlass für die Kühlflüssigkeit ist und dass vor dem Einlass ein Aufnahmeraum mit geringem Querschnitt für das Gas angeordnet ist, der auf seiner dem Einlass abgewandten Seite eine Verbindung zu einer Fördereinrichtung für Kühlflüssigkeit hat, so dass das Gas vor dem Eintritt in die Spritzgießform mittels der Kühlflüssigkeit komprimierbar ist.

Es ist also vor dem Einlass in die Spritzgießform, in die das Gas unter Druck injiziert werden soll, ein Raum mit geringerem Querschnitt für dieses Gas vorgesehen, welches in diesem Raum durch die Kühlflüssigkeit unter Druck gesetzt und so komprimiert werden kann, dass es den für den Eintritt in die Kunststoffschmelze gewünschten Druck erhält.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass ein in der Spritzgießform – in deren Kavität – angeordneter Injektor für das Gas und die Kühlflüssigkeit mit einem Schlauch oder Rohr zur Aufnahme des Gases verbunden ist und dass das dem Injektor abgewandte Ende des Schlauches oder Rohres mit einem hinsichtlich seines Innenvolumens veränderbaren Raum, insbesondere mit einem einen Innenkolben oder eine verstellbare Membran aufweisenden Zylinder verbunden ist, in welchem Raum oder Zylinder zwischen Kolben oder Membran und Eintritt in den Schlauch oder das Rohr Gas in einer durch unterschiedliche Kolbenstellungen vorgewählten und vorbestimmten Menge insbesondere bei vorgewähltem Druck angeordnet ist, und dass der veränderbare Raum zusätzlich einen Einlass für die Kühlflüssigkeit hat.

Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung ist es möglich, zunächst das Gas vor dem Einführen in die Spritzgießform, räumlich vor dem Injektor anzusammeln und mit Hilfe der Kühlflüssigkeit und dabei mit Hilfe des Raumes, der in seinem Volumen zur Vorbestimmung der Gasmenge verändert werden kann, auf den gewünschten Druck zu bringen, bevor es dann durch den Injektor in die Spritzgießform und dabei in die dort zuvor eingelassene Kunststoffschmelze eintritt, um diese innerhalb der Spritzgießform in einem Aufblasverfahren zu verdrängen und dabei den In nenhohlraum zu bilden, oder um einen Teil des Kunststoffes aus der Spritzgießform in einen Nebenraum oder zurück in die Spritzgießmaschine zu befördern, wobei die nachströmende Flüssigkeit den Gasdruck ganz oder teilweise aufrechterhält und selbst in das von dem Gas geschaffenen Innenhohlraum innerhalb der Kunststoffschmelze eintritt und den Kunststoff abkühlt.

Der veränderbare Raum oder Zylinder kann vertikal angeordnet und der Kolben oder die Membran zur Veränderung des Innenraums von unten nach oben verstellbar sein und die Kühlflüssigkeit kann sich aufgrund der Schwerkraft auf dem Kolben und darüber das Gas befinden. Somit wird schon in dem veränderbaren Raum die gewünschte Anordnung des Gases oberhalb des Flüssigkeitsspiegels geschaffen und durch die Schwerkraft unterstützt. Dadurch kann verhindert werden, dass Flüssigkeit in einen Bereich vordringt, in welchem sich das Gas befinden soll, um zuerst in die Spritzgießform hineingepresst werden zu können.

Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn der Eintritt in den veränderbaren Raum für die Kühlflüssigkeit über eine Längsinnenhöhlung der Kolbenstange und des Kolbens vorgesehen ist. Dadurch gelangt die Flüssigkeit in jedem Falle bei ihrem Eintritt in den veränderbaren Raum von unter her auf die Oberseite des Kolbens oder in analoger Weise einer Membrane und verdrängt darüber befindliches Gas, zum Beispiel Luft, innerhalb des Zylinders nach oben.

Dabei kann in dem Zulauf der Kühlflüssigkeit zu dem veränderbaren Raum eine Pumpe und gegebenenfalls ein Druckspeicher für Kühlflüssigkeit angeordnet sein. Es ist aber auch jede andere Form der Druckerzeugung für die Kühlflüssigkeit, beispielsweise auch ein mechanisch oder elektrisch betätigter Kolben oder ein Druckübersetzer, möglich.

Die zu dem Einlass in den veränderbaren Raum führende Leitung kann eine Abzweigung aufweisen, über welche nach Abschließen des Flüssigkeitszulaufs Gas und nach Abschließen der Gaszufuhr die Kühlflüssigkeit in den veränderbaren Raum, insbesondere in den Zylinder einführbar sind. Es kann also zunächst der die Kühlflüssigkeit zuführende Teil der Abzweigung abgeschlossen und Gas in den veränderbaren Raum in einer vorgegebenen Menge eingeleitet werden. Danach kann die Gaszufuhr geschlossen und die Kühlflüssigkeitszuleitung geöffnet werden, um hinter dem Gas dann die Kühlflüssigkeit in den veränderbaren Raum oder Zylinder einzulassen und dadurch das Gas zu komprimieren.

Die Spritzgießform kann wenigstens eine zusätzliche Kavität oder weitere Spritzgießform für ein weiteres Spritzgießteil oder Bauteil und/oder eine weitere oder zusätzliche Kavität als Nebenraum oder Nebenvolumen aufweisen. Somit können auch mehrere Bauteile gleichzeitig in erfindungsgemäßer Weise hergestellt werden.

Die zusätzliche Kavität kann von der ersten Kavität der Spritzgießform mittels eines Verschlusses oder Schiebers abtrennbar sein. Somit kann zunächst die erste Kavität mit Kunststoffschmelze gefüllt und dann das Gas in diese Kavität eingeleitet werden, wobei gleichzeitig oder zuvor der Verschluss oder Schieber zu öffnen ist, damit die aus dem zu bildenden Innenhohlraum verdrängte Schmelze in die zusätzliche Kavität gelangt, wo sie selbst entweder ein weiteres Bauteil bilden oder als überschüssiger Kunststoff aufgenommen werden kann.

Der Nebenraum oder das Nebenvolumen kann einen zusätzlichen Gasinjektor zum Austreiben der Kühlflüssigkeit nach dem Herstel lungsprozess und zum Spülen des Innenhohlraums des Kunststoff-Baukörpers aufweisen. Dies kann zur Beschleunigung der Herstellung des Bauteils beitragen. Je schneller die Kühlflüssigkeit ausgetrieben ist, umso eher kann das Bauteil entformt werden.

Eine abgewandelte Vorrichtung kann vorsehen, dass die Eintrittsöffnung in die Spritzgießform in dem Nebenraum oder Nebenvolumen vorgesehen ist, so dass zunächst der Nebenraum und dann die eigentliche Form oder Kavität mit Spritzgießwerkstoff ausfüllbar sind und der aus dem Innenhohlraum des Baukörpers verdrängte Kunststoff durch die Angussöffnung des Nebenraums oder Nebenvolumens wieder herausbewegbar, insbesondere in die Spritzgießmaschine zurückbeförderbar ist. Es kann also zunächst über den Nebenraum die eigentliche Kavität für das Bauteil in der Spritzgießform gefüllt werden, wodurch auch der Nebenraum ausgefüllt wird. Sodann kann von der entgegengesetzten Seite her das Gas mit Hilfe der Kühlflüssigkeit in die Form injiziert werden und den Innenhohlraum des Bauteils bilden, wobei die dabei verdrängte Schmelze über den Nebenraum zusammen mit dort noch befindlicher Schmelze in die Spritzgießmaschine zur erneuten Verwendung zurückgedrückt wird.

An dem Nebenraum kann eine Auslassöffnung für Gas und/oder Kühlflüssigkeit vorgesehen sein, die insbesondere über ein drosselbares Ventil mittels der Atmosphäre oder mit einem Auffangraum oder dergleichen verbunden ist. Somit kann gesteuert oder gezielt Gas bei der Schaffung des Innenhohlraums des Bauteils abgelassen und dadurch insbesondere der Druck des Gases in dem von ihm gebildeten Innenhohlraum konstant gehalten werden.

Für die mittels einer Pumpe förderbare Kühlflüssigkeit kann eine Volumenstromregelung vorgesehen sein, die sich vorteilhaft auf die Qualität des Bauteils auswirkt.

Der oder die Nebenräume können auch mit Abstand zu Ihrer Verbindung ersten Kavität oder Spritzgießform zur Umgebung insbesondere über eine Drossel offen sein. Auch dadurch kann das Gas gezielt zur Aufrechterhaltung oder Einstellung eines gewünschten Drucks abgelassen werden insbesondere, wenn es sich um Stickstoff oder Luft oder ein Edelgas handelt.

Die Verbindung zwischen der Spritzgießform und dem Nebenraum kann verschlusslos und durchgängig und insbesondere derart bemessen und beengt sein, dass sie zwischen der Spritzgießform und dem Nebenraum eine Drossel bildet. Dadurch kann ein Schieber oder Verschluss an dieser Stelle vermieden werden. Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass mehrere Nebenräume in der Spritzgießform jeweils in Reihe hintereinander und/oder parallel nebeneinander angeordnet und insbesondere als zum Spritzen von weiteren Bauteilen dienende Kavitäten geformt sind. Sie können dann eine Doppelfunktion ausüben, indem sie zunächst als Nebenräume und dann aber auch gleichzeitig als Kavitäten zur Formung weiterer Bauteile dienen können.

Dabei kann eine weitere Ausgestaltung vorsehen, dass eine ihrerseits als Spritzgießform nutzbare und ausgebildete, einen Nebenraum zu einer ersten Spritzgießform bildende Kavität ihrerseits eine Verbindung zu einem Nebenraum hat, so dass auch in dieser weiteren Kavität ein Baukörper mit einem oder ohne einen Innenhohlraum hergestellt werden kann und das von der Kühlflüssigkeit beförderte Gas durch mehrere Kavitäten geleitet wird.

Schließlich ist es auch möglich, dass die Spritzgießform mit oder ohne Nebenraum oder Nebenräume mehrfach innerhalb eines Spritzgießwerkzeug angeordnet und dieses dadurch als Mehrfachwerkzeug ausgebildet ist, so dass eine entsprechend rationelle Fertigung mehrerer Bauteile gleichzeitig nach den verschiedenen bekannten Spritzgießverfahren auch mit Innenhohlräumen möglich ist.

Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale ergeben sich Vorrichtungen, mit denen in vorteilhafter Weise Hohlkörper aus Kunststoff hergestellt werden können, wobei die Innenhöhlung oder der Innenhohlraum durch ein Gas entsteht, das unter Druck eingeführt und injiziert wird. Dieses Gas wird mit Hilfe der Kühlflüssigkeit unter Druck gesetzt, so dass diese Kühlflüssigkeit dem Gas unmittelbar folgt und zu einer nahezu sofortigen Kühlung des geschaffenen Innenhohlraums noch während seiner Entstehung sorgt. Beispielsweise kann es genügen, wenn 10% des entstehenden Hohlraums von dem Gasvolumen ausgefüllt wird, so dass nach Fertigstellung dieses Hohlraums, wenn diese etwa 10% an Volumen einnehmende Gasmenge das Ende des zu schaffenden Innenhohlraums erreicht hat, bereits etwa 9/10 dieses Innenhohlraums mit Kühlwasser gefüllt sind. Aufgrund dieser schnellen Kühlung ergibt sich eine entsprechend genaue und glatte Innenoberfläche des Innenhohlraums bei guter Maßhaltigkeit der Wandstärke.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die 1 bis 16 zeigen dabei in schematisierter Darstellung jeweils einen Längsschnitt einer Spritzgießform im Bereich der Kavität, in welcher ein Bauteil geformt werden soll, mit Anschlüssen für die Kunststoffschmelze einerseits und für das den Innenhohlraum bildende Gas sowie für die Kühlflüssigkeit andererseits in verschiedenen Variationen. Im einzelnen zeigt:
1 eine Spritzgießform nach dem Füllen der das Bauteil formenden Kavität, während ein Nebenraum noch verschlossen und das Gas zum Bilden des Innenhohlraums sowie die Kühlflüssigkeit nicht zugeleitet sind,
2 eine 1 entsprechende Darstellung beim Injizieren des Gases in die Kunststoffschmelze innerhalb der Kavität der Spritzgießform, wobei ein Teil der Kunststoffschmelze durch das Gas in den inzwischen geöffneten Nebenraum verdrängt ist und das Gas seinerseits durch die Kühlflüssigkeit komprimiert und injiziert wird,
3 eine den 1 und 2 entsprechende Darstellung, wobei das Gas im Inneren des Bauteils weiter vorgedrungen ist und den Innenhohlraum nahezu vollständig von Kunststoffschmelze befreit hat, wobei die Kühlflüssigkeit ebenfalls in den Innenhohlraum teilweise eingedrungen ist,
4 eine der 3 entsprechende Darstellung, wobei das Gas bereits bis in den Nebenraum gelangt ist und die Kühlflüssigkeit den Innenhohlraum des Bauteils innerhalb der Spritzgießform zum größten Teil ausfüllt und kühlt,
5 eine der 4 entsprechende Darstellung, wobei das Gas vollständig in den Nebenraum verdrängt und dort komprimiert ist und die Kühlflüssigkeit den gesamten Innenraum ausfüllt,
6 eine der 5 entsprechende Darstellung, wobei die Kühlflüssigkeit ebenfalls in den Nebenraum eingetreten ist,
7 eine den 1 bis 6 entsprechende Darstellung, wobei ein in dem Nebenraum vorgesehener Injektor in Gebrauchsstellung verschoben ist und über diesen weiteren Injektor Luft oder Gas zum zusätzlichen Spülen und Austreiben der Kühlflüssigkeit eingeleitet wird,
8 eine abgewandelte Darstellung analog 4, wobei ein Injektor in dem Nebenraum in Gebrauchsstellung ist und einen Austritt des verdrängten Gases über ein Drosselventil ermöglicht,
9 eine Vorrichtung etwa gemäß 1, wobei zwischen einem Nebenraum und der eigentlichen Kavität zur Formung des Bauteils kein Verschluss vorgesehen ist und die Angussöffnung zum Zuführen der Kunststoffschmelze an dem Nebenraum vorgesehen ist, wobei der Nebenraum und die Kavität für das Bauteil mit Kunststoffschmelze gefüllt sind,
10 das Ausführungsbeispiel gemäß 9, wobei analog der 2 das von der Kühlflüssigkeit komprimierte Gas in das Bauteil injiziert wird,
11 eine Darstellung der Ausführungsform nach 9 und 10, wobei die Kühlflüssigkeit das Gas gegenüber 10 weiter vorgetrieben hat und selbst in den entstandenen Innenhohlraum des Bauteils eingetreten ist, etwa entsprechend 3, wobei Schmelze über den Nebenraum und die Angussöffnung wieder zurück in die Spritzgießmaschine befördert wird,
12 eine Darstellung analog der 11, wobei die Kühlflüssigkeit den gesamten Innenhohlraum des Bauteils ausfüllt etwa entsprechend 5 oder 7,
13 eine Darstellung etwa 8, wobei der Nebenraum nicht geschlossen, sondern zur Umgebung über eine Drossel offen ist,
14 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem an die Kavität oder Form für das zu spritzende Bauteil kein Nebenraum angeschlossen ist und diese Kavität zunächst teilweise mit Kunststoffschmelze gefüllt wird,
15 eine Darstellung gemäß 14, wobei in die Teilfüllung der Kavität mit Kunststoffschmelze das durch die Kühlflüssigkeit komprimierte Gas injiziert und dadurch die Kunststoffschmelze weiter in die Kavität verteilt und gleichzeitig der Innenhohlraum des Bauteils gebildet werden, sowie
16 eine den 14 und 15 entsprechende Darstellung, wobei der Innenhohlraum innerhalb des Kunststoffs mit Hilfe des injizierten Gases geformt und die Kühlflüssigkeit zumindest teilweise darin eingetreten ist und die Kunststoffschmelze beziehungsweise das Bauteil die Kavität der Spritzgießform vollständig ausfüllt.
Bei der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele erhalten hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende Teile oder Gegenstände auch bei abgewandelter Formgebung über einstimmende Bezugszahlen.
Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur Herstellung eines Kunststoffbauteils 2, welches einen Innenhohlraum 3 hat (vgl. beispielsweise 3 bis 8, 11 bis 13 oder 16). Wesentlicher Teil dieser Vorrichtung 1 ist eine mit einer Spritzgießmaschine verbindbare Spritzgießform 4, die einen Anschluss 5 zum Einleiten von Gas G zum Verdrängen von Schmelze aus dem späteren Innenhohlraum 3 des Bauteils und zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit F, insbesondere von Wasser, hat. Ferner weist die Spritzgießform 4 wenigstens eine Kavität, also eine Negativform 6 auf, in welcher das Bauteil 2 seine äußere Form dadurch erhält, dass Kunststoffschmelze in diese Kavität eingespritzt wird und diese – von einem Innenhohlraum 3 abgesehen – ausfüllt. Die Spritzgießform 4 weist ferner eine Eintrittsöffnung 7 für die Schmelze auf, die gemäß den 1 bis 8 und 13 unmittelbar in die Kavität 6 oder gemäß den 9 bis 12 in einen noch zu beschreibenden Nebenraum 8 für die Kavität 6 führen kann.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass der als Injektor ausgebildete Anschluss 5 für das Gas gleichzeitig auch der Einlass für die Kühlflüssigkeit F ist, so dass diese dem Gas G beim Bilden des Innenhohlraums 3 unmittelbar folgt und ohne Zeitverlust für eine Kühlung des Bauteils 2 innerhalb seines Innenhohlraums 3 sorgt.
Vor dem Anschluss oder Einlass 5 erkennt man einen Aufnahmeraum mit geringem Querschnitt für das Gas, der auf seiner dem Einlass 5 abgewandten Seite eine Verbindung zu einer Fördervorrichtung für die Kühlflüssigkeit, im Ausführungsbeispiel eine Pumpe 9, hat, so dass das Gas G vor dem Einlass 5 in die Spritzgießform 4 mittels der Kühlflüssigkeit F komprimierbar ist.
Ein in der Spritzgießform 4 angeordneter, als Anschluss 5 oder Einlass dienender Injektor 10 für das Gas und für die Kühlflüssigkeit ist in den Ausführungsbeispielen über einen Kanal 10a mit einem Schlauch 11 oder Rohr als Aufnahmeraum mit geringem Querschnitt für das Gas verbunden. Das dem Injektor 10 abgewandte Ende dieses Schlauches 11 ist mit einem hinsichtlich seines Innenvolumens veränderbaren Raum, in den Ausführungsbeispielen mit einem einen Innenkolben 12 aufweisenden Zylinder 13 verbunden, in welchem Raum oder Zylinder 13 zwischen Kolben 12 und Eintritt in den Schlauch 11 oder ein Rohr Gas G in einer durch unterschiedliche Positionen des Kolbens 12 vorgewählten und vorbestimmten Menge angeordnet ist. Dabei hat dieser veränderbare Raum oder Zylinder 13 zusätzlich einen Einlass 14 für die Kühlflüssigkeit F, so dass diese nach dem Einfüllen des Gases ebenfalls nach dem Eintreten das Gas vor allem innerhalb des Schlauches 11 komprimieren kann, ohne dass dabei der Kolben 12 verstellt werden muss.
Dabei ist der veränderbare Raum oder Zylinder 13 in den Ausführungsbeispielen vertikal angeordnet und der Kolben 12 zur Veränderung des Innenraums und Bestimmung der Gasmenge von unten nach oben und entgegengesetzt verstellbar. Die Kühlflüssigkeit F ist also aufgrund der Schwerkraft auf dem Kolben 12 und darüber das Gas G angeordnet. Wird der Zylinder 13 weiter mit Kühlflüssigkeit gefüllt, verdrängt diese Flüssigkeit das Gas, so dass es komprimiert wird und nach Öffnen des Injektors 10 in die Kavität 6 der Spritzgießform 4 hineingedrückt wird.
Der Einlass 14 in den veränderbaren Raum, also im Ausführungsbeispiel in dem Zylinder 13, für das Gas und für die Kühlflüssigkeit ist dabei als Längsinnenhöhlung 15 der Kolbenstange 16 und des Kolbens 12 ausgebildet. Somit können nachein ander das Gas und die Kühlflüssigkeit durch die Kolbenstange 16 und den Kolben 12 in das Innere des Zylinders 13 oberhalb des Kolbens 12 gelangen.
In dem Zulauf 17 der Kühlflüssigkeit zu dem veränderbaren Raum oder Zylinder 13 ist die Pumpe 9 und im Ausführungsbeispiel außerdem noch ein Druckspeicher 18 für Kühlflüssigkeit angeordnet, so dass dadurch der erforderliche Druck auf das zuvor eingelassene Gas ausgeübt werden kann.
Dabei weist die Leitung 19 zu dem Einlass 14 eine Abzweigung 20 auf, über welche nach Abschließen des Flüssigkeitszulaufs 17 mit Hilfe eines Ventils 21 Gas G und nach Abschließen der Gaszufuhr mit Hilfe eines Ventils 22 die Kühlflüssigkeit F in den veränderbaren Raum oder Zylinder 13 eingelassen werden kann. Die Gasquelle 23 ist dabei in den Figuren nur stark schematisiert angedeutet. Es kann sich bei der Gasquelle zum Beispiel um einen Kompressor, eine Gasflasche oder ein industrieübliches Luftdrucknetz handeln, das eine Vorkomprimierung des Gases G im Zylinder 13 ermöglicht.
In den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 13 weist die Spritzgießform 4 zusätzlich zu der Kavität 6 eine weitere Kavität auf, die als Nebenraum 8 oder Nebenvolumen dient und beim Injizieren des Gases in die Kunststoffschmelze gemäß 2 den dadurch verdrängten Kunststoff aufnehmen kann, so dass die Aushöhlung des Kunststoff-Bauteils 2 problemlos erfolgen kann, indem die bisher den zu schaffenden Innenhohlraum 3 ausfüllende Kunststoffschmelze in diese zusätzliche Kavität 8 verdrängt wird. Dabei kann gemäß 1 bis 8 die zusätzliche Kavität 8 von der ersten Kavität 6 der Spritzgießform 4 mittels eines Verschlusses oder Schiebers 25 abtrennbar sein, der gemäß 1 geschlossen ist und also die zusätzliche Kavität 24 von der ers ten Kavität 6 trennt, wenn die Kunststoffschmelze gemäß dem Pfeil PF1 durch die Eintrittsöffnung 7 in die Spritzgießform 4 und deren erste Kavität 6 eingespritzt wird.
Wird dann gemäß 2 das Gas G mit Hilfe der Kühlflüssigkeit F über den Anschluss beziehungsweise Einlass 5 injiziert, wird dieser Schieber 25 in Offenstellung verschoben.
Gemäß 2 verdrängt dann zunächst das als erstes eintretende Gas einen Teil der Kunststoffschmelze in die zweite Kavität beziehungsweise den Nebenraum 8. Gemäß 3 folgt dann dem Gas die Kühlflüssigkeit, die innerhalb des schon entstandenen Innenhohlraums 3 das Gas weiter unter Druck hält und für die weitere Verdrängung auch des Gases sorgt, so dass dieses gemäß 4 ebenfalls in den Nebenraum 8 gelangt und gemäß 5 sogar vollständig in diesen Nebenraum 8 verdrängt werden kann, wobei gemäß 6 sogar auch noch die Kühlflüssigkeit zu einem Teil in den Nebenraum 8 befördert werden kann.
Dabei zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 8 und außerdem auch das Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 12, dass der Nebenraum beziehungsweise die zusätzliche Kavität 8 einen zusätzlichen Gasinjektor 26 zum Austreiben der Kühlflüssigkeit nach dem Herstellungsprozess und zum Spülen des Innenhohlraums 3 des Kunststoffbaukörpers 2 aufweisen kann. Damit kann nach dem Abkühlen des Kunststoffs gemäß 7 der Hohlraum 3 entleert und ausgeblasen werden, indem durch diesen zusätzlichen Gasinjektor 26 beispielsweise Luft oder das zum Bilden des Innenhohlraums 3 verwendete Gas oder Gasgemisch in entgegengesetzter Richtung eingeleitet und die Flüssigkeit sowie dieses Gas über ein dann zu öffnendes Auslassventil 27 ausgetrieben werden.
Gemäß 8 kann jedoch an dem Injektor 26 nach außen hin ein Drosselventil 28 angeschlossen sein, das heißt das von der Flüssigkeit komprimierte Gas könnte über diesen zusätzlichen Injektor über die Drossel 28 abgelassen werden, wodurch der Druck des Gases während seines Verdrängens konstant gehalten werden kann.
Stattdessen kann aber gemäß 13 an dem Nebenraum 8 auch eine Auslassöffnung 29 für das Gas vorgesehen sein, die über ein drosselbares Ventil 28 mit der Atmosphäre oder einem Auffangraum verbunden sein kann, so dass an dieser Stelle wiederum Gas gedrosselt abgelassen werden kann, um seinen Druck konstant zu halten. Schließlich kann über diese Öffnung 29 und das Drosselventil 28 auch Kühlflüssigkeit abgelassen werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 12 ist die Eintrittsöffnung 7 für die Kunststoffschmelze in die Spritzgießform 4 an dem Nebenraum beziehungsweise der weiteren Kavität 8 vorgesehen, so dass zunächst dieser Nebenraum 8 und dann die erste Kavität 6 der Form 4 mit Spritzgießwerkstoff 4 ausgefüllt werden. Der aus dem Innenhohlraum 3 des Baukörpers 2 verdrängte Kunststoff wird also gemäß 2 bis 12 über den auch in diesem Falle vorgesehenen Injektor 10 durch die Eintritts- oder Angussöffnung 7 des Nebenraums 8 wieder herausgefördert und beispielsweise in die Spritzgießmaschine zurückbefördert, so dass dieser Kunststoff für weitere Bauteile 2 zur Verfügung steht.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 9 bis 12 ist die Verbindung zwischen der Spritzgießform und deren erster Kavität 6 und dem Nebenraum 8 beziehungsweise der weiteren Kavität verschlusslos offen und durchgängig und dabei derart bemessen und verengt, dass sie zwischen der Spritzgießform und deren Kavität 6 und dem Nebenraum 8 eine Drossel bildet. Somit wird dem Verdrängen des Kunststoffs aus dem zu bildenden Innenhohlraum 3 ein gewisser Widerstand entgegengesetzt, der zu der gewünschten präzisen Ausbildung des Innenhohlraums 3 führt.
Es sei erwähnt, dass die mittels der Pumpe 9 förderbare Kühlflüssigkeit eine Volumenstromregelung in Form eines Volumenstromventils 30 aufweist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 14 bis 16 ist keine weitere Kavität 8, also kein Nebenraum vorgesehen, denn in diesem Falle wird die Kavität 6 der Spritzgießform 4 nur teilweise mit Kunststoff gefüllt, wie es 14 zeigt, wonach dann ein Aufblasen mit Hilfe des Gases und der Kühlflüssigkeit gemäß den 15 und 16 erfolgt, so dass ebenfalls ein Bauteil 2 mit einem Innenhohlraum 3 entsteht. Auch dabei kann also das Gas mit Hilfe der Kühlflüssigkeit komprimiert und in den Kunststoff injiziert werden, wodurch dieser Kunststoff innerhalb der Kavität 6 aufgeblasen wird und den hohlen Baukörper entsprechend der Kavität 6 bildet.
Mit Hilfe der vorbeschriebenen Vorrichtungen kann also jeweils wenigstens ein Kunststoff-Bauteil 2, im Falle von mehrfach Spritzgießwerkzeugen 4 mit mehreren Kavitäten 6 auch mehrere derartige Bauteile 2, hergestellt und mit einem Innenhohlraum 3 durch das Injizieren von Gas hergestellt werden, wobei in die jeweilige Spritzgießform 4 zunächst Kunststoff eingespritzt, anschließend in die flüssige Kunststoffschmelze zur Verdrängung der Schmelze aus dem zu bildenden Innenhohlraum 3 unter Druck Gas eingeleitet und injiziert und danach zur Kühlung des Kunststoffs eine Kühlflüssigkeit in den Innenhohlraum 3 eingeleitet wird und dabei eine zeitliche Verzögerung des Kühlvorgangs dadurch vermieden wird, dass das Gas mit Hilfe der Kühlflüssigkeit in die Kunststoffschmelze eingetragen und eingepresst wird. Das Gas kann in dem in Strömungsrichtung vor der Spritzgießform 4 und deren Kavität oder Kavitäten 6 befindlichen Vorraum geringen Querschnitts, im Ausführungsbeispiel in den Schläuchen 11, mittels der Kühlflüssigkeit auf den Einführdruck gebracht und dann in die Spritzgießform 4 und die dort befindliche Schmelze eingelassen werden, wie es Schritt für Schritt in den 1 bis 3 oder 4 dargestellt ist.
Nach Erreichen des Zustands gemäß 4 könnte der Vorgang bereits abgebrochen werden. Es kann aber gemäß 5 und 6 noch weitere Kühlflüssigkeit zu dem Gas eingedrückt werden, um die Kühlwirkung zu verbessern.
Anschließend können Kühlflüssigkeit und Gas beispielsweise über das Ventil 27 abgelassen werden, wobei dieser Vorgang durch zusätzliche Injektion von Gas oder Luft in den Nebenraum oder die weitere Kavität 24 unterstützt werden kann.
Dabei wird für die Bildung des Innenhohlraums 3 das Gas zunächst in einen mit dem Injektor 10 verbundenen schlauchförmigen Vorraum 11 in abgemessener Menge eingefüllt und an dem dem Injektor 10 entgegengesetzten Ende des Schlauches 11 Flüssigkeit zugeführt, die das Gas zunächst auf den Einführdruck bringt und komprimiert, wonach der Injektor, der in 1 noch geschlossen dargestellt ist, gemäß 2 geöffnet und dann die Zufuhr der Flüssigkeit durch den Kolben 12 hindurch in den Zylinder 13 fortgesetzt wird.
Das Vorbestimmen der Gasmenge erfolgt dabei mit Hilfe des veränderbaren Raumes, in den Ausführungsbeispielen durch Einstellung des Kolbens 12 im Zylinder 13.
Dabei füllt das Gas den von ihm gebildeten Hohlraum 3 gemäß den 2 und 3 oder 10 und 11 oder 16 nur teilweise, das heißt, die Kühlflüssigkeit kann schon in den Hohlraum 3 eintreten, während das Gas noch Kunststoffschmelze verdrängt. Entsprechend effektiv und schnell erfolgt die angestrebte Kühlung.
Als Gas kann ein inertes Gas, beispielsweise Edelgas oder Stickstoff, gegebenenfalls aber auch ein nicht inertes Gas, ein Gasgemisch oder Luft verwendet werden, die besonders preiswert zur Verfügung stehen. Als Kühlflüssigkeit ist Wasser besonders geeignet, weil es ebenfalls preiswert ist und eine hohe Wärmekapazität hat.
Mit der Ausführungsform gemäß den 1 bis 8 wird die Schmelze durch einen Einlass 7 unmittelbar in die Kavität 6 der Spritzgießform 4 eingefüllt, wobei die Verbindung zu dem Nebenraum beziehungsweise der weiteren Kavität 8 mit Hilfe des Schiebers 25 geschlossen ist. Nach dem Füllen der Spritzgießform 4 mit Kunststoff wird die Verbindung zu dem Nebenraum 8 geöffnet und das Gas mittels der Kühlflüssigkeit in die Spritzgießform injiziert oder wenigstens teilweise auch in den Nebenraum 8 gedrückt, so dass eine effektive Bildung des Hohlraumes 3 und im unmittelbaren Anschluss oder sogar während der Bildung des Hohlraumes 3 bereits die Kühlung erfolgt. Dabei kann die Kühlflüssigkeit bis in den Nebenraum 8 eingefüllt und anschließend mittels des darin komprimierten Gasvolumens ausgetrieben werden. Die Möglichkeit, in dem Nebenraum 8 Gas zum zusätzlichen Spülen und/oder Austreiben der Kühlflüssigkeit aus dem Hohlraum 3 einzuleiten, wurde bereits erwähnt.
Um während des Nachströmens der Kühlflüssigkeit wenigstens einen Teil des Gases aus dem Nebenraum 8 zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen oder eines verminderten Gegendrucks ablassen und dadurch den Druck insbesondere konstant halten zu können, wird durch die Anordnung gemäß 8 mit Hilfe des Drosselven tils 28 oder gemäß 13 mit einer Öffnung 29 ins Freie, an der ebenfalls ein Drosselventil 28 vorgesehen sein kann, ermöglicht.
Wird die Kunststoffschmelze über den Nebenraum 8 in die Spritzgießform 4 und deren Kavität 6 eingefüllt, wie es in den 9 bis 12 dargestellt ist, kann die aus dem Innenhohlraum 3 des Bauteils 2 mit Hilfe von Gas und Flüssigkeit verdrängte Schmelze über den Nebenraum beziehungsweise die weitere Kavität 8 und durch den Einlass 7 der Schmelze wieder in die Spritzgießmaschine zurückbefördert werden.
Zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteils 2, welches einen Innenhohlraum 3 hat, wird in eine Spritzgießform 4 und deren Kavität 6 zunächst Kunststoff eingespritzt und anschließend zur Verdrängung von Kunststoffschmelze aus dem zu bildenden Innenhohlraum 3 Gas unter Druck in die noch flüssige Kunststoffschmelze injiziert, wonach zur Kühlung des Kunststoffs auch eine Kühlflüssigkeit in diesen Innenhohlraum 3 eingeleitet wird. Damit diese Kühlung schnellstmöglich erfolgen kann, wird das Gas mit Hilfe der Kühlflüssigkeit komprimiert und in die Kunststoffschmelze eingetragen beziehungsweise injiziert, so dass also die Kühlflüssigkeit dem Gas unmittelbar folgt, wobei sie schon in den Innenhohlraum 3 gelangen kann, bevor dieser durch das Gas fertiggestellt ist, das heißt es können Gas und Kühlflüssigkeit schon gleichzeitig in dem zu bildenden Innenhohlraum 3 vorhanden sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteiles (2), welches einen Innenhohlraum (3) hat, wobei in eine Spritzgießform (4) zunächst Kunststoff eingespritzt, anschließend in die flüssige Kunststoffschmelze zur Verdrängung der Schmelze aus dem zu bildenden Innenhohlraum (3) unter Druck Gas (G) eingeleitet und danach zur Kühlung des Kunststoffs eine Flüssigkeit (F) in den Innenhohlraum (3) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (G) mit Hilfe der Kühlflüssigkeit (F) in die Kunststoffschmelze eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einem in Strömungsrichtung vor der Spritzgießform (4) befindlichen Vorraum geringen Querschnitts mittels der Kühlflüssigkeit auf den Einführdruck gebracht und dann in die Spritzgießform (4) und die dort befindliche Schmelze eingelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einen mit einem Injektor (10) zum Einführen des Gases und der Flüssigkeit in die Spritzgießform (4) verbundenen rohr- oder schlauchförmigen Vorraum (11) in abgemessener Menge und gegebenenfalls unter Überdruck eingefüllt wird und dass an dem dem Injektor (10) entgegengesetzten Ende des rohr- oder schlauchförmigen Vorraums Flüssigkeit zugeführt oder zugefördert wird, die das Gas zunächst auf den Einführdruck bringt und komprimiert, und dass dann der Injektor (10) geöffnet und die Zufuhr der Flüssigkeit fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Inneren des Kunststoff-Bau teils (2) innerhalb der Spritzgießform (4) aus dem durch das Gas gebildeten Innenhohlraum (3) verdrängte Kunststoffschmelze in wenigstens einen Nebenraum (8) oder in wenigstens ein Nebenvolumen befördert und/oder verdrängt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Gases so eingestellt wird, dass es in komprimierter Form den von ihm gebildeten Hohlraum in der Spritzgießform (4) teilweise füllt, und dass die Kühlflüssigkeit in den Hohlraum (3) befördert wird, während das Gas noch Kunststoffschmelze verdrängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Nebenräume (8) vollständig mit Kunststoff ausgefüllt wird und das Gas und die Kühlflüssigkeit in dem Innenhohlraum (3) des Kunststoff-Bauteils (2) verbleiben oder dass der oder die Nebenräume (8) teilweise mit Kunststoff und teilweise mit Gas oder teilweise mit Kunststoff, mit Gas und mit Kühlflüssigkeit gefüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Nebenräume (8) als weitere Spritzgießform (4) verwendet und von der ersten Spritzgießform aus und/oder über eine eigene Einfüllöffnung mit Kunststoffschmelze gefüllt und danach in dem oder den Nebenräumen jeweils ein Innenhohlraum mittels Gas und Flüssigkeit gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Füllen des oder der Hohlräume (3) mit Flüssigkeit die Fördervorrichtung für die Flüssigkeit stillgesetzt und abgesperrt und die Flüssig keit insbesondere durch die Einlassöffnung wieder abgelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas ein inertes Gas, beispielsweise ein Edelgas oder bevorzugt Stickstoff, gegebenenfalls auch als nichtinertes Gas, Luft oder ein anderes geeignetes Gasgemisch verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlflüssigkeit Wasser eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze durch einen Einlass (7) unmittelbar in die Spritzgießform (4) eingefüllt wird, wobei die Verbindung zu dem Nebenraum (8) geschlossen ist, und dass nach dem Füllen der Spritzgießform mit Kunststoff die Verbindung zu dem Nebenraum (8) geöffnet und das Gas mittels der Kühlflüssigkeit in die Spritzgießform injiziert und/oder wenigstens teilweise auch in den Nebenraum (8) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlflüssigkeit bis in den Nebenraum (8) oder das Nebenvolumen eingefüllt und anschließend mittels des darin komprimierten Gasvolumens wieder ausgetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nebenraum (8) Gas zum zusätzlichen Spülen und/oder Austreiben der Kühlflüssigkeit aus dem Hohlraum (3) der Spritzgießform (4) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Nachströmens der Kühlflüssigkeit wenigstens ein Teil des Gases aus dem Nebenraum (8) oder Nebenvolumen zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen oder eines verminderten Gegendrucks abgelassen und dadurch der Druck insbesondere konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschmelze über den Nebenraum (8) oder das Nebenvolumen in die Spritzgießform (4) eingefüllt und die aus dem Innenhohlraum (3) des Bauteils (2) mit Hilfe von Gas und Flüssigkeit verdrängte Schmelze über den Nebenraum (8) und den Einlass (7) der Schmelze wieder in die Spritzgießmaschine zurückbefördert wird.
Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Kunststoff-Bauteiles (2), welches einen Innenhohlraum (3) hat, mit einer mit einer Spritzgießmaschine verbindbaren Spritzgießform (4), die einen Anschluss (5) zum Einleiten von Gas zum Verdrängen von Schmelze aus dem späteren Innenhohlraum (3) des Bauteils (2) und zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser hat, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (5) für das Gas gleichzeitig auch der Einlass für die Kühlflüssigkeit ist und dass vor dem Anschluss (5) ein Aufnahmeraum mit geringem Querschnitt (11) für das Gas angeordnet ist, der auf seiner dem Einlass (5) abgewandten Seite eine Verbindung zu einer Fördervorrichtung (9) für Kühlflüssigkeit hat, so dass das Gas vor dem Einlass (5) in die Spritzgießform (4) mittels der Kühlflüssigkeit komprimierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Spritzgießform (4) angeordneter Injektor (10) für das Gas und die Kühlflüssigkeit mit einem Schlauch (11) oder Rohr zur Aufnahme des Gases verbunden ist und dass das dem Injektor (10) abgewandte Ende des Schlauches (11) oder Rohres mit einem hinsichtlich seines Innenvolumens veränderbaren Raum, insbesondere mit einem einen Innenkolben (12) oder eine verstellbare Membran aufweisenden Zylinder (13) verbunden ist, in welchem Raum oder Zylinder (13) zwischen Kolben (12) oder Membran und Eintritt in den Schlauch (11) oder das Rohr Gas in einer durch unterschiedliche Kolbenstellungen vorgewählten und vorbestimmten Menge insbesondere bei vorgewähltem Druck vorhanden ist, und dass der veränderbare Raum zusätzlich einen Einlass (14) für die Kühlflüssigkeit hat.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der veränderbare Raum oder Zylinder (13) vertikal angeordnet und der Kolben (12) oder die Membran zur Veränderung des Innenraums von unten nach oben verstellbar ist und die Kühlflüssigkeit sich aufgrund der Schwerkraft auf dem Kolben (12) und darüber das Gas befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (14) in den veränderbaren Raum für die Kühlflüssigkeit über eine Längsinnenhöhlung (15) der Kolbenstange (16) und des Kolbens (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zulauf (17) der Kühlflüssigkeit zu dem veränderbaren Raum eine Pumpe (9) und gegebenenfalls ein Druckspeicher (18) für Kühlflüssig keit angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (19) zu dem Einlass (14) in den veränderbaren Raum eine Abzweigung (20) aufweist, über welche nach Abschließen des Flüssigkeitszulaufs (17) Gas und nach Abschließen der Gaszufuhr die Kühlflüssigkeit in den veränderbaren Raum, insbesondere in den Zylinder (13) einführbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießform (4) wenigstens eine zusätzliche Kavität (8) oder eine weitere Spritzgießform für ein weiteres Spritzgießteil und/oder eine weitere oder zusätzliche Kavität als Nebenraum oder Nebenvolumen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kavität (8) von der ersten Kavität (6) der Spritzgießform (4) mittels eines Verschlusses oder Schiebers (25) abtrennbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenraum (8) oder das Nebenvolumen einen zusätzlichen Gasinjektor (26) zum Austreiben der Kühlflüssigkeit nach dem Herstellungsprozess und zum Spülen des Innenhohlraums (3) des Kunststoffbaukörpers (2) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (7) für die Schmelze in die Spritzgießform (4) an dem Nebenraum (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Nebenraum (8) eine Auslassöffnung (29) für Gas und/oder Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die insbesondere über ein drosselbares Ventil (28) mit der Atmosphäre oder einem Auffangraum oder dergleichen verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass für die mittels einer Pumpe (9) förderbare Kühlflüssigkeit eine Volumenstromregelung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Nebenräume mit Abstand zu ihrer Verbindung mit der ersten Kavität (6) oder Spritzgießform (4) zur Umgebung insbesondere über eine Drossel (28) offen ist/sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Spritzgießform (4) und dem Nebenraum (8) verschlusslos offen und durchgängig und insbesondere derart bemessen und verengt ist, dass sie zwischen der Spritzgießform (4) und dem Nebenraum (8) eine Drossel bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nebenräume in der Spritzgießform jeweils in Reihe hintereinander und/oder parallel nebeneinander angeordnet und insbesondere als zum Spritzen von weiteren Bauteilen (3) dienende Kavitäten geformt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine ihrerseits als Spritzgießform nutzbare und ausgebildete, einen Nebenraum zu einer ersten Kavität (6) einer Spritzgießform (4) bildende Kavität (8) ihrer seits eine Verbindung zu einem Nebenraum hat.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießform (4) mit oder ohne Nebenraum (8) oder Nebenräume mehrfach innerhalb eines Spritzgießwerkzeugs angeordnet und dieses dadurch als Mehrfachwerkzeug ausgebildet ist.