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

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)

Patentansprüche:

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.