DE4115208C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formstücken mit bereichsweise reduzierter Wandstärke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formstücken mit bereichsweise reduzierter Wandstärke gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 4.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Herstellung von Kunststoff-Formstücken, bei denen die Wandstärke an bestimmten Teilbereichen wesentlich herabgesetzt ist, so daß Ausnehmungen zur Aufnahme dünner Gegenstände, z. B. elektronischer Bauteile, in einer Wand eines Kunststoff- Formstückes mit an sich schon geringer Wandstärke gebildet werden können. Aufgrund der begrenzten Fließfähigkeit des Kunststoffmaterials können derartige verdünnte Wandbereiche im herkömmlichen Spritzgießverfahren nicht oder nur unter Inkaufnahme von Qualitätseinbußen wie Bindenähten oder Lufteinschlüssen geformt werden. Außerdem bestanden wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der verwendbaren Kunststoffmaterialien. Aus der US 48 20 149 ist es bekannt, solche verdünnten Wandbereiche dadurch zu formen, daß der Formraum nach Füllung an den Bereichen, an denen die Wandstärkenreduzierung erfolgen soll, entsprechend verkleinert wird. Das hierbei verdrängte Volumen wird von einer zusätzlichen Kammer, die mit dem Formraum über eine Engstelle in Verbindung steht und im Spritzgießwerkzeug vorgesehen werden muß, aufgenommen. Dies bedeutet nicht nur eine kompliziertere Ausbildung des Spritzgießwerkzeuges, sondern auch das Auftreten einer Inhomogenität am Formteil, indem das in die Kammer verdrängte überschüssige Material beim Entformen vom Formstück abgetrennt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, daß zusätzlicher Abfall entsteht. Auch setzt die bekannte Verfahrensführung voraus, daß zur Verdrängung des überschüssigen Kunststoffmaterials in die formraumferne Kammer ausreichend fließfähiges Material vorliegt, was bei dünnwandigen Teilen nicht ohne weiteres unterstellt werden kann.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die ein wirtschaftliches Spritzgießen von qualitativ hochwertigen Formteilen der in Rede stehenden Art ermöglichen, indem insbesondere Bindennähte oder Gaseinschlüsse weitestgehend vermieden werden. Außerdem sollen Materialverluste vermieden und die Formkosten niedergehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Danach wird das Volumen des Formraumes entsprechend dem Volumen des verdrängten Kunststoffmaterials vergrößert, was mit vergleichsweise geringem baulichen Aufwand gemäß Anspruch 4 erfolgen kann. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise fällt kein zusätzlicher Abfall an und braucht im Spritzgießwerkzeug keine Kavität zur Aufnahme des verdrängten Volumens vorgesehen zu werden. Die Oberfläche des geschaffenen Formstückes ist daher frei von zusätzlichen Abreißstellen. Weiterhin entfallen Schwierigkeiten in Verbindung mit verlängerten Fließwegen. Die Erfindung ermöglicht daher die Herstellung bereichsweise sehr dünnwandiger Formstücke bei gleichzeitig verbesserter Beschaffenheit als auch erhöhter Wirtschaftlichkeit der Fertigung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt in fragmentarischer geschnittener Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Spritzgießform in Stellungen zum Zeitpunkt des Formfüllvorganges und der Wandstärkenreduktion.

Die dargestellte nicht näher bezeichnete Spritzgießform umfaßt in an sich bekannter Weise ein erstes Formteil oder eine Formplatte 2 und ein zweites Formteil oder eine Formplatte 3, die relativ zueinander längs einer Mittellinie M beweglich sind. In der dargestellten geschlossenen Position definieren die Formteile 2, 3 zwischen sich einen Formraum 1 bzw. 1′. Obschon der Formraum 1, 1′ bei der dargestellten Ausführungsform rotationssymmetrisch zur Mittellinie M angeordnet ist, ist die Vorrichtung auf eine derartige Lage des Formraumes nicht beschränkt. Es können auch andere nicht symmetrische Anordnungen vorgesehen werden.

In einem der Formteile 2, 3, bei der vorliegenden Ausführungsform im Formteil 3, ist eine Anordnung, bestehend aus einem äußeren Kernelement 4 und einem inneren Stempelelement 5, vorgesehen. Die Elemente 4, 5 können relativ zueinander und zum Formteil 3 bewegt werden und besitzen freie Stirnflächen, die den Formraum 1 bereichsweise begrenzen bzw. definieren.

Bei der vorliegenden Ausführungsform dient die Spritzgießform zum Herstellen eines scheibenförmigen Formteiles mit einer ringförmigen Querschnittverdünnung nahe seinem äußeren Umfang. Das äußere Kernelement 4 kann demzufolge eine zylinderförmige Konfiguration mit einer Achse haben, die mit der Mittellinie M des Formraumes 1 zusammenfällt.

Das äußere Kernelement 4 ist, wie durch die Pfeile A, A′ angedeutet, zwischen einer ersten und zweiten Stellung relativ zum gegenüberliegenden Formteil 2 bewegbar, die jeweils durch nicht gezeigte geeignete Mittel anschlagbegrenzt sind. Bei der ersten oder Ausgangsstellung (in der Zeichnung rechts) ist der Abstand S zwischen der freien Stirnfläche des Kernelementes 4 und einem gegenüberliegenden Wandbereich des Formraumes 1 groß, indem das Kernelement 4 im Formteil 3 im wesentlichen aufgenommen ist, so daß im Bereich des Kernelementes 4 keine Querschnittsverengungen vorliegen, die das Material an einem Fließen von einer nicht gezeigten zentralen Angießstelle zu den äußeren Begrenzungen des Formraumes 1 hindern könnten. Der Formraum 1 hat in dieser Stellung des Kernelementes 4 eine Konfiguration, die im wesentlichen derjenigen des zu fertigenden Formstückes ohne Wandstärkenreduktion entspricht und wird deshalb nachfolgend auch Ausgangsformraum 1′ bezeichnet.

In der zweiten, in der Zeichnung auf der linken Seite gezeigten Stellung erstreckt sich das Kernelement 4 in den Formraum 1, wodurch der Abstand zwischen seiner freien Stirnfläche und dem gegenüberliegenden Wandbereich des Formraumes 1 auf ein Maß s herabgesetzt wird, welches der gewünschten Wandstärkenreduktion am zu fertigenden Formstück entspricht.

Obschon andere geeignete Einrichtungen vorgesehen werden können, dient bei der vorliegenden Ausführungsform zur Steuerung der Bewegung des Kernelementes 4 zwischen der ersten und zweiten Stellung eine Anordnung aus zusammenwirkenden ersten Keilflächen 11, 12 an der dem Formraum 1 abgewandten Stirnseite des Kernelementes 4 bzw. an einem zwischen dem Formteil 3 und einer Stützplatte 7 verschiebbar angeordneten Steuerelement 6. Die Keilflächen 11, 12 bewirken, daß die translatorische hin- und hergehende Bewegung des Steuerelementes 6 (vgl. Pfeil C) in eine Bewegung des Kernelementes 4 in Richtung der Pfeile A bzw. A′ umgesetzt wird. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck auch andere geeignete Einrichtungen, z. B. eine Solenoid- oder hydraulische Kolben/Zylindereinrichtung, vorgesehen werden können.

Die Bewegung des Steuerelementes 6 in Richtung des Pfeiles C kann durch irgendeine geeignete Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt), z. B. Kolbenzylindereinrichtung, in Abhängigkeit des Befehls einer ebenfalls nicht gezeigten Steuereinrichtung erfolgen.

Die Anordnung der zusammenwirkenden ersten Keilflächen 11, 12 ist so, daß bei einer Bewegung des Steuerelementes 6 in eine Richtung (in der Zeichnung nach rechts) das Kernelement 4 die erste oder Ausgangsposition einnimmt, während bei einer Bewegung des Steuerelementes 6 in die entgegengesetzte Richtung das Kernelement 4 in die zweite, in der Zeichnung linksseitige Position gebracht wird.

Ein zweites Paar zusammenwirkende Keilflächen 13, 14 ist am inneren Stempelelement 5 bzw. Steuerelement 6 vorgesehen. Die zweiten Keilflächen 13, 14 sind in bezug auf die ersten Keilflächen 11, 12 entgegengesetzt orientiert, so daß die Bewegung des Steuerelementes 6 in eine Richtung eine Bewegung des Stempelelementes 5 in eine Richtung auslöst, die entgegengesetzt zu der des Kernelementes 4 ist. Bei einer Verschiebung des Steuerelementes 6 in der Zeichnung nach links, erfährt daher das Stempelelement 5 eine Bewegung in Richtung des Pfeiles B weg vom gegenüberliegenden Formteil 2, so daß sich der Abstand zwischen der freien Stirnfläche des Stempelelementes 5 und dem gegenüberliegenden Wandbereich des Formraumes 1 etwas vergrößert, während gleichzeitig der Abstand zwischen der freien Stirnfläche des Kernelementes 4 dem gegenüberliegenden Wandbereich des Formraumes 1 verringert wird.

Durch geeignete Abstimmung der Neigung der ersten und zweiten Keilflächen 11, 12 bzw. 13, 14 kann erreicht werden, daß die durch die Bewegung des Stempelelementes 5 erzielte Vergrößerung des Volumens des Formraumes 1 im wesentlichen der Abnahme des Volumens infolge der Bewegung des Kernelementes 4 in die zweite Stellung entspricht. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß das Gesamtvolumen des Formraumes 1 sowohl in der ersten als auch zweiten Stellung des Kernelementes 4 im wesentlichen unverändert ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf einen im wesentlichen vollständigen Volumenausgleich beschränkt ist. Vielmehr können, wenn erwünscht, die von den Elementen 4, 5 verdrängten bzw. geschaffenen Teilvolumina voneinander abweichen, wodurch sich besondere Wirkungen am zu fertigenden Formstück, z. B. eine Materialverdichtung, erzielen lassen.

Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Vorrichtung ist wie folgt. Über das in der Zeichnung nicht gezeigte zentrale Angießsystem wird schmelzflüssiges Kunststoffmaterial in den Ausgangsformraum 1′ eingespritzt, wobei sich das Kernelement 4 und Stempelelement 5 in den in der Zeichnung rechten Positionen befinden, so daß das Material ohne wesentliche Behinderung durch den großen Spalt S zu den äußeren Bereichen des Ausgangsformraumes 1′ fließen kann und damit dessen problemlose vollständige Füllung gewährleistet ist. Unmittelbar nach Beendigung des Füllvorganges wird von der Steuereinrichtung ein Befehl an die Betätigungseinrichtung des Steuerelementes 6 geliefert, aufgrund dessen das Steuerelement 6 in eine Richtung in der Zeichnung nach links längs des Pfeiles C bewegt wird. Die Bewegung des Steuerelementes 6 hat zur Folge, daß das Kernelement 4 in Richtung des Pfeiles A in die zweite, in der Zeichnung linksseitige Position gebracht wird und dabei das zwischen seiner Stirnfläche und der gegenüberliegenden Wand des Formraumes 1 befindliche Material verdrängt wird. Gleichzeitig bewirkt die Verschiebung des Steuerelementes 6 eine Bewegung des inneren Stempelelementes 5 in eine Richtung längs des Pfeiles B weg vom gegenüberliegenden Formteil 2, wodurch sich der Abstand zwischen seiner freien Stirnfläche und der gegenüberliegenden Wand des Formraumes 1 etwas vergrößert, um das durch das Kernelement 4 verdrängte Volumen aufzunehmen.

Die auf der linken Seite der Zeichnung gezeigte Stellung der Teile wird so lange beibehalten, bis das Material im Formraum 1 abgekühlt und das erhaltene Formstück nach Öffnen der Form durch geeignete mechanische oder pneumatische Einrichtungen aus dem Formraum ausgeworfen worden ist. Im Wirkbereich des äußeren Kernelementes 4 verbleibt danach im Formstück eine dem Spalt s entsprechende Wandstärke, die, wenn erwünscht, um ein Vielfaches kleiner als die Wandstärke an benachbarten Bereichen des Formstückes sein kann. Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres eine Reduzierung von einer Ausgangswandstärke von z. B. 0,8 mm auf 0,15 mm oder weniger ermöglicht, ohne daß Bindenähte oder Lufteinschlüsse an den gefertigten Formstücken auftraten. Da der Formfüllvorgang durch keine Querschnittsverengung des Formraumes eingeschränkt ist, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch sämtliche thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeiten. Die diesbezüglichen bei herkömmlichen Verfahren zum Spritzen dünner Wandstärken bestehenden Einschränkungen entfallen.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die gezeigte Anzahl der Kern- und Stempelelemente 4, 5 und deren Anordnung untereinander und in bezug auf den Formraum 1 beschränkt ist, sondern eine beliebige Anordnung eines oder mehrerer wandstärkenreduzierender Kernelemente 4 mit ein oder mehreren Stempelelementen 5 vorgesehen werden kann. Andere eine Volumenänderung bewerkstelligende Einrichtungen, z. B. eine membranartige Nachgiebigkeit eines Wandbereiches des Formraumes, können ebenfalls vorgesehen sein.

Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Bewegung der Elemente 4, 5 im wesentlichen parallel zueinander und zu der Mittellinie M. Die Erfindung ist auf eine derartige Bewegungsausrichtung nicht beschränkt. Vielmehr können die Bewegungen der einzelnen Elemente zwischen ihren jeweiligen Endstellungen dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt und unterschiedlich ausgerichtet sein.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Scheckkarten, bei denen die gebildeten Vertiefungen zur Aufnahme elektronischer Speicherelemente keine Unregelmäßigkeiten an den freiliegenden äußeren Oberflächen hervorrufen. Diese können daher problemlos bedruckt werden. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Membranen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Formstücken mit bereichsweise reduzierter Wandstärke durch Einspritzen eines schmelzflüssigen Kunststoffmaterials in einen Formraum und anschließendem Abkühlen des Kunststoffmaterials, wobei das Kunststoffmaterial in einen Ausgangsformraum mit einer Konfiguration im wesentlichen entsprechend der des zu fertigenden Formstückes ohne Wandstärkenreduktion eingespritzt und der Abstand bestimmter Wandbereiche des Ausgangsformraumes, die den Bereichen der Wandstärkenreduktion entsprechen, bis zu einem der Wandstärkenreduktion entsprechenden Ausmaß unter Verdrängung des Kunststoffmateriales in benachbarte Bereiche des Formraumes verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Formraumes nach Beginn des Formfüllvorganges im wesentlichen entsprechend dem Volumen des verdrängten Materials vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Reduzieren der bestimmten Wandbereiche frühestens zu dem Zeitpunkt begonnen wird, bei dem das Kunststoffmaterial den Raum zwischen den bestimmten Wandbereichen ausgefüllt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formfüllvorgang unter Heranziehung des verdrängten Materialvolumens gesteuert wird.

4. Spritzgießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Form mit einem Paar zwischen sich einen Formraum einschließender, relativ zueinander beweglicher Formteile, wobei wenigstens ein zwischen einer ersten und zweiten Stellung in und aus dem Formraumbereich bewegbares Kernelement (4) an einem der Formteile (2, 3), vorgesehen ist, welches in der ersten Stellung einen Ausgangsformraum (1′) mit einer Konfiguration im wesentlichen entsprechend der des herzustellenden Formstückes ohne Wandstärkenreduktion und in der zweiten Stellung einen Formraum (1) mit einer Querschnittsverengung entsprechend der Wandstärkenreduktion schafft, und mit einer Einrichtung (6, 11, 12) zur gesteuerten Bewegung des Kernelementes zwischen der ersten und zweiten Stellung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5, 6, 13, 14) zur gesteuerten Veränderung des Volumens des Formraumes (1) entsprechend dem bei der Bewegung des Kernelementes (4) von der ersten in die zweite Stellung verdrängten Materialvolumen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur gesteuerten Veränderung des Formraumvolumens ein in einen Formraumbereich ragendes Stempelelement (5) umfaßt, welches in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Kernelementes (4) bewegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Steuerelement (6) zur Bewegung des Kernelementes (4) und des Stempelelementes (5).