AT514018A2

AT514018A2 - Formwerkzeug

Info

Publication number: AT514018A2
Application number: AT1902013A
Authority: AT
Inventors: Peter Dipl-Htl-Ing Pokorny; Christian Wolfsberger
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-15
Also published as: DE102014003436A1; AT14199U1

Abstract

Formwerkzeug, insbesondere für eine Spritzgießmaschine, mit wenigstens zwei Bauteilen (2), welche wenigstens eine Kavität (3) bilden, in welcher ein Kunststoffprodukt herstellbar ist und nach der Herstellung entnehmbar ist,wobei zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) aus einem Kunststoff gefertigt ist.

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug, insbesondere für eine Spritzgießmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Es ist Standard im Stand der Technik, Formwerkzeuge zur Formung von Kunststoffprodukten und dergleichen aus Stahl, Aluminium oder bestimmten Legierungen zu fertigen. Dies beruht hauptsächlich auf der Ansicht, dass andere Materialien entweder nicht fest genug oder zu teuer sind.

Dabei hat die Verwendung von Metallen auch erhebliche Nachteile. Denn zum einen sind Metalle relativ teure Werkstoffe und zum anderen weisen sie Oberflächeneigenschaften auf, die unter Umständen nicht erwünscht sind. Als Beispiel wäre die Adhäsion von Polyurethan an Stahl zu nennen. Polyurethan wird oft in einem Reaktivverfahren hergestellt, bei dem Chemikalien erst kurz vor dem Einbringen in eine formgebende Kavität vermischt werden und das Polyurethan erst in der Kavität bei einer Reaktion der eingebrachten Chemikalien entsteht.

Nach der Fertigung des Polyurethanprodukts haftet Polyurethan an dem Stahl und das Ausformen bzw. Entnehmen desselben ist erschwert und kann sogar zu einer Beschädigung des gefertigten Produkts führen. Ähnliche Probleme treten bei der Fertigung von Kunststoffprodukten auf, die ganz oder teilweise aus Harzen (bspw. Polyesterharze oder Epoxydharze) oder Polyamiden bestehen.

Im Stand der Technik wird dieses Problem entweder durch vorher aufzutragende Trennmittel oder durch PTFE-haltige Beschichtungen der formgebenden Kavität gelöst (siehe EP 0 734 827 A1 sowie US 2003/0075835 A1). Ersteres erfordert das nachträgliche Entfernen des Trennmittels und kann außerdem eine weitere Oberflächenbearbeitung notwendig machen. Beschichtungen aus beispielsweise PTFE weisen kurze Lebensdauern auf, da die hohen Belastungen, die bei der Formgebung auftauchen, zu Rissen und Brüchen der Beschichtung führen. 2/18

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formwerkzeug bereitzustellen, welches eine gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigere Fertigung von Kunststoffprodukten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dies geschieht indem zumindest eines von wenigstens zwei Bauteilen, welche wenigstens eine Kavität bildenden, aus einem Kunststoff gefertigt ist.

Es ist dabei wichtig, dass diese Bauteile monolithisch aus Kunststoff gefertigt sind. Denn, wie schon erwähnt, sind Beschichtungen der formgebenden Kavität nicht zielführend, da die gegenüber dem Stahl erhöhte Verformung bei Kunststoff dazu führt, dass Risse und Brüche in einer solchen Beschichtung auftreten. Anders ausgedrückt, liegt der Erfindung die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass auch Kunststoffe dazu in der Lage sind die beispielsweise bei Spritzgießprozessen oder Prozessen mit reaktiven Materialien auftretenden Kräfte und Drücke auszuhalten, falls den entsprechenden Bauteilen erlaubt wird, sich entsprechend zu verformen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile aus einem Fluorpolymer und/oder einem Polyolefin gefertigt ist, denn diese Werkstoffe zeigen von sich aus keine Haftung an Polyurethan, Epoxydharzen, Polyesterharzen oder Polyamiden. Dadurch kann erreicht werden, dass bei der Fertigung dieser Materialien keine Benetzung von Stahl und dergleichen geschieht, was eine Vorraussetzung für ein problemloses Entformen derartiger Kunststoffprodukte ist.

Besonders bevorzugt unter den Fluorpolymeren ist Polytetrafluorethylen (PTFE) und verwandte Polymere, da diese eine besonders gute Antihaftwirkung entfalten und gleichzeitig sehr feste Kunststoffe sind.

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Besonders bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile als Werkzeugeinsatz ausgebildet ist. Solche Werkzeugeinsätze sind an sich bekannt. Sie werden an Trägerteilen des Formwerkzeugs vormontiert und können so schneller ausgetauscht werden. Insbesondere bei den erfindungsgemäßen, unter Umständen etwas schneller verschleißenden Bauteilen aus Kunststoff, kann dies einen entscheidenden Zeitvorteil bieten.

Es kann von Vorteil sein, wenn die wenigstens zwei Bauteile zumindest zwei Kavitäten bilden. Dies kann zum einen dazu eingesetzt werden, mehrere Kunststoffprodukte gleichzeitig zu fertigen. Zum anderen kann dies beispielsweise mithilfe einer Wendeplatte und/oder einer Indexplatte und/oder eines Drehwürfels und/oder eines Drehtisches und/oder eines Schiebetisches dazu verwendet werden, ein- oder mehrkomponentige Kunststoffprodukte herzustellen.

Durch die schon erwähnte stärkere Verformung von Kunststoff gegenüber Stahl kann es zu einer verschlechterten Abdichtung der Kavitäten beispielsweise an Trennebenen kommen. Dem kann entgegengewirkt werden, indem die wenigstens eine Kavität in einem geschlossenen Zustand durch Flächenpressung zwischen an den wenigstens zwei Bauteilen liegenden Abdichtflächen abgedichtet ist.

Diese Abdichtung kann besonders effektiv gestaltet werden, indem zumindest eine der Abdichtflächen an einer von einer Trennfläche erhabenen Erhebung angeordnet ist.

Eine Temperierung des Formwerkzeugs, wie sie bei aus Stahl gefertigten Formwerkzeugen üblich ist, ist auch bei erfindungsgemäßen Formwerkzeugen möglich.

Beliebige Oberflächenstrukturen des herzustellenden Kunststoffprodukts können erreicht werden, indem eine formumgebende Kavitätenoberfläche der Kavität strukturiert ist. 4/18 r • 4 · II · * • * ·· · ·£ · · · · * ·

Auch hochglänzende Oberflächen können erzeugt werden, indem eine Kavitätenoberfläche der Kavität - vorzugsweise mittels einer Laserbehandlung oder einem Sinterverfahren - geglättet ist.

Besonders bei Reaktivprozessen wie zum Beispiel der Herstellung von Produkten aus Epoxydharzen oder der In-situ-Polymerisation von Polyamiden kann vorgesehen sein, dass im Formwerkzeug eine Vorlaufkavität und/oder eine Überlaufkavität angeordnet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1a eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen

Formwerkzeugs,

Fig. 1b eine Prinzipdarstellung eines Formwerkzeugs des Standes der

Technik,

Fig. 2a eine schematische Draufsicht auf eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,

Fig. 2b bis 2d Schnittdarstellungen durch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,

Fig. 3a bis 3c schematische Seitendarstellungen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs, welches über einen Drehtisch verfügt,

Fig. 4 Detaildarstellung der Erhebung aus Fig. 2b.

Die in Fig. 1a dargestellte Prinzipdarstellung zeigt einen Teil eines Formwerkzeugs 1 bei dem ein gefertigtes Kunststoffprodukt, welches aus einem Vorspritzling 15 und einer Polyurethanschicht 16 besteht, in der Kavität 3 ruht. Das in der Figur 1a oben dargestellte formgebende Bauteil 2 ist aus PTFE gefertigt. (Das in der Figur 1a unten 5/18 ·*···«··· · • ·· · · ····· • ·· I · · ···»···· • ♦ · · * · · · ·· »« «Η* *·· * ι dargestellte Bauteil 2 kann auch aus Stahl gefertigt sein, wenn kein Haften an dem Vorspritzling 15 zu befürchten ist.) Das in der Darstellung obere Bauteil 2 ist an einem Trägerteil 5 montiert.

Die Abdichtung der Kavität erfolgt in Fig. 1a über Flächenpressung einer Abdichtfläche 7. Zum Vergleich ist in Fig. 1b ein Formwerkzeug 1 aus dem Stand der Technik dargestellt, beispielsweise beim Polyurethanspritzguss erfolgte die Abdichtung dabei über eine Quetschkante 21. Dies führt natürlich zu Einschränkungen der produzierbaren Geometrien des Vorspritzlings 15 sowie der Polyurethanbeschichtung 16.

Fig. 2a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine aus PTFE bestehende Hälfte eines Formwerkzeugs 1. Eine formgebende Kavitätenoberfläche 12 kann mittels einer Laserbehandlung geglättet sein. Außerdem wird der Umriss der Abdichtfläche 7 deutlich.

Fig. 2b ist ein Schnitt durch die Hälfte des Formwerkzeugs 1 aus Fig. 2a, durch die dort eingezeichnete Fläche B. Die Abdichtfläche 7 ist bei dieser Ausführungsform an einer Erhebung 9 angeordnet, welche gegenüber einer Trennfläche 8 des Werkzeugs erhaben ist. Die Erhebung 9 wird dabei von dem Werkzeugeinsatz 4 gebildet, welche an dem Trägerteil 5 vormontiert ist.

Eine Wandstärke w eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes 4 liegt zwischen 1 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 5 mm.

In Fig. 2c ist ein Schnitt durch die Hälfte des Formwerkzeugs 1 aus Fig. 2a, entlang des dort eingezeichneten Schnittes A, dargestellt. Zusätzlich zu erkennen sind dabei Temperierkanäle 11 sowie ein Polyurethanmischkopf 18, der über zwei Versorgungsleitungen 19 mit Polyurethankomponenten versorgt wird.

Fig. 2d zeigt die Schnittdarstellung aus Fig. 2c, wobei nun auch die zweite Werkzeughälfte dargestellt ist, in ihr liegt bereits ein Vorspritzling 15. Zu erkennen ist 6/18 • ♦ · · ♦ ····· • · · I · · ······♦ • · ♦ · · · · « ·· ·· «^·· ··· · · auch ein Anguss 17. Des Weiteren liegen in diesem Zustand die Kavität 3, die Vorlaufkavität 13 sowie die Überlaufkavität 14 vor. Die Polyurethankomponenten werden im Mischkopf 18 vermischt und dann der Vorlaufkavität 13 zugeführt. Von dort gelangen sie in die Kavität 3. Überschüssiges Polyurethan sammelt sich in der Überlaufkavität 14. Derartige Vor- und Überlaufkavitäten 13,14 sind jedoch für die Erfindung nicht wesentlich.

Das in Fig. 3a dargestellte erfindungsgemäße, geöffnete Formwerkzeug 1 weist einen Drehtisch 6 auf. Dieser ist an einem Trägerteil 5 befestigt, welches selbst an einer beweglichen Formaufspannplatte 20 einer Schließeinheit befestigt ist. Zwei Kavitäten 3 werden von zwei Bauteilen 2 sowie einem Werkzeugeinsatz 4 gebildet (siehe Fig. 3b).

Das Trägerteil 5 bildet in dieser Ausführungsform einen statischen Teil eines Drehtisches 6, durch welchen das in der Fig. unten dargestellte Bauteil 2 drehbar gelagert ist. Freilich ist der Drehtisch nicht wesentlich, genauso gut könnte auch eine Wendeplatte odereine Indexplatte oderein Drehwürfel oderein Schiebetisch Verwendung finden.

Die Abdichtung der in der Figur rechts dargestellten Kavität 3 erfolgt auch hier über an Erhebungen 9 angeordnete Abdichtflächen 7, wobei die Erhebungen 9 gegenüber Werkzeugtrennflächen 8 erhaben sind. Zur besseren Erkennbarkeit sind die Erhebungen 9 in diesen Darstellungen übertrieben dargestellt. Die in der Figur rechts dargestellte Kavität wird mithilfe eines Mischkopfs 18 beschickt. Auch hier sind schematisch Versorgungsleitungen 19 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Werkzeugeinsatz 4 aus PTFE gefertigt.

Das in der Darstellung oben dargestellte Bauteil 2 ist an einer festen Formaufspannplatte 21 montiert. Für die in der Figur linke Kavität ist ein Angusskanal dargestellt sowie schematisch eine Durchgangsöffnung in der festen Formaufspannplatte 21 zum Hindurchführen einer Düse einer Plastifiziereinheit. 7/18

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In Fig. 3b ist das Formwerkzeug 1 aus Fig. 3a in geschlossener Stellung dargestellt. Hierdurch sind die beiden Kavitäten 3 gebildet. Eine Kavitätenoberfläche 12 ist dabei durch eine Laserbehandlung geglättet. In dieser Stellung kann die in der Fig. links dargestellte Kavität 3 mit beispielsweise einem Thermoplasten gefüllt werden.

Nach einem zwischenzeitlichen Öffnen des Formwerkzeugs 1 und einer Drehung des Drehtisches 6 liegt die Stellung aus Fig. 3c vor. Wie zu erkennen ist, liegt der Vorspritzling 15 in der rechts dargestellten Kavität 3. Es kann nun eine Polyurethanschicht angespritzt werden und daraufhin das fertige Kunststoffprodukt problemlos entnommen werden.

Fig. 4 ist eine Detaildarstellung der Erhebung 9 aus Fig. 2b zur Verdeutlichung der Maße. Die Breite b der Abdichtfläche 7 liegt zwischen 1 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 5 mm. Die Höhe h der Erhebung 9 liegt zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 3 mm und besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 2 mm.

Innsbruck, am 11. März 2013 8/18

Claims

73112 32/32 Patentsansprüche: 1. Formwerkzeug, insbesondere für eine Spritzgießmaschine, mit wenigstens zwei Bauteilen (2), welche wenigstens eine Kavität (3) bilden, in welcher ein Kunststoffprodukt herstellbar ist und nach der Herstellung entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) aus einem Fluorpolymer und/oder einem Polyolefin gefertigt ist.
3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder aus Ethylen-Chlorotrifluoroethylen (ECTFE) und/oder aus Ethylen-Tetrafluorethylen und/oder aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder aus Perfluoralkoxy-Polymeren (PFA) und/oder aus Tetrafluorethylen-Perfluor-Methylvinylether (MFA) und/oder aus Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (FEP) gefertigt ist.
4. Formwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) aus Polypropylen (PP) und/oder aus Polyethylen (PE) gefertigt ist.
5. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2) als Werkzeugeinsatz (4) ausgebildet ist.
6. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1) über wenigstens ein Trägerteil (5) verfügt, an dem diejenigen der wenigstens zwei Bauteile (2), die aus Kunststoff gefertigt sind, vormontiert sind. 9/18 ......... 73112 32/32 • ·· ·♦···♦ · • · · · 9 · ♦ · · ♦ · • · · · % · ·♦♦· ·#· ♦ ···· · · · «· ·· ···· ♦·· · ·
7. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Bauteile (2) zumindest zwei Kavitäten (3) bilden.
8. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1) über eine Wendeplatte und/oder eine Indexplatte und/oder einen Drehwürfel und/oder einen Drehtisch (6) und/oder einen Schiebetisch verfügt.
9. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kavität (3) in einem geschlossenen Zustand durch Fiäcnenpressung zwischen an den wenigstens zwei Bauteilen (2) liegenden Abdichtflächen (7) abgedichtet ist.
10. Formwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Abdichtflächen (7) an einer von einer Trennfläche (8) erhabenen Erhebung (9) angeordnet ist.
11. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der wenigstens zwei Bauteile (2), die aus Kunststoff gefertigt sind, und/oder das wenigstens eine Trägerteil (5) Temperierkanäle (11) zur Temperierung des Formwerkzeugs (1) aufweist.
12. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kavitätenoberfläche (12) der wenigstens einen Kavität (3) strukturiert ist.
13. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kavitätenoberfläche (12) der wenigstens einen Kavität (3) - vorzugsweise mittels einer Laserbehandlung oder einem Sinterverfahren - geglättet ist. 10/18 ......... 73112 32/32 • ·· ······ · • · » · 3* ····· • · · · ········ ····· · · · ·· · · ···· ··· · ·
14. Formwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug (1) eine Vorlaufkavität (13) und/oder eine Überlaufkavität (14) vorgesehen ist. Innsbruck, am 11. März 2013 11/18