AT527480A4

AT527480A4 - Verfahren und Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Verbundkörpern

Info

Publication number: AT527480A4
Application number: ATA50822/2023A
Authority: AT
Inventors: Grillnberger Lukas; Zwicklhuber Msc Paul
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2023-10-09
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2025-03-15
Also published as: AT527480B1; DE102024125794A1

Abstract

Verfahren und Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Verbundkörpern, insbesondere von Sanwichbauteilen, wobei während des Einspritzens von Formmasse ein in eine Formkavität eingelegtes Einlegeteil durch eine mechanische Andrückvorrichtung gegen eine Druckausübung durch die Formmasse gedrückt wird bzw. drückbar ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere von Sandwichbauteilen, in einem Spritzgießvorgang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Spritzgießwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und eine Spritzgießmaschine mit

wenigstens einem solchen Spritzgießwerkzeug.

[9002] Ein Spritzgießverfahren ist Stand der Technik und mit diesem Verfahren können Bauteile großserientauglich produziert werden. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften oftmals durch den eingesetzten Kunststoff limitiert. Durch den Einsatz von Einlegeteilen in Form von Halbzeugen, wie z. B. Organoblechen, Tapes, Kunststofffolien, Metalleinlegern oder Metallfolien können die Eigenschaften des Bauteils gezielt geändert werden. Solche Halbzeuge können formschlüssig und/oder stoffschlüssig

mit dem Spritzgießteil verbunden werden.

[0003] Zu diesem Zweck muss das Halbzeug vor der Verarbeitung in einem Spritzgießwerkzeug gehalten werden, damit es während des Spritzgießverfahrens mit der Formmasse verbunden werden kann. Auf diese Weise können Bauteile entstehen, welche eine Halbzeugverstärkung zumindest an einer Seite haben. Oftmals werden plattenförmige Bauteile allerdings auf beiden Außenseiten mit Halbzeugen verstärkt, sodass Sandwichstrukturen entstehen. Bei solchen Sandwichstrukturen werden für die Decklagen meisten hochwertigere Materialen verwendet. Die Kernlage ist somit meist deutlich weniger beansprucht und somit können kostengünstigere

Materialen eingesetzt werden.

[9004] Für das Spritzgießverfahren bedeutet dies, dass zwischen zwei Decklagen aus Einlegeteilen die Formmasse eingebracht werden muss. Somit ergeben sich für die Formfüllung

unterschiedliche Möglichkeiten. Eine Möglichkeit ist, dass die

oder weniger normal zu den Decklagen ausgeführt werden.

[90005] Somit müssen die Halbzeuge vorab im Spritzgießwerkzeug fixiert werden, damit ein Einspritzen des Kernmaterials als Zwischenschicht möglich ist. Zur Fixierung kann das Halbzeug beispielsweise auf Nadeln aufgehängt werden. Weiters ist es auch möglich, dass die Halbzeuge mittels Unterdrucks an einem der Werkzeugteile gehalten werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass das Halbzeug mittels beweglichen Stiften geklemmt wird oder

dass das Halbzeug auf Stiften aufgehängt wird.

[0006] Als alternative Möglichkeit kann z. B. im Bereich der Düse das Halbzeug mittels Unterdruck an der Düsenseitigen

Werkzeugwand befestigt werden.

[0007] Eine weitere Möglichkeit zur zumindest lokalen Befestigung im Düsenbereich kann mit doppelseitigem Klebeband

erreicht werden.

[0008] Die beiden beschrieben Varianten sind allerdings oftmals nicht zulässig. Das doppelseitige Klebeband hinterlässt Abzeichnungen am Bauteil oder am Spritzgießwerkzeug. Das Halten von Halbzeugen mittels Unterdruck hinterlässt teilweise auch Abzeichnungen und die mögliche Haltekraft ist oft sehr gering. Wenn die Haltekraft zu gering ist und das Halbzeug nicht ganz eben ist, kann es vorkommen das es im Düsenbereich nicht perfekt aufliegt und das sich in weiterer Folge Formmasse vor dem Halbzeug verteilt und das Halbzeug zur Düsen abgewandten Seite

verschiebt.

geöffnet bzw. geschlossen werden.

[0010] Muss sich das Halbzeug auf der Düsenseite des Spritzgießwerkzeugs befinden und es werden mehrere Anspritzpunkte benötigt wird das Verfahren oder das Spritzgießwerkzeug schon komplexer. In diesem Fall muss durch das Halbzeug durchgespritzt werden. Einerseits kann dies durch einen ausreichen hohen Spritzdruck erreicht werden. Wenn der Spritzdruck ein gewisses Niveau erreicht hat, kann er das Halbzeug penetrieren und somit kann die Formfüllung auf der Düsen abgewandten Seite fortgesetzt werden. Dabei ist oftmals

eine prozesssicher Formfüllung nicht realisierbar.

[09011] Da die Ebenheit, also die möglichst gute Annäherung an eine plane Oberfläche, von solchen Halbzeugen oftmals mit der Größe abnimmt ist die Herstellung von großen Sandwichstrukturen

komplex und fehleranfällig.

[90012] Beim Anspritzen parallel zum Halbzeug sind die Fließweglängen begrenzt und somit sind große Strukturen nicht herstellbar. Beim bevorzugten Anspritzen normal zum Halbzeug kann es durch die Unebenheiten am Halbzeug dazu kommen, dass das eingespritzte Material nicht zwischen die Decklagen eingespritzt

wird, sondern dass es sich vor die Decklagen setzt. Dies ist vor

Problem.

[0013] Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, ein Spritzgießwerkzeug und eine Spritzgießmaschine bereitzustellen,

bei welchen große Strukturen gut herstellbar sind.

[0014] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Spritzgießwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und eine Spritzgießmaschine mit

wenigstens einem solchen Spritzgießwerkzeug.

[0015] Bei einem solchen Verfahren zur Herstellung von

Verbundkörpern, insbesondere von Sandwichbauteilen, in einem

Spritzgießvorgang, wird

- zumindest ein Einlegeteil in zumindest eine Formkavität wenigstens eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt

- Formmasse in die zumindest eine Formkavität eingespritzt wird und sich Formmasse mit dem zumindest einen Einlegeteil verbindet

- das zumindest eine Einlegeteil vor und bevorzugt auch während des Einspritzens der Formmasse durch wenigstens einen mechanischen Andrückstempel gegen einen von der Formmasse

durch das Einspritzen ausgeübten Druck gedrückt

[0016] Ein solches Spritzgießwerkzeug weist auf:

- mindestens eine Düsenöffnung

- mindestens einen ersten Werkzeugteil, welcher die mindestens eine Düsenöffnung aufweist

- mindestens einem zweiten Werkzeugteil, welcher dem mindestens einen ersten Werkzeugteil gegenüberliegt

wobei der mindestens eine erste Werkzeugteil und der mindestens

eine zweite Werkzeugteil gemeinsam zumindest eine Formkavität

bilden oder mitbilden

erste Werkzeugteil andrückbar ist

[0017] Durch das Andrücken des zumindest einen Einlegeteils an das mindestens eine erste Werkzeugteil mittels wenigstens einem mechanischen Andrückstempel kann auch bei einem Anspritzen normal zu einer Erstreckung eines Einlegeteils eine

prozesssichere Herstellung des Verbundkörpers erzielt werden.

[90018] Die Lösung der Aufgabe stellt somit ein Verfahren und ein Spritzgießwerkzeug bereit, welche sicherstellen, dass ein Verbundkörper in Form eines mit zumindest einem Halbzeug verstärkten Spritzgießbauteils prozesssicher auf der gewünschten Halbzeugseite befüllt wird. Die Verbindung zwischen Halbzeug und Formmasse wird dabei vorzugsweise durch einen Stoffschluss erreicht. Allerdings kann die Verbindung auch durch einen Formschluss oder durch eine Kombination von Formschluss

und Stoffschluss erreicht werden.

[0019] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in

den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0020] Als Einlegeteil können Halbzeuge folgender Art angesehen werden: Organobleche, Tapes, Tapegelege, thermoplastische Folien mit Verstärkungsfasern, aber auch metallische Einleger (Aluminiumbleche, Aluminiumfolien, Stahlbleche, Stahlfolien, ..). Vorzugsweise handelt es sich aber bei den zumindest einem Halbzeug um einen endlosfaser-

verstärkten Thermoplast.

kraftbeaufschlagt wird.

[0022] Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels durch einen im oder am zweiten Werkzeugteil angeordneten mechanischen Kraftspeicher, insbesondere eine Feder, erfolgt, sodass die Formmasse durch den beim Einspritzen ausgeübten Druck den wenigstens einen mechanischen Andrückstempel in den mindestens einen zweiten Werkzeugteil zumindest teilweise eindrückt. Hier erfolgt das Eindrücken des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels

also passiv.

[0023] Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels gesteuert oder geregelt erfolgt, bevorzugt durch zumindest eine hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit. Hier erfolgt das Eindrücken des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels

also aktiv.

[0024] Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Verbundkörper in Form eines Sandwichbauteils hergestellt wird. In diesem Fall werden vom wenigstens einen mechanischen Andrückstempel zumindest zwei

Halbzeuge gegen den ersten Werkzeugteil gedrückt. Bevorzugt

durch welchen Formmasse hindurch eingespritzt werden kann.

[0025] Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Halbzeuge bei Raumtemperatur in das Spritzgießwerkzeug eingelegt. Sollte es für die stoffschlüssige Verbindung zwischen Halbzeug und Formmasse allerdings notwendig sein, das Halbzeug vorzuheizen, so ist auch dies möglich. Dabei können Temperaturen bis zu Schmelzpunkt des Halbzeugs und darüber hinaus gewählt werden. Für die Vorwärmung des Halbzeugs können industrieübliche Heizsysteme wie Infrarotöfen,

Kontaktheizungen oder Umluftöfen verwendet werden.

[0026] Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einspritzen der Formmasse kaskadiert

erfolgt.

[0027] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist vorgesehen, dass der wenigstens eine mechanische Andrückstempel aus dem mindestens einen zweiten Werkzeugteil herausragt und gegen eine Bewegung in den zweiten Werkzeugteil

kraftbeaufschlagt ist.

[0028] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist vorgesehen, dass zur Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels ein im oder am zweiten Werkzeugteil angeordneter mechanischer Kraftspeicher, insbesondere eine

Feder, angeordnet ist.

[0029] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist zur Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels zumindest eine hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen, wobei bevorzugt vorgesehen

ist, dass der wenigstens eine mechanische Andrückstempel einen

Einheit bildet.

[0030] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist vorgesehen, dass der wenigstens eine mechanische Andrückstempel

gegenüber der mindestens einen Düsenöffnung angeordnet ist,

bevorzugt unmittelbar gegenüber der mindestens einen Düsenöffnung. [0031] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist

wenigstens eine Haltevorrichtung, bevorzugt in Form eines Haltestiftes, für das zumindest eine Einlegeteil vorgesehen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die wenigstens eine Haltevorrichtung in den ersten Werkzeugteil und/oder den zweiten Werkzeugteil versenkbar ist, was bewirkt, dass Formmasse auch in den zunächst noch von der wenigstens einen Haltevorrichtung eingenommenen Raumbereich eindringen kann. Das Versenken

und/oder Herausfahren kann gesteuert oder geregelt erfolgen.

[0032] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist zumindest eine in die mindestens eine Düsenöffnung eingebrachte Düse, bevorzugt eine Heißkanaldüse, ist. Bevorzugt weist die Heißkanaldüse einen Düsenverschluss, z. B. eine Verschlussdüse auf. Es kann allerdings auch eine offene Düse vorgesehen sein. Natürlich können auf der Düsenseite Spritzgießwerkzeugs eine

Vielzahl von Düsen verbaut sein.

[0033] Bei einer Ausführungsform des Spritzgießwerkzeugs ist vorgesehen, dass die zumindest eine Düse über den zumindest einen ersten Werkzeugteil vorsteht, bevorzugt um zumindest die Dicke der Halbzeug-Verstärkung. Das bedeutet beispielsweise, dass bei einer Halbzeugdicke von 0,5 mm die Düse auf 0,5 mm in

das Halbzeug eintauchen kann.

düsenseitigen Werkzeug aufliegt.

[0035] Ausführungsbeispiel eines Verfahrens:

[0036] ES wird zumindest ein Halbzeug mittels eines automatisierten Handling aufgenommen und in ein Spritzgusswerkzeug transferiert. Der wenigstens eine

mechanische Andrückstempel befindet sich in einer ersten Position (erste Position: ausgefahren, zweite Position: eingefahren). Vor oder während des Transports kann das Halbzeug vortemperiert oder beheizt werden. Das zumindest eine Halbzeug kann mittels Haltestiften an das Spritzgusswerkzeug übergeben werden. Alternativ kann das Halbzeug vom wenigstens einen mechanischen Andrückstempel gegen die Düse gepresst werden und somit in Position gehalten werden. Das Spritzgießwerkzeug wird geschlossen und Formmasse wird eingespritzt. Durch das Einspritzen oder während des Einspritzens wird der zumindest

eine mechanischen Andrückstempel in eine zweite Position

gebracht (erste Position: ausgefahren, zweite Position: eingefahren).

[0037] Vorzugsweise wird diese Verfahren für große Bauteile mit mehreren Anspritzpunkten verwendet. Dabei können die

verschiedenen Anspritzpunkte entweder alle gleichzeitig geöffnet und/oder geschlossen werden. Alternativ können die Düsen in einer zeitlichen Abfolge (Kaskadierung) geöffnet und

geschlossen werden.

[0038] Nach dem Einspritzen kann der Verbundkörper noch für eine gewisse Zeit (Nachdruckzeit, Kühlzeit) im

SpritzgieRßwerkzeug gehalten werden, bevor er entnommen wird.

[0039] Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden anhand

der Figuren diskutiert.

[0040] Figur 1 zeigt ein Spritzgießwerkzeug zu Beginn des

Einspritzvorganges.

[0041] Figur 2 zeigt das Spritzgießwerkzeug der Figur 1 kurz

nach Beginn des Einspritzvorganges.

[0042] Figur 3 zeigt analog zur Figur 2 aber für ein Spritzgießwerkzeug nach dem Stand der Technik die Situation kurz

nach Beginn des Einspritzvorganges.

[0043] In Figur 1 ist ein Spritzgießwerkzeug 1 gezeigt, welches aus einem ersten Werkzeugteil 3 und einem zweiten Werkzeugteil 4 besteht, welche in diesem Ausführungsbeispiel die Formkavität bilden. In eine Düsenöffnung 2 des ersten Werkzeugteils 3 ist eine Düse 8 eingeführt. In die Formkavität sind zwei Einlegeteile 6 eingelegt, welche von mehreren Haltevorrichtungen 7 gehalten werden. Der mechanische Andrückstempel 5 drückt die Einlegeteile 6 mechanisch gegen den ersten Werkzeugteil 4 und damit die Düsenöffnung 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist das düsennahe Einlegteil 6 einen

Durchbruch auf, in welchen die Düse 8 hineinragt. Der

mechanische Andrückstempel 5 ist hier durch einen als Feder

ausgebildeten Kraftspeicher beaufschlagt.

[0044] In Figur 2 ist erkennbar, dass der mechanische Andrückstempel 5 durch den Einspritzdruck eben, d. h. bündig, mit der Oberfläche des zweiten Werkzeugteils 4 angeordnet ist. Der mechanische Andrückstempel 5 stellt sicher, dass die Formmasse tatsächlich zwischen den beiden Einlegeteilen 6

eingespritzt wird.

[0045] Genau dies War im Stand der Technik nicht

sichergestellt, was in Figur 3 dargestellt wird.

Bezugszeichenliste:

1 Spritzgießwerkzeug

2 Düsenöffnung

3 erster Werkzeugteil

4 zweiter Werkzeugteil

5 mechanischer Andrückstempel 6 Einlegeteil

7 Haltevorrichtung

8 Düse

Innsbruck, am 09. Oktober 2023

Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere

von Sandwichbauteilen, in einem Spritzgießvorgang, wobei

- zumindest ein Einlegeteil (6) in zumindest eine Formkavität wenigstens eines Spritzgießwerkzeugs (1) eingelegt wird

- Formmasse in die zumindest eine Formkavität eingespritzt wird und sich Formmasse mit dem zumindest einen Einlegeteil (6) verbindet

dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einlegeteil

(6) vor und bevorzugt auch während des Einspritzens der

Formmasse durch wenigstens einen mechanischen

Andrückstempel (5) gegen einen von der Formmasse durch das

Einspritzen ausgeübten Druck gedrückt wird.

Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das wenigstens eine Spritzgießwerkzeug (1) mindestens einen ersten Werkzeugteil (3) und mindestens einen zweiten Werkzeugteil (4) aufweist, welche gemeinsam die zumindest eine Formkavität bilden oder mitbilden und der wenigstens eine mechanische Andrückstempel (5) aus dem mindestens einen zweiten Werkzeugteil (4) herausragt und gegen eine Bewegung in den zweiten Werkzeugteil (4) kraftbeaufschlagt

wird.

Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels (5) durch einen im oder am Zweiten Werkzeugteil (4) angeordneten mechanischen Kraftspeicher, insbesondere eine Feder, erfolgt, sodass die Formmasse durch den beim Einspritzen ausgeübten Druck den wenigstens

einen mechanischen Andrückstempel (5) in den mindestens

eindrückt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels (5) gesteuert oder geregelt erfolgt, bevorzugt durch zumindest eine hydraulische oder

pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit.

Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einspritzen der Formmasse kaskadiert

erfolgt.

SpritzgieRßwerkzeug (1), mit: - mindestens einer Düsenöffnung (2) - mindestens einem ersten Werkzeugteil (3), welcher die mindestens eine Düsenöffnung (2) aufweist - mindestens einem zweiten Werkzeugteil (4), welcher dem mindestens einen ersten Werkzeugteil (3) gegenüberliegt wobei der mindestens eine erste Werkzeugteil (3) und der mindestens eine zweite Werkzeugteil (4) gemeinsam zumindest eine Formkavität bilden oder mitbilden dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Werkzeugteil (4) wenigstens einen mechanischen Andrückstempel (5) aufweist, mittels welchem zumindest ein in die zumindest eine Formkavität eingelegtes Einlegeteil (6) an das mindestens eine erste

Werkzeugteil (3) andrückbar ist.

Spritzgießwerkzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der wenigstens eine mechanische Andrückstempel (5) aus dem mindestens einen zweiten Werkzeugteil (4) herausragt und gegen eine Bewegung in den zweiten Werkzeugteil (4)

kraftbeaufschlagt ist.

11.

12.

Spritzgießwerkzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei zur Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels (5) ein im oder am zweiten Werkzeugteil (4) angeordneter mechanischer Kraftspeicher, insbesondere eine

Feder, angeordnet ist.

Spritzgießwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, wobei zur Kraftbeaufschlagung des wenigstens einen mechanischen Andrückstempels (5) zumindest eine hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der wenigstens eine mechanische Andrückstempel (5) einen Kolben der zumindest

einen pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit bildet.

Spritzgießwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der wenigstens eine mechanische Andrückstempel (5) gegenüber der mindestens einen Düsenöffnung (2)

angeordnet ist.

Spritzgießwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei wenigstens eine Haltevorrichtung (7), bevorzugt in Form eines Haltestiftes, für das zumindest eine Einlegeteil (6) vorgesehen ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die wenigstens eine Haltevorrichtung (7) in den ersten Werkzeugteil (3) und/oder den zweiten

Werkzeugteil (4) versenkbar ist.

Spritzgießwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei zumindest eine in die mindestens eine Düsenöffnung (2) eingebrachte Düse (8), bevorzugt eine

Heißkanaldüse, vorgesehen ist.

14.

Spritzgießwerkzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die zumindest eine Düse (8) über den zumindest einen ersten

Werkzeugteil (3) vorsteht.

Spritzgießmaschine mit wenigstens einem Spritzgießwerkzeug

(1) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 13.

Innsbruck, am 9. Oktober 2023