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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine neuartige Spritzgießform und Spritzgießmaschine
sowie ein neuartiges Spritzgießverfahren
zur Herstellung umspritzter Gegenstände, die aus einem oder mehreren
formbaren Materialien bestehen können.
Die Erfindung eignet sich für
die Verwendung mit Kunststoffharzen, kann aber auch für Glas,
Keramik, Pulver oder Kombinationen daraus eingesetzt werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Maschinen und Formwerkzeuge für die Herstellung
von Spritzgießteilen
aus Kunststoff mit zwei oder mehreren Schichten eines oder mehrerer
verschiedener Harze sind gut bekannt. Multimaterialien können Materialien
mit unterschiedlichen Formungseigenschaften enthalten, wie z. B.
PET und PEN, das gleiche Material mit verschiedenen Additiven (z.
B. Farbstoffe) oder Kombinationen daraus. Zu den spritzgegossenen
Gegenständen
mit mehreren Schichten und mehreren Materialien gehören beispielsweise
die Tasten von PC-Tastaturen,
bei denen das die Funktion der Taste anzeigende Zeichen aus einem
andersfarbigen Material als der Tastenkörper besteht, sowie Bauteile
wie die mehrfarbigen Streuscheiben für Brems- und Blinklichter von
Kraftfahrzeugen.
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Eine weitere übliche Verwendung ergibt sich bei
der Fertigung von mehrschichtigen Multimaterial-Gegenständen für die Verpackung
von Lebensmitteln, wobei z. B. die FDA-Vorschriften in den USA verlangen,
dass nur Materialien aus Neukunststoff an Stellen benutzt werden
dürfen,
die mit Lebensmitteln in Berührung
kommen. Im Allgemeinen wird aus Umweltschutzgründen (wobei recyceltes Material
bevorzugt wird) und Kostengründen
(Neukunststoff ist teurer als recycelte Kunststoffe) angestrebt,
die Menge des in solchen Verpackungen verwendeten Neukunststoffs
zu verringern. Demnach wurden Verpackungen aus mehrschichtigen Multimaterialien
hergestellt, die eine erste, dünne
Materialschicht aus Neukunststoff, die in Kontakt mit dem Lebensmittel kommt,
und eine zweite, dickere Schicht aus recyceltem oder sonst preiswerteren
Material enthalten, das beim Spritzgießen auf die erste Schicht auflaminiert wird,
um die Verpackung stabil zu machen.
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Ein Bereich, in dem solche mehrschichtigen Verpackungen
verwendet werden, ist die Herstellung von Flaschen und anderen Behältern aus
PET oder anderen Materialien. PET-Flaschen und -Behälter werden
normalerweise aus „Vorformlingen" in bekannter Weise
blasgeformt, wobei die Vorformlinge durch Spritzgießen hergestellt
wurden, um am Flaschenhals ein Gewinde zu erzeugen, das den Flaschenverschluss
aufnimmt. Ein Vorformling aus mehrschichtigem PET wird bekannterweise
so erzeugt, dass die innerste Schicht aus Neukunststoff und zumindest
ein Teil des restlichen Vorformlings aus recyceltem Kunststoffmaterial
besteht. In solchen Fällen – wenn die
Flasche bzw. der Behälter aus
dem Vorformling blasgeformt wird – bildet das Neumaterial innerhalb
des Behälters
eine durchgehende Innenschicht, während das recycelte oder andere
Material die Außenseite
der Innenschicht umgibt, um die Gesamtstabilität des Behälters angemessen zu verstärken.
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In anderen Fällen können die bei mehrschichtigen
Gegenständen
verwendeten Schichten Merkmale aufweisen, die außer bzw. zusätzlich zu den
unterschiedlichen Farben, neuen und recycelten Materialien beispielsweise
Schichten mit verschiedenen chemischen Eigenschaften usw. besitzen.
Je nach Bedarf können
auch mehr als zwei Schichten verwendet werden. So werden bekannterweise
z. B. mehrschichtige Vorformlinge für das Blasformen von PET-Flaschen und
-Behältern
hergestellt, wobei eine Schicht aus Schutzmaterial zwischen der
Innenschicht aus Neumaterial und dem recycelten Material eingebracht
ist; die Schutzschicht verhindert dabei, dass die hinter ihr liegenden
PET-Materialien CO2-Gas aus den in der blasgeformten
Flasche befindlichen kohlensäurehaltigen
Getränken
aufnehmen.
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Es sind verschiedene Systeme und
Methoden für
das Formen von mehrschichtigen Gegenständen aus Multimaterial-Kunststoffen
bekannt. Im Allgemeinen basieren solche Systeme auf Koinjektions-,
Umspritz- und/oder Zweistufen-Spritzgießverfahren.
Bei allen Koinjektionsverfahren bleibt das Formwerkzeug geschlossen,
bis das Formnest durch gleichzeitiges oder sequentielles Einspritzen
von zwei oder mehr Kunststoffmaterialien gefüllt ist.
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Bei der sequentiellen Koinjektion
wird eine dosierte Menge eines ersten Materials in das Formnest
und dann eine Menge eines zweiten Materials in das erste Material
innerhalb des Formnests eingespritzt. Das erste Material behält wegen
des „Hauteffekts" den Kontakt mit
den Formnestwänden,
und das zweite Material schiebt das erste so durch das Formnest,
dass dieses durch die Materialien gefüllt wird, wobei das zweite
Material zwischen der inneren und äußeren Schicht des ersten Materials
eingeschichtet wird.
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Bei der gleichzeitigen Koinjektion
werden beide Materialien bei zumindest einem Teil des Einspritzvorgangs
simultan in das Formnest eingespritzt; unterschiedliche Viskosität, Hauteffekte
und andere Eigenschaften der Materialien sowie das Einspritzverfahren
sorgen für
die gewünschte
Bildung der Materialschichten im Formnest.
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Bei den meisten Koinjektionsverfahren
wird der Gegenstand aus höchstens
drei verschiedenen Materialien hergestellt, die unterschiedliche
Eigenschaften oder/und Funktionen zeigen. Beispielsweise kann ein
Material ein neues Harz sein, das zweite eine recycelte Version
des gleichen oder eines anderen Harzes und das dritte eine chemische
Schutzschicht (z. B. EVOH, Nylon®, MXD6®),
die zwischen den beiden oder als erste Schicht gebildet wird. Bei herkömmlichen
Anwendungen mit zwei Materialien kann ein Gegenstand mit drei oder
fünf Schichten (2M3L
oder 2M5L) geformt werden. Werden drei Materialien be nutzt, kann
der Gegenstand entweder drei (3M3L) oder fünf Schichten (3M5L) aufweisen.
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Sequentielle Koinjektionssysteme
für Vorformlinge
werden in dem US-Patent 4.781.954 an Krishnakumar et al. und im
US-Patent 4.717.234 an Schad et al. beschrieben. Ein neueres Koinjektionssystem,
das im US-Patent 5.582.788 an Collette et al. offenbart wird, zeigt
die Verwendung einer Revolverblock-Spritzgießmaschine für die Koinjektion, mit der die
Kühlung
der Formteile verbessert werden kann.
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Das US-Patent 5.573.791 beschreibt
eine Vorrichtung, bei der Vorformlinge aus mehreren Harzschichten
geformt werden. In diesem Dokument werden einzelne Harzschichten
hintereinander spritzgegossen und die erzeugten Vorfarmlinge mit einer
axial und seitlich weiterschaltenden Platte zu Kühl- und Formstationen transportiert.
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Systeme mit gleichzeitiger Koinjektion
für Vorformlinge
werden in mehreren US-Patenten beschrieben, beispielsweise in den
an American National Can übertragenen.
Interessant ist in dieser Hinsicht das US-Patent 5.523.045 an Kudert
et al., das eine Multimaterial-Koinjektionsdüsen-Konstruktion zeigt, die
für mehrschichtige
Vorformlinge geeignet ist.
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Eine innovative Formwerkzeug-Konstruktion,
die entweder gleichzeitiges oder sequentielles Formen ermöglicht,
wird in der Patentanmeldung EP-A-0 688 652 an Bertschi et al. beschrieben,
die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Diese Anwendung
zeigt die erste Formwerkzeug-Konstruktion,
bei der Heißkanal-Spritzdüsen an gegenüberliegenden
Seiten eines Formnests angeordnet sind, um zwei oder mehrere unterschiedliche
Harze einzuspritzen. Dieser Ansatz vereinfacht das Formwerkzeug
und ermöglicht
das Einspritzen in Formnester, die in einer kompakteren, dichteren
Weise angeordnet sind, da sich die Düsen für ein einzelnes Formnest nicht
an der gleichen Seite des Formwerkzeugs befinden.
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Obwohl herkömmliche Koinjektionsverfahren manche
Vorteile bieten, da nur ein einziges Formnest verwendet wird und
alle Einspritzeinheiten an einer Seite der Spritzgießmaschine
angeordnet sind, haben sie auch einige bedeutende Nachteile. Ein
Nachteil besteht darin, dass kontinuierliche und gleichmäßige Schichten
der verschiedenen Materialien schwierig zu erzeugen sind, da diese
im vollständig geschmolzenen
Zustand in Wechselwirkung zueinander treten und die richtige Dosierung
der Materialien oft schwierig ist. Dies gilt besonders dann, wenn drei
Materialien eingespritzt werden sollen. Ferner werden die Konstruktionen
des Formwerkzeugs und des Heißkanals
sehr kompliziert, da ein einzelner Verteiler bzw. eine einzelne
Düse in
der Lage sein muss, mit verschiedenen Materialien umzugehen, die
unterschiedliche Verarbeitungsparameter aufweisen. Diese Probleme
werden bei Formwerkzeugen mit vielen Formnestern (z. B. 48 oder
96) noch weiter verstärkt.
Eine weitere Schwierigkeit stellt die Kühlung dar, weil dicke Gegenstände längere Verweilzeiten
in der geschlossen Position des Formwerkzeugs erfordern, wodurch
wiederum die Zykluszeit beeinträchtigt
wird.
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Einige Nachteile der Koinjektionssysteme werden
mit Umspritzsystemen behoben, bei denen jeder Einspritzvorgang in
einem anderen Formnest durchgeführt
wird. Im Allgemeinen wird der erste Einspritzvorgang in einem Formnest
durchgeführt,
um eine erste Schicht eines Gegenstands zu erzeugen; danach wird
das Formnest gewechselt, um das Volumen zu vergrößern und normalerweise auch
die Geometrie des Formnestraums zu verändern. Dies wird üblicherweise
durch Wechseln des Formnests und unter Verwendung desselben Formkerns,
der das Formteil hält,
erreicht. Anschließend
wird ein zweiter Einspritzvorgang mit der ersten Schicht des Gegenstands
durchgeführt,
der auf dem Formkern gehalten und im gewechselten Formnest positioniert
wird. Beim zweiten Einspritzvorgang bindet sich das neu geformte
Material an die vorher im Formwerkzeug geformte Schicht und bildet
den mehrschichtigen Gegenstand. Es versteht sich für einen
Fachmann und ist offensichtlich, dass das zweite Formnest zwar ein größeres Volumen
als das erste besitzt – doch
das tatsächlich
beim zweiten Einspritzvorgang zu füllende Hohlraumvolumen kann
kleiner sein als das beim ersten eingefüllte, da die Volumendifferenz
von der ersten Schicht eingenommen wird. Es ist auch offensichtlich,
dass das Umspritzen mehr als einen Formungsvorgang einschließen kann,
um je nach Bedarf Gegenstände
mit mehr als zwei Harzen und/oder mehr als zwei Schichten zu formen.
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Obwohl durch Umspritzen gute Ergebnisse erzielt
werden können,
ist die Notwendigkeit, das Formwerkzeug zu öffnen, um eine vorher geformte Schicht
eines Gegenstands zum Formen der nächsten Schicht zu einem zweiten
Formnest zu bewegen, nur unter Schwierigkeiten kostengünstig und
zuverlässig
zu erreichen, besonders wenn geometrische Profilunterschiede zwischen
den umspritzten Schichten bestehen. Das US-Patent 3.914.081 an Aoki
zeigt einen frühen
Versuch, durch Verwendung einer drehenden Abstreifplatte das Umspritzen
durchzuführen,
wobei diese Abstreifplatte dazu dient, eine geformte erste Schicht
eines Gegenstands herauszunehmen, zu halten und zu einem zweiten
Formnest zu bewegen, in das eine zweite Harzschicht mit unterschiedlicher
Farbe eingespritzt wird. Das US-Patent 3.947.176 an Rainville zeigt
eine geteilte Formwerkzeug-Konstruktion, die nach dem Formen eines gewindeten
Halsteils des Gegenstands dessen Auswurf durch seitliches Teilen
des Formwerkzeugs ermöglicht.
Formwerkzeuge des Rainville-Typs erwiesen sich als schwierig herzustellen,
benötigen
mehr „Grundstücksfläche" für das Öffnen der
Formwerkzeugwände,
zeigten Abdichtungsprobleme wegen der größeren Fläche und neigten dazu, Einspritzabdrücke auf
dem Formteil zu hinterlassen.
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Zu den Versuchen, ein geeigneteres
Umspritzsystem herzustellen, gehören
das US-Patent 4.744.742 und das US-Patent 4.830.811 an Aoki, das eine
Formwerkzeug-Konstruktion für
Vorformlinge mit zwei Formnestern zeigt, die mit einer drehenden Spritzblasmaschine
verwendet wird. Bei diesen Systemen wird der Formkern in ein erstes
Formnest eingeführt,
in dem die erste, innere Schicht eines Vorformlings geformt wird.
Der Formkern wird anschließend
aus dem ersten Formnest entfernt – wobei die geformte Schicht
noch an ihrem Platz verbleibt – und in
ein zweiteiliges zweites Formnest eingeführt wird, dessen unterer Teil
ein Nest aus einem Stück
mit einem größeren Durchmesser
als dem des ersten Formnests ist und dessen oberer Teil ein zweiteiliges, geteiltes
Nest darstellt, das die Gewinde für den Halsteil des Vorformlings
definiert. Die zweite Schicht wird dann in das zweiteilige Formnest
eingespritzt und der Formkern aus dem Formnest entfernt. Der obere,
gewindete Teil des Formnests zieht den geformten Vorformling aus
dem unteren Teil des Formnests heraus und bewegt ihn zu einer Blasformstation.
Der obere Teil des Formnests wird nach dem Blasformen geteilt, damit
die fertige Flasche entfernt werden kann.
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Das von Aoki beschriebene System
hat einige Nachteile. Erstens ist die Konstruktion wegen der Komplexität der Transportplatte,
die zur Bewegung der Gegenstände
und der oberen Teile der Formwerkzeuge dient, nicht ohne weiteres
auf das Formen von mehr als zwei Vorformlingen pro Zyklus anwendbar.
Zweitens wird der Formkern nach dem zweiten Einspritzvorgang vom
Formteil entfernt, bevor dieses zur Blasformstation übergeben
wird, so dass der Formkern das Innere des Vorformlings während des Transports
nicht kühlen
kann. Folglich muss der größte Teil
des Kühlvorgangs
vor dem Entfernen des Formkerns stattfinden, woraus sich eine relativ
lange Zykluszeit ergibt.
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Ein neuerer Versuch zur Herstellung
umspritzter Vorformlinge mit einem Gewinde am Halsteil wird in der
veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung 715.937 A1 an Massano gezeigt. Dieses Referenzwerk
beschreibt eine Spritzgießform
zum zweischichtigen Umspritzen eines PET-Vorformlings aus zwei Materialien,
wobei das Formwerkzeug eine feststehende Nestplatte, eine bewegliche
Abstreif-/Nestplatte und eine bewegliche Kernplatte umfasst. Die
Nestplatte umfasst benachbarte Paare von einteiligen Formnestern
mit zwei verschiedenen Durchmessern, während die Abstreif-/Nestplatte
benachbarte Paare von zweiteiligen Formnestteil-Elementen einschließt, die
seitlich geteilt werden können.
Ein Formnestteil jedes Paars ist auf das in der Nestplatte angeordnete
Formnest mit dem kleineren Durchmesser ausgerichtet und besitzt
eine glatte Bohrung, die den gleichen Durchmesser wie das Formnest
mit dem kleineren Durchmesser hat; der andere Formnestteil jedes
Paars ist auf das Formnest mit dem größeren Durchmesser ausgerichtet und
enthält
ein Gewinde, mit dem der gewindete Halsteil des Vorformlings definiert
wird.
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Die Kernplatte hat drehbare Paare
benachbarter Formkerne, und das Formen wird durch Einführen der
Formkernpaare in die Formnestpaare durchgeführt, wobei die Abstreif-/Nestplatte
die Nestplatte so berührt,
dass die Formnestteile an der Abstreif-/Nestplatte einen Teil des
Formnests für
den Einspritzvorgang bilden.
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Es wird ein vollständiger Einspritzvorgang durchgeführt, indem
eine erste Materialschicht in das Formnest mit dem kleineren Durchmesser
und in den Formnestteil eingespritzt wird, wonach die Kernplatte und
die Abstreif-/Nestplatte von der Nestplatte fortbewegt werden, bis
das Ende des geformten Vorformlings ganz aus dem Formnest entfernt
ist; anschließend
bewegt sich die Kernplatte weiter von der Nestplatte fort, während die
Abstreif-/Nestplatte an ihrer Position bleibt. Die Kernplatte wird
von der jetzt feststehenden Abstreif- /Nestplatte fortbewegt, um die geformte
erste Schicht, die an dem Formkern bleibt, von dem an der Abstreif-/Nestplatte
befindlichen Formnestteil mit der glatten Bohrung zu entfernen. Kurz
vor dem vollständigen
Entfernen des Formkerns aus dem Formnestteil werden die zwei Teile,
die das Paar der Formnestteile definieren, getrennt, damit der fertige
Vorformling (begonnen im vorherigen Einspritzzyklus) aus dem gewindeten
Formnestteil fallen kann, nachdem er vorher durch das Eingreifen
der geformten Gewinde in den gewindeten Formnestteil von Formkern
entfernt wurde.
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Die geformte erste Schicht verbleibt
an dem anderen Formkern und wird durch den Formnestteil mit der
glatten Bohrung gezogen. Sobald der Formkern und die geformte erste
Schicht vollständig
von dem Formnestteil mit der glatten Bohrung entfernt sind, werden
die Formkernpaare so um 180° an
der Nestplatte gedreht, dass der Formkern mit der geformten ersten
Schicht jetzt durch den gewindeten Formnestteil an der Abstreif-/Nestplatte
hindurch in das Formnest mit dem größeren Durchmesser eingeführt werden
kann; der jetzt leere andere Formkern kann durch den Formnestteil
mit der glatten Bohrung hindurch in das Formnest mit dem kleineren
Durchmesser eingeführt
werden, um einen weiteren Einspritzzyklus zu begonnen.
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Die Kernplatte und die Abstreif-/Nestplatte befinden
sich nahe an der Nestplatte, und die zweite Schicht wird in das
Formnest mit dem größeren Durchmesser
und den gewindeten Formnestteil eingespritzt, um das Formen des
Vorformlings an diesem Formkern abzuschließen (eine erste Schicht wird
in das andere Formnest eingespritzt, wobei der Formnestteil mit
der glatten Bohrung das Formen des Vorformlings an diesem Formkern
beginnt). Die Kernplatte und die Abstreif-/Nestplatte werden dann wie
oben beschrieben von der Nestplatte fort bewegt, um den fertigen
Vorformling auszuwerfen und die Formkerne für den nächsten Teil des Zyklus zu drehen.
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Das obige Massano-System weist einige Nachteile
auf. Insbesondere muss die Kernplatte von der Nestplatte um eine
Strecke fortbewegt werden, die länger
ist als die mindestens zweifache Länge der Formteile, während die
Abstreif- /Nestplatte
von der Nestplatte um eine Strecke fortbewegt werden muss, die länger ist
als die Länge
der Formteile, damit die Formteile ausgeworfen werden können. Aus
diesen Anforderungen für
das Öffnen
resultiert eine langsamere Zykluszeit, während die Platten um die erforderlichen
Strecken bewegt werden, sowie eine Maschine, für deren Betrieb eine relativ
große
Bodenfläche
notwendig ist. Ferner wird die geformte erste Schicht am Ende des
ersten Einspritzvorgangs durch den Formnestteil mit der glatten
Bohrung hindurch gezogen, was zur Beschädigung der geformten ersten
Schicht führen
kann. Die Anforderung, dass jedes Formkernpaar gedreht werden muss,
erhöht
darüber hinaus
die Kosten für
die Herstellung der Maschine und kann dazu führen, dass Kühlflüssigkeit
aus den Formkernen usw. ausfließt.
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Die veröffentlichte PCT-Patentanmeldung WO
97/02939 an Collette et al. zeigt zwei andere Spritzgießmaschinen
für das
Umspritzen. Die erste dargestellte Maschine ist eine Revolverblockmaschine
mit mehreren Formkernen, die an jedem der Paare entgegengesetzter
Seiten des Revolverblocks befestigt sind, und mit einem Paar von
Nestplatten, von denen jede eine Gruppe mit einer entsprechenden Anzahl
von Formnestern aufweist, die jeder Seite des Revolverblocks gegenüberliegen.
Die erste Formnestgruppe wird zum Formen der ersten Schicht des Formteils
verwendet, während
die zweite Gruppe von Formnestern – von denen jedes Nesterweiterungsteile
einschließt – dazu dient,
die Gewinde eines Vorformlinghalses zu definieren. Eine Nestplatte
und der Revolverblock bewegen sich relativ zur anderen Nestplatte,
und der Revolverblock dreht sich, um die Formkerne mit einer ersten
geformten Schicht von der ersten zur zweiten Formnestgruppe zu bewegen, wo
die zweite Schicht bei geschlossenen Nesterweiterungsteilen geformt
wird. Das bei Collette gezeigte Revolverblock-Werkzeug wird in Verbindung
mit einer herkömmlichen
Drei-Platten-Spritzgießmaschine verwendet.
Die 2a bei Collette
zeigt, dass die zweite Einspritzstation-Einheit (genauer: die zweite Nestplatte)
gegenüberliegend
zur ersten und vor der Schließeinheit
(nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Schließeinheit verhindert demzufolge,
dass die Einspritzeinheit senkrecht zur Formplatte positioniert werden
kann, so dass sie statt dessen um 90° gegenüber dem Hub der Schließeinheit
versetzt angeordnet werden muss. Aus diesem Grund hat Collettes Maschine
einen großen
Gesamtplatzbedarf. Ferner erfordert das Collette-System ein zusätzliches
Auswurfsystem an der Kernplatte, um die Formteile von den Formkernen
zu entfernen, die aus der zweiten Formnestgruppe zurückgezogen
wurden. Solche Auswurfsysteme sind teuer und/oder schwierig herzustellen
und können
andere Probleme beim Formungsvorgang verursachen, z. B. eine Formkernverschiebung.
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Die zweite bei Collette beschriebene
Maschine ist ein System mit Schiebetechnik, wobei die Nestplatte
zwei Gruppen erster Formnester aufweist, die eine Gruppe zweiter
Formnester umgeben; zwei Gruppen Formkerne sind an einer Kernplatte
befestigt, die die Formkerne zwischen einer ersten Position – bei der
die erste Formkerngruppe auf eine Gruppe der ersten Formnester und
die zweite Formkerngruppe auf die zweite Formnestgruppe ausgerichtet
ist – und
einer zweiten Position – bei
der die erste Formkerngruppe auf die zweite Formnestgruppe und die zweite
Formkerngruppe auf die andere Gruppe der ersten Formnester ausgerichtet
ist – hin-
und herschiebt. Die Kernplatte wird jedes Mal seitlich zwischen
der ersten und zweiten Position „geschoben", wenn das Formwerkzeug geöffnet wird,
um sequentiell einen Formkern in eine der ersten Formnestgruppen,
wo eine erste Schicht geformt wird, und dann in eine der zweiten
Formnestgruppen einzuführen,
wo die zweite Schicht geformt wird. Diese Maschine hat den Nachteil,
dass für
sie eine zusätzliche
Gruppe von Farmnestern erforderlich ist, d. h., dass drei Formnestgruppen
zwei Gruppen von Gegenständen herstellen,
was die Kosten für
das Formwerkzeug steigert. Mehrschichtige Gegenstände können auch durch
Spritzgießen
geformt werden, wobei ein durch Extrudieren, Spritzgießen, Warmformen
usw. geformtes Einlegeteil in einem Formnest positioniert und anschließend eine
Schicht eines anderen Materials eingespritzt wird, um das Formnest
zu füllen. Das
Spritzgießen
kann mit dem Umspritzen oder der Koinjektion kombiniert werden,
um das Ein legeteil nach Bedarf zwischen mehreren Schichten verschiedener
Materialien einzukapseln.
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Es werden folglich eine effiziente,
zuverlässige
und kostengünstige
Spritzgießmaschine
und Spritzgießform
dafür gewünscht, um
mehrschichtige Formteile zu formen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein neuartiges Spritzgießverfahren mit einer dafür vorgesehenen
neuartigen Spritzgießmaschine
und Spritzgießform
bereitzustellen, um mehrschichtige Formteile zu fertigen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist eine Spritzgießform
zur Herstellung umspritzter Gegenstände vorgesehen, die Folgendes
umfasst:
eine Nestplatte, die auf ihr befestigte erste und
zweite Formnester aufweist;
eine Kernplatte, die einen auf
ihr befestigten Formkern aufweist, wobei die Kernplatte relativ
zur Nestplatte beweglich ist;
eine Nesterweiterung, die ein
Paar von Nestelementen umfasst, die um den Formkern herum angeordnet sind;
und
Nesterweiterungs-Betätigungsmittel
an der Kernplatte, um das Paar von Nestelementen zwischen einer geöffneten
Position, in welcher der Formkern in das erste Formnest zwischen
dem Paar von Nestelementen eingeführt werden kann, und einer
geschlossenen Position zu bewegen, wobei das Paar von Nestelementen
mit dem zweiten Formnest kombiniert wird, um ein mehrteiliges Formnest
für die
Aufnahme des Formkerns zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist eine Spritzgießmaschine zur Herstellung umspritzter
Gegenstände
vorgesehen, die Folgendes umfasst:
eine Nestplatte, die auf
ihr befestigte erste und zweite Formnester aufweist;
eine Kernplatte,
die einen auf ihr befestigten Formkern aufweist, wobei die Kernplatte
relativ zur Nestplatte beweglich ist;
eine Nesterweiterung,
die ein Paar von Nestelementen umfasst, die um den Formkern herum
angeordnet sind;
Nesterweiterungs-Betätigungsmittel an der Kernplatte,
um das Paar von Nestelementen zwischen einer geöffneten Position, in welcher
der Formkern in das erste Formnest zwischen dem Paar von Nestelementen
eingeführt
werden kann, und einer geschlossenen Position zu bewegen, in welcher
das Paar von Nestelementen mit dem zweiten Formnest kombiniert wird,
um ein mehrteiliges Formnest für
die Aufnahme des Formkerns zu bilden; und
eine Formwerkzeug-Schließeinheit,
die mit den Formnest-Betätigungsmitteln
betätigt
werden kann, um das Formwerkzeug durch Einführen des Formkerns in das erste
Formnest zu schließen,
wenn die Nesterweiterungselemente in der geöffneten Position sind, und
um das Formwerkzeug durch Einführen
des Formkerns in das mehrteilige Formnest zu schließen, wenn
die Nestelemente in der geschlossenen Position sind.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzgießen eines
umspritzten Gegenstands vorgesehen, das folgende Schritte umfasst:
- (i) Bewegen einer einem Formkern zugeordneten Nesterweiterung
in eine ausgerückte
Position;
- (ii) Einführen
des Formkerns in ein erstes Formnest, das ein definiertes Volumen
und eine erste geometrische Konfiguration aufweist;
- (iii) Durchführen
eines ersten Vorgangs des Einspritzens in das erste Formnest, um
eine erste Schicht des Gegenstands zu erzeugen;
- (iv) Entfernen des Formkerns aus dem ersten Formnest mit der
an dem Formkern befindlichen ersten Schicht des Gegenstands;
- (v) Bewegen der Nesterweiterung in eine eingerückte Position;
- (vi) Einführen
des Formkerns und der ersten Schicht in ein zweites Formnest, wobei
das zweite Formnest und die Nesterweiterung einrücken, um ein mehrteiliges Formnest
zu bilden, das ein größeres Volumen
aufweist als das definierte Volumen und eine zweite geometrische
Konfiguration definiert;
- (vii) Durchführen
eines zweiten Vorgangs des Einspritzens in das mehrteilige Formnest,
um die erste Schicht zu umspritzen und einen Gegenstand zu erzeugen;
- (viii) Abtrennen des Formkerns und der Nesterweiterung vom zweiten
Formnest, um den Gegenstand daraus zu entfernen; und
- (ix) Bewegen der Nesterweiterung relativ zum Formkern, um den
Gegenstand vom Formkern zu entfernen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung
werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Revolverblock
einer Spritzgießmaschine
und -form gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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2:
eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teil
der Kernplatte, Abstreifplatte, Nestplatte und eines Paars von Schieberstelleinheiten
einer Spritzgießmaschine
und -form gemäß einer
weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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2a:
den mittleren Teil der Maschine von 2 mit
zwei Formkernen und zwei Formnestern;
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3:
die Spritzgießmaschine
von 2a, wobei die Kern-
und Abstreifplatte von der Nestplatte getrennt und die Schieberstelleinheiten
in einer ersten Position sind;
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4:
die Spritzgießmaschine
von 3, wobei die Abstreifplatte
von der Kernplatte getrennt ist;
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5:
die Spritzgießmaschine
von 4, wobei die Abstreifplatte
zur Kernplatte zurückbewegt wurde
und die Schieberstelleinheiten in einer zweiten Position sind;
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6:
die Spritzgießmaschine
von 5, nachdem die Kernplatte
relativ zur Nestplatte gedreht wurde;
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7:
die Spritzgießmaschine
von 6, nachdem die Formnester
geschlossen wurden;
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8:
einen Querschnitt durch einen Formkern, eine Nesterweiterung und
ein erstes Formnest gemäß einer
weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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9:
einen Querschnitt durch den Formkern und die Nesterweiterung von 8 sowie durch ein zweites
Formnest;
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10:
einen Querschnitt durch einen Gegenstand, der in dem Formwerkzeug
der 8 und 9 hergestellt wurde, und
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11:
eine Draufsicht des Gegenstands von 10.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist
eine Spritzgießmaschine
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung allgemein bei 20 dargestellt.
Die Maschine 20 ist in der Abbildung ein Revolverblock-Formwerkzeug,
das vorteilhaft an einer innovativen Zwei-Platten-Spritzgießmaschine
betrieben werden kann, ähnlich
wie bei der in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung EP-A-0
794 045 an Koch et al., die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde. Diese Zwei-Platten-Spritzgießmaschine
ist nicht nur schneller als Drei-Platten-Maschinen, sondern ermöglicht auch
die Anordnung verschiedener Formstationen an irgendeiner Position
um das Revolverblock-Formwerkzeug herum, wodurch Platz gespart und
Flexibilität
bei der Fertigung ermöglicht
wird.
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Die Maschine 20 schließt beispielsweise
einen vierseitigen Revolverblock 24 ein, der um die Achse 28 (die
vertikal, horizontal usw. sein kann) in der durch den Pfeil 32 angezeigten
Richtung drehbar ist. Es ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass der Revolverblock 24 wie
gewünscht
gedreht wird, um die vier Formkerneinheiten 36a, 36b, 36c und 36d zwischen
den vier verschiedenen Formarbeitsstationen 40, 44, 48 und 52 zu
bewegen. In 1 und in den
nachfolgenden Ausführungen
sind ähnliche Komponenten
an jeder Seite des Revolverblocks 24 mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet, an die ein „a", „b", „c" oder „d" angehängt ist,
um die jeweilige Station zu kennzeichnen, an der die dargestellte Komponente
angeordnet ist.
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Ferner zeigt 1 einen Teilquerschnitt durch den Revolverblock 24,
so dass nur eine Formkerneinheit 36 pro Seite sichtbar
ist. Es ist jedoch für einen Fachmann
offensichtlich, dass der Revolverblock 24 je nach Bedarf
an jeder Seite mehrere Formkerneinheiten 36 mit entsprechenden
Bezugszeichen für
die Komponenten einschließen
kann, die an jeder Station 40, 44, 48 und 52 angeordnet
sind. In einer derzeit bevorzugten Ausführung der Erfindung schließt jede
Seite des Revolverblocks 24 achtundvierzig Formkerneinheiten 36 ein.
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In 1 ist
die Station 40 eine Auswurfstation, die Station 44 eine
erste Formstation, die Station 48 eine zweite Formstation
und die Station 52 eine Kühlstation. In 1 ist dargestellt, dass jede Formkerneinheit 36 einen
Formkern 56, eine Abstreifplatte 60 und ein Paar
von Nesterweiterungselementen 64 einschließt, von
denen jedes an einem Schiebermittel 68 befestigt ist. In
der Figur ist nicht dargestellt, dass der Formkern 56 geeignete
Mittel für
die Zirkulation der Kühlflüssigkeit
innerhalb des Formkerns 56 besitzt und dass der Revolverblock 24 geeignete
Mittel für
das Bewegen der Abstreifplatte 60 aufweist, deren Bewegung
nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
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Jedes Schiebermittel 68 ist über eine
Verbindungsstange 76 mit jeweils einem Paar von Schieberstelleinheiten 72 verbunden,
und die Schieber 68 können
durch Steuerung einer jeweiligen Schieberstelleinheit 72 zum
Formkern 56 hin oder davon fortbewegt werden. Die Schieberstelleinheiten 72 werden
als Nesterweiterungs-Betätigungsmittel
betrieben, wie nachfolgend weiter beschrieben wird. Es ist anzumerken,
dass der Klarheit halber nur eine der zwei Schieberstelleinheiten 72 und
nur eine der zwei Verbindungsstangen 76 jeder Formkerneinheit 36 in 1 dargestellt sind, wohingegen
in der Praxis zwei Schieberstelleinheiten 72 an jeder Seite
des Revolverblocks 24 vorgesehen sind.
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Jedes Schiebermittel 68 erstreckt
sich längs entlang
der Seite des Revolverblocks 24, wobei jedes Nesterweiterungselement 64 an
einer ersten Seite jedes Formkerns 56 an dem an die erste
Seite angrenzenden Schiebermittel 68 und jedes Nesterweiterungselement 64 an
einer zweiten Seite jedes Formkerns 56 an dem an die zweite
Seite angrenzenden Schiebermittel 68 derart befestigt ist,
dass die Bewegung eines Schiebermittels 68 durch seine
jeweilige Schieberstelleinheit 72 dazu führt, dass
sich alle Nesterweiterungselemente an einer Seite der Formkerne 56 gleichmäßig zu dem
Formkern 56 hin oder davon fortbewegen.
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In der Ausführung von 1 umfasst jede Schieberstelleinheit 72 einen
am Revolverblock 24 befestigten Nockenträger 80,
wobei jeder Nockenträger
darin eine Nockenbahn 84 mit zwei Führungen 86 und 86' aufweist, in
denen sich ein Nockenstößel 88 bewegen
kann. Jeder Nockenstößel 88 ist
jeweils durch eine Verbindungsstange 76 mit einem Schiebermittel 68 verbunden
und wird mit dem Schiebermittel 68 und der Abstreifplatte 60 bewegt.
Am vom Revolverblock 24 entfernten Ende der Nockenbahn 84 befindet
sich eine Nockenleitvorrichtung 92, die den Nockenstößel 88 über eine
Leitöffnung 96 zwischen
einer Führung 86 und
einer Führung 86' schaltet. In
der Figur ist ersichtlich, dass jede Führung 86 und 86' einen an die
Nockenleitvorrichtung 92 angrenzenden schrägen Teil
und einen an die Seite des Revolverblocks 24 angrenzenden
geraden Teil einschließt.
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Die Nockenleitvorrichtung 92 lässt sich
drehen, damit die Leitöffnung 96 verbindend
zum schrägen
Teil der Führung 86 bzw. 86' bewegt werden kann,
wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Es ist für einen
Fachmann offensichtlich, dass die Nockenleitvorrichtung 92 mit
irgendeinem geeigneten Mittel gedreht werden kann; in einer derzeit
bevorzugten Ausführung
wird sie mit pneumatischen Mitteln gedreht.
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Der Prozess zur Erzeugung eines mehrschichtigen
Spritzgießteils
mit der Maschine 20 wird nun durch die Erklärung der
Arbeitsgänge
beschrieben, die an jeder Station durchgeführt werden. Obwohl sich die
folgenden Ausführungen
auf das Spritzgießen
eines einzelnen Gegenstands an einer einzigen Seite des Revolverblocks 24 beziehen,
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass beim Betrieb der Maschine 20 mehrere
Gegenstände
an jeder Seite des Revolverblocks 24 bei jeder Station 40, 44, 48 und 52 geformt
und/oder bearbeitet werden.
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Der Spritzgießvorgang für einen mehrschichtigen Gegenstand
beginnt mit einer Formkerneinheit 36a bei der Station 40.
In der Figur ist ersichtlich, dass der Formkern 56a leer
ist und dass ein vorher geformter mehrschichtiger Gegenstand 100 (falls vorhanden)
mit der Abstreifplatte 60a, die vom Revolverblock
24 fortbewegt
wird (weiter unten detaillierter beschrieben), vom Formkern 56a abgestreift
wurde. Die Nockenstößel 88a in
jeder Nockenstelleinheit 72 sind so in der Leitöffnung 96a angeordnet,
dass die Verbindungsstangen 76a die Schieber 68 in
halb geöffneter
Position halten, wodurch der vorher geformte Gegenstand 100 (falls
vorhanden) ausgeworfen werden kann. Die Nockenleitvorrichtungen 92a werden anschließend gedreht,
um die Leitöffnung 96a auf
die Führung 86' auszurichten,
und der Revolverblock 24 wird um 90° in der vom Pfeil 32 angezeigten
Richtung gedreht.
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Bei der Station 44 ist der
zweite Schritt des Prozesses dargestellt, bei dem die Abstreifplatte 60b gegen
den Revolverblock 24 bewegt wird. Es ist für einen
Fachmann offensichtlich, dass die Abstreifplatte 60b in
irgendeiner geeigneten Weise zum Revolverblock 24 hin oder
davon fortbewegt werden kann; in einer derzeit bevorzugten Ausführung der
Erfindung wird dies mit Hydraulikzylindern durchgeführt. Während die
Abstreifplatte 60b zum Revolverblock 24 hingeführt wird,
bewegen sich die Nockenstößel 88b entlang
den schrägen
Teilen der Führungen 86' zu den geraden
Teilen, die an den Revolverblock 24 angrenzen, wobei die
Verbindungsstangen 76b vom Formkern 56b fortbewegt
und demzufolge die Schieber 68b und die daran befestigten
Nesterweiterungselemente 64b in eine vollständig geschlossene
Position bewegt werden. Es ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass die Bewegung der Abstreifplatte 60 gleichzeitig
mit der Drehung einer Seite des Revolverblocks 24 von der
Station 40 zur Station 44 – zur Verkürzung der Gesamtzykluszeit – oder nach
Abschluss dieser Drehung durchgeführt werden kann.
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Ein erstes Formnest 104 wird
dann mit dem Formkern 56b in Eingriff gebracht, der sich
zwischen den Nesterweiterungselementen 64b erstreckt, worauf
ein erster Einspritzvorgang erfolgt. In der Figur ist ersichtlich,
dass die Basis des Formkerns 56b direkt über die
einander zugeordneten schrägen
Oberflächen 108 und 112,
die das Abdichten des Formnests 104 unterstützen, in
das Formnest 104 eingreift. Es ist für einen Fachmann offensichtlich,
dass der erste Einspritzvorgang mit einem einzigen Material oder als
Koinjektionsvorgang durchgeführt
werden kann – entweder
gleichzeitig oder sequentiell.
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Nach Beendigung des ersten Einspritzvorgangs
wird das Formnest 104 vom Formkern 56b zurückgezogen;
die Abstreifplatte 60b wird vom Revolverblock 24 fortgezogen,
um die Nockenstößel 88 in die
Leitöffnungen 96b zu
bewegen. Die Nockenleitvorrichtungen 92 werden dann gedreht,
um die Leitöffnungen 96b auf
die schrägen
Teile der Führungen 86 auszurichten,
während
der Revolverblock 24 gedreht wird, um den Formkern 56 mit
dem daran befindlichen Formteil zur Station 48 zu bewegen.
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Bei der Station 48 bzw.
während
der Drehung zur Station 48 wird die Abstreifplatte 60c zu
einer an den Revolverblock 24 angrenzenden Position bewegt,
so dass die Nockenstößel 88 entlang
den schrägen
Teilen der Führungen 86 zu
den dem Revolverblock 24 nahen geraden Teilen der Führung 86 bewegt
werden. Bei der Bewegung des Nockenstößels 88 entlang den
schrägen
Teilen der Führungen 86 werden
die Verbindungsstangen 76 und die Schieber 68 zum
Formkern 56c geschoben, wobei die zwei Hälften des
Nesterweiterungselements 64c in Eingriff um den Formkern 56c herum
gebracht werden. Während
sich die Abstreifplatte 60c weiter in Richtung des Revolverblocks 24 schiebt,
bewegen sich die Nockenstößel 88 entlang
dem geraden Teil der Führung 86,
und die schräge
Oberfläche 116c der
in Eingriff gebrachten Nesterweiterungselemente 64c rückt in die
schräge
Oberfläche 108c an
der Basis des Formkerns 56c ein.
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Ein zweites Formnest 120 wird
dann in Eingriff mit den Nesterweiterungsefementen 64c gebracht,
wobei das zweite Formnest 120 eine schräge Oberfläche 124 aufweist,
die auf eine schräge
Oberfläche 128 an
den eingerückten
Nesterweiterungselementen 64c abgestimmt ist.
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Es ist offensichtlich, dass das Formnest 120 kürzer ist
und einen größeren Durchmesser
aufweist als das Formnest 104. Es ist auch offensichtlich,
dass das Formnest 120 mit dem durch die Nesterweiterungselemente 64c gebildeten
Formnest kombiniert wird, um die erforderliche Gesamtlänge des
Formnests zu erhalten. Es ist außerdem offensichtlich, dass
der Teil des kombinierten Formnests, der durch die Nesterweiterungselemente 64c gebildet
wird, unterschiedliche geometrische Eigenschaften für einen Teil
des im kombinierten Formnest zu formenden Gegenstands definiert.
In der dargestellten Ausführung umfas sen
diese verschiedenen geometrischen Merkmale Gewinde für den Halsteil
eines Vorformlings, obwohl – wie
für einen
Fachmann offensichtlich ist = irgendwelche anderen Eigenschaften
unterschiedlicher Geometrien vorgesehen werden können.
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Bei der Station 48 wird
dann ein zweiter Einspritzvorgang durchgeführt, um das kombinierte Formnest
zu füllen,
das das Formnest 120 und die Nesterweiterungselemente 64c umfasst.
Es ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass der zweite Einspritzvorgang
mit einem einzigen Material oder als Koinjektionsvorgang durchgeführt werden
kann – entweder
gleichzeitig oder sequentiell.
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Nach Abschluss des zweiten Einspritzvorgangs
wird das Formnest 120 entfernt, wobei der geformte Gegenstand 100 an
dem Formnest 56c bleibt und der Revolverblock 24 gedreht
wird, um das Formnest 56c mit dem imer noch daran befindlichen Gegenstand 100 zur
Station 52 bewegen. Der Gegenstand 100 wird bei
der Station 52 sowohl durch die innerhalb des Formkerns 56d zirkulierende
Kühlflüssigkeit
als auch durch die über
ihn geblasene Kühlluft
gekühlt.
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Anschließend wird der Revolverblock 24 gedreht,
um den Formkern 56d und den daran befindlichen Gegenstand 100 zur
Station 40 zu bewegen und damit den Formungsvorgang zu
beenden. Bei der Station 40 wird die Abstreifplatte 60a vom
Revolverblock 24 fortgezogen, wobei die Nockenstößel 88a entlang
den Führungen 86 bewegt
werden. Die Nesterweiterungselemente 64c sind noch zueinander
und mit dem Gegenstand 100 im Eingriff und drücken diesen
entlang dem Formkern 56a, während sich die Abstreifplatte 60a vom
Revolverblock 24 fortbewegt. Sobald sich die Abstreifplatte 60a dem
Ende ihrer Fortbewegung vom Revolverblock 24 nähert, greift
jeder Nockenstößel 88 in
den schrägen
Teil der Führungen 86 ein
und bewegt die Verbindungsstangen 76, um die Nesterweiterungselemente 64a voneinander
und vom Gegenstand 100 auszurücken. Zu diesem Zeitpunkt ist
der Gegenstand 100 im Wesentlichen frei vom Formkern 56a,
wird von der Maschine 20 ausgeworfen und kann mit irgendeinem
geeigneten Mittel wie z. B. einem Förderband aus der Umgebung der
Maschine 20 entfernt werden. Jeder Nockenstößel 88 fährt in eine
jeweilige Leitöffnung 96a ein,
die Bewegung der Abstreifplatte 60a hört auf, der For mungszyklus
ist abgeschlossen und die Maschine 20 ist für den Beginn
eines neuen Zyklus bereit.
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Obwohl die obige Beschreibung nur
einen einzelnen Formungszyklus erklärt, ist für einen Fachmann offensichtlich,
dass eigentlich vier Formungszyklen gleichzeitig durchgeführt werden,
wobei jede Station 40, 44, 48 und 52 ihre
jeweiligen Arbeitsgänge
an einem verschiedenen der vier unterschiedlichen Zyklen ausführt.
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Obwohl die Maschine 20 in
der Ausführung von 1 nur die oben genannten
vier Stationen einschließt,
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass die Anzahl der Stationen und
die entsprechende Anzahl der Seiten des Revolverblocks 24 je
nach dem durchzuführenden
Formungsvorgang ausgewählt werden
kann. Obwohl die Maschine 20 von 1 die obigen vier unterschiedlichen Formstationen
einschließt,
ist ferner für
einen Fachmann offensichtlich, dass nicht alle Stationen verschieden
sein müssen. Falls
beispielsweise acht Stationen vorgesehen sind, können diese zwei wiederholte
Gruppen der oben beschriebenen vier Stationen umfassen, um bei jeder Hälfte der
vollständigen
Drehung des Revolverblocks 24 fertige Gegenstände herzustellen.
In beiden Fällen
kann die Anzahl durchführbarer
gleichzeitiger Maschinenzyklen nach Bedarf gewählt werden. Es versteht sich
ebenfalls, dass bei manchen Bedingungen eine zweite Nesterweiterung
gewünscht
wird, die aus einem zweiten Paar von Erweiterungselementen gebildet
wird, die dazu dienen können,
ein mehrteiliges Formnest mit einem dritten Formnest für einen dritten
Einspritzvorgang zu verwenden. In solch einem Fall kann das zweite
Paar von Erweiterungselementen zwischen deren geöffneter und geschlossener Position
in eine Richtung bewegt werden, die so senkrecht zu dem Paar von
Nesterweiterungselementen für
die erste Nesterweiterung steht, dass je nach Bedarf entweder beide
Gruppen gleichzeitig geöffnet
sein können
oder eine der beiden Gruppen geschlossen sein kann.
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Beim Spritzgießen von Gegenständen ist
ein größeres Problem
zu beachten, nämlich
dass das Material bzw. die Materialien, die eingespritzt werden,
beim Kühlen
durch einen langsamen Übergang vom
flüssigen
in den festen Zustand beschädigt
wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass
dieser Schaden, der normalerweise als Kristallinitätsproblem
bezeichnet wird, reduziert oder eliminiert werden kann, wenn adäquate Kühlung und kurze
Verweilzeiten im Formnest realisierbar sind. Es ist offensichtlich,
dass das Umspritzen das Kristallinitätsproblem in zwei Aspekten
verstärken
kann. Erstens wirkt die erste Schicht wie ein Isolator zwischen dem
Formkern und der zweiten Schicht und blockiert die Wärmeübertragung
von der zweiten Schicht zum Formkern, und zweitens wird die erste
Schicht durch das Einspritzen der zweiten Schicht in gewissem Maße erneut
erwärmt,
wodurch während
des zweiten Einspritzvorgangs kristalline Bereiche in der ersten Schicht
entstehen. Bei einem umspritzten Gegenstand kann dieses Kristallinitätsproblem
dazu führen, dass
ein Fehler an der inneren Schicht entsteht – so dass Lebensmittel beispielsweise
in Kontakt mit der zweiten Schicht aus recyceltem Material kommen können – oder der
Gegenstand sogar ein Totalausfall ist.
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Demgemäß wird nach dem Beschluss der Erfinder
der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, dass die Bereitstellung
der Kühlstation 52 in der
Ausführung
von 1, die eine innere
Kühlung des
Gegenstands vom Formkern aus und eine äußere Kühlung durch die Blasluft oder
durch eine andere Kühlflüssigkeit
bei der Station 52 ermöglicht,
wesentliche Vorteile bei der Reduzierung der Kristallinität in umspritzten
Gegenständen
bietet. Es versteht sich ferner, dass bei manchen Bedingungen eine
weitere Kühlstation
zwischen der Station 44 und der Station 48 vorgesehen
werden kann, um die erste Schicht zwischen den Einspritzvorgängen von
außen
zu kühlen.
Unter solchen Umständen
kann der Revolverblock 24 mehr als vier Seiten aufweisen
oder es können
eine oder mehrere Stationen – z.
B. die Stationen 40 und 52 – kombiniert werden.
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Soll ein um ein Einlegeteil gespritzter
Gegenstand hergestellt werden, versteht es sich, dass – wenn das
Einlegeteil vorher in einem separaten Prozess vorgeformt wurde – das Laden
des Einlegeteils mit dem Auswurfvorgang bei der Station 40 kombiniert
werden kann und das Einlegeteil nach dem Auswerfen eines fertigen
Gegenstands 100 auf dem Formkern 56a verbleibt
oder dass das Laden des Einlegeteils mit dem Betrieb der Maschine
an irgendeiner anderen geeigneten Station kombinierbar ist. Es ist
für einen
Fachmann offensichtlich, dass eine geeignete zusätzliche Station an passender Stelle
ergänzt
werden kann, wenn das Einlegeteil statt dessen vor Ort durch die
Maschine 20 geformt werden soll. Falls gewünscht wird,
zwischen zwei Einspritzvorgängen
ein Einlegeteil zu umspritzen, kann eine geeignete zusätzliche
Station zwischen den Einspritzstationen angeordnet werden, bei der das
Einlegeteil auf eine erste oder folgende Schicht des geformten Gegenstands
geladen wird.
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Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf die 2 und 2a bis 8 beschrieben, wobei eine weitere Spritzgießmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung allgemein bei 200 dargestellt ist; die Komponenten,
die denen der Ausführung
von 1 ähnlich sind,
werden dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, obwohl in
diesen Figuren die Buchstaben „a" und „b" angehängt sind,
um zwischen zwei Gruppen von Komponenten zu unterscheiden. Die Maschine 200 ist
eine Drehwerkzeugmaschine, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Die Maschine 200 umfasst
eine Kernplatte 204, die eine Reihe identischer Formkerneinheiten 36 mit
den Formkernen 56 einschließt, eine Abstreifplatte 60 und
eine Gruppe von Schiebern 68, von denen jeder eine oder
mehrere an ihm befestigte Nesterweiterungselemente 64 hat.
Die Maschine 200 schließt ein Paar von Schieberstelleinheiten 72 ein, die
an der Kernplatte 204 befestigt sind; die Nockenstößel 88 in
jeder Schieberstelleinheit 72 bewegen sich mit der Abstreifplatte 60,
wie oben bereits in Bezug auf die Maschine 20 beschrieben
wurde. Jeder Nockenstößel 88 ist über eine
Verbindungsstange 76 direkt mit den ihm nächsten Schiebermitteln 68 verbunden,
während
die übrigen
Schieber 68 über
zusätzliche
Verbindungsstangen 76 mit den abwechselnden anderen Schiebern
verbunden sind; die Verbindungsstangen verlaufen dabei so zwischen
den Schiebern 68, dass jedes zweite Schiebermittel 68 mit
einer Schieberstelleinheit 72 und die übrigen Schieber 68 mit
der anderen Schieberstelleinheit 72 betätigt werden. Beispielsweise
werden die Schieber 68b und 68a in 2 mit der Schieberstelleinheit 72b betätigt, das
Schiebermittel 68c dagegen mit der Schieberstelleinheit 72a.
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In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird die Kühlflüssigkeit über die
Verbindungsstangen 76 zu den Schiebern 68 und
folglich zu den Nesterweiterungselementen 64 zirkuliert, wobei
die Verbindungsstangen hohl sind und zwischen den Schiebern 68 geschlossene
Leitungen bereitstellen, durch die die Kühlflüssigkeit zirkuliert wird. Diese
Verwendung der Verbindungsstangen 76, bei der sie zur Zirkulierung
der Kühlflüssigkeit
zu den Schiebern 68 dienen, wird als besonders vorteilhaft angesehen
und macht Kühlflüssigkeitsschläuche überflüssig, die
sonst für
jeden Schieber 68 vorgesehen werden müssten.
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Die Maschine 200 schließt auch
eine Verteilerplatte 208 und eine Nestplatte 212 ein,
an der mehrere Paare von Formnestern 216 und 220 befestigt
sind. Es ist ersichtlich, dass das Formnest 216 einen kleineren
Durchmesser und eine größere Tiefe als
das Formnest 220 aufweist. In 2a ist der Klarheit halber nur ein Teil
der Kernplatte 204, Abstreifplatte 60 und Nestplatte 208 dargestellt;
in der Praxis kann die Maschine 200 jedoch achtundvierzig
oder mehr Formkerneinheiten 36 an der Kernplatte 204 sowie
eine entsprechende Anzahl von Formnestern aufweisen, die als benachbarte
Paare der Formnester 216 und 212 an der Nestplatte 208 angeordnet sind.
Demzufolge haben die Kernplatte 204 und die Nestplatte 212 jeweils
eine gleiche Anzahl an Formkernen und Formnestern, die je nach Bedarf
in einer quadratischen, rechteckigen oder anders geformten Gruppierung
angeordnet sein können.
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Die Kernplatte 204 ist um
die Mittelachse 224 drehbar, und die Formnester 216 und 220 sind
so an der Nestplatte 208 gruppiert angeordnet, dass eine Drehung
der Kernplatte 204 um 180° dazu führt, dass jeder Formkern 56,
der vor der Drehung axial auf eines der Formnester 216 und 220 ausgerichtet
war, nach der Drehung axial auf das andere der Formnester 216 und 220 ausgerichtet
ist. In einer derzeit bevorzugten Ausführung ist die Drehung der Kernplatte 204 hin-
und hergehend, d. h.: sie dreht sich um 180° in eine erste Richtung und
anschließend
um 180° in die
entgegengesetzte Richtung. Die hin- und hergehende Drehung vereinfacht
zwar die verschiedenen Verbindungen, die an der Kernplatte 204 und
den daran befestigten Komponenten anzubringen sind, ist jedoch nicht
erforderlich; es ist auch eine kontinuierliche Drehung in einer
einzigen Richtung möglich.
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Der Betrieb der Maschine 200 wird
nun beschrieben. Der Klarheit halber wird das Spritzgießen eines
einzelnen Gegenstands an einem einzigen Formkern
56a beschrieben,
obwohl für
einen Fachmann offensichtlich ist, dass jeder Formkern 56 mit jedem
anderen Formkern 56 identisch ist und dass ein Gegenstand
außer
beim Ein- oder Ausschalten der Maschine 200 normalerweise
immer an jedem Formkern 56 geformt wird – wenn auch
bei einem von zwei verschiedenen Schritten.
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In 2a beginnt
der Formungszyklus damit, dass der Formkern 56a in das
Formnest 216 eingeführt
wird. Die Nockenstößel 88a und 88b sind
in der Abbildung an den geraden Teilen der Führungen 86 der Nockenbahnen 84 angeordnet,
und die Schieber 68a und 68c werden folglich voneinander
fortbewegt, wodurch das Formnest 216 dazwischen eingeführt werden
kann, um in die Basis des Formkerns 56a einzugreifen. Die
Basis des Formkerns 56a schließt wie dargestellt eine schräge Oberfläche 108a ein,
die in eine darauf abgestimmte schräge Oberfläche 112a am Formnest 216 eingreift,
um das Abdichten des Formnests 216 zu unterstützen. Anschließend wird
ein erster Vorgang des Einspritzens in das Formnest 216 durchgeführt, um
eine erste Schicht eines Formteils zu formen.
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Dann wird die Kernplatte 204 von
der Nestplatte 208 fortbewegt (dargestellt in 3), und die erste am Formkern 56a im
Formnest 216 geformte Schicht verbleibt am Formkern 56a.
Anschließend wird
die Abstreifplatte 60 von der Kernplatte 204 fortbewegt
(dargestellt in 4);
die Nockenstößel 88a und 88b bewegen
sich mit der Abstreifplatte 60 und fahren in die jeweiligen
Leitöffnungen 96a und 96b ein,
wobei die Schieber 68 in Bezug zueinander zu den Mittelpunkten
ihres Bewegungsbereichs bewegt werden.
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Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass
die Bewegung der Abstreifplatte 60 den (falls vorhandenen)
fertigen Gegenstand vom Formkern 56b entfernt, bis die
Nockenstößel 88a und 88b in
die schrägen
Teile der Führung 86 einfahren,
wobei das Paar von Nesterweiterungselementen 64b voneinander
fortbewegt wird, so dass der fertige Gegenstand aus der Maschine 200 fallen
oder anderweitig entfernt werden kann.
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Dann werden die Nockenstelleinheiten 92a und 92b gedreht
(dargestellt in 5),
um die Leitöffnungen 96a und 96b auf
die Führungen 86' auszurichten,
und die Abstreifplatte 60 wird zum Formkern 204 hinbewegt.
Während
die No ckenstößel 88a und 88b auf
dem schrägen
Teil der Führungen 86' gleiten, bewegen
die Verbindungsstangen 76a und 76b die Schieber 68b und 68c voneinander
fort und die Schieber 68c und 68a aufeinander
zu; dadurch wird das Paar von Nesterweiterungselementen 64a um den
beim ersten Einspritzvorgang am Formkern 56a erzeugt Gegenstand
herum geschlossen und das den Formkern 56b umgebende Paar
von Nesterweiterungselementen 64b geöffnet (wie abgebildet). Die geschlossenen
Nesterweiterungselemente 64a definieren eine schräge Oberfläche 116a,
die auf die schräge
Oberfläche 108a abgestimmt
ist und in diese eingreift.
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Danach wird die Kernplatte 204 um
die Mittelachse 224 gedreht (in 6 dargestellt), um den Formkern 56a auf
das Formnest 220 und den Formkern 56b auf das
Formnest 216 auszurichten. Es ist für einen Fachmann offensichtlich,
dass die Formnester 216 und 220 auf verschiedene
Art an der Nestplatte 212 angeordnet sein können. Beispielsweise können sich
alle Formnester 220 an einer Seite der Mittelachse 224 und
alle Formnester 216 an der anderen Seite befinden. Alternativ
können
die Formnester 216 und 220 in sich wiederholenden
Gruppen von Paaren an beiden Seiten der Mittelachse 224 angeordnet
sein, wobei die Reihenfolge der Paare an beiden Seiten der Mittelachse 224 umgekehrt
ist. Für einen
Fachmann ist auch offensichtlich, dass andere Anordnungen der Formnester 216 und 220 – einschließlich Mischungen
und Kombinationen der oben beschriebenen – möglich sind.
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Anschließend wird die Kernplatte 204 zur Nestplatte 208 bewegt,
um das Formwerkzeug zu schließen
(in 7 dargestellt),
worauf ein zweiter Vorgang des Einspritzens in das Formnest 220 durchgeführt wird,
bei dem die vorher am Formkern 56a geformte erste Schicht
mit einer zweiten Schicht umspritzt wird. 7 zeigt, dass die geschlossenen Nestenrveiterungselemente 64a eine
zweite schräge Oberfläche 128a definieren,
die auf die schräge Oberfläche 124 des
Formnests 220 abgestimmt ist und in diese eingreift.
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Nach Abschluss des zweiten Einspritzvorgangs
von 7 ist die Maschine 200 wieder
in dem Zustand, der in 2a dargestellt
ist, allerdings mit den zwei Formkernen in umgekehrter Konfiguration; ein
weiterer Formungszyklus beginnt damit, dass die Maschine die oben
unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 beschriebenen Schritte
wiederholt.
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Einer oder beide der Einspritzvorgänge der Maschine 200 können wie
auch bei der Maschine 20 aus Injektionen einzelner Materialien
oder Koinjektionen bestehen – nach
Bedarf entweder gleichzeitig oder sequentiell.
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Obwohl beide Maschinen 20 und 200 in
der Beschreibung Nesterweiterungselemente 64 an dem Formnest
aufweisen, das für
den zweiten Einspritzvorgang verwendet wird, ist für einen
Fachmann offensichtlich, dass je nach Bedarf Eigenschaften verschiedener
Geometrien an der ersten Schicht gebildet werden können, die
dann von der zweiten Schicht bedeckt werden. Beispielsweise können die
facettierten Lichtbeugungsflächen
der Streuscheiben von Fahrzeug-Anzeigeleuchten in einem ersten Formnest
geformt werden, dessen Nesterweiterungselemente die facettierte
Fläche
definieren, und danach in ein größeres, zweites
Formnest eingeführt
werden, bei dem die Streuscheibe mit einer zweiten Materialschicht
umspritzt wird, um eine glatte Außenschicht zu formen. Die erste
Schicht kann beispielsweise aus rotem durchscheinenden Material
und die zweite Schicht aus klarem transparenten Material geformt werden.
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Es versteht sich ferner, dass die
vorliegende Erfindung unter Bedingungen eingesetzt werden kann,
bei denen ein einziges, gemeinsames Formnest mit verschiedenen Formkernen
verwendet wird. In solch einer Ausführung wird das Formteil durch
einen ersten Vorgang des Einspritzens in das Formnest geformt, wobei
ein großer
Formkern bereits positioniert ist. Der große Formkern wird dann entfernt und
durch einen kleineren Formkern ersetzt, während der Gegenstand im Formnest
bleibt, wonach der zweite Einspritzvorgang durchgeführt wird,
um den Gegenstand fertig zu stellen. Der Gegenstand wird aus dem
Formnest ausgeworfen und der Zyklus wiederholt. In Umspritzprozessen,
bei denen der Gegenstand bei jedem Einspritzvorgang am Formkern
verbleibt, kann die adäquate
Kühlung
durch den Formkern nach dem Einspritzvorgang Schwierigkeiten bereiten.
Das liegt daran, dass die an dem Formkern gebildete erste Schicht
in gewissem Maße
wie ein Isolator wirkt, der die Wärmeübertragung zwischen den nachfolgenden
Schichten und dem Formkern blockiert. Bei der Ausführung der
vorliegenden Erfindung mit gemeinsamem Formnest und mehreren Formkernen
kann dieses Problem durch einen Wechsel des Formkerns zwischen den
Einspritzvorgängen vermieden
werden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung, die einen Formkern 300, ein erstes
Formnest 304 und eine Nesterweiterung 308 umfasst.
Der Formkern 300 und das erste Formnest 304 bilden
in 8 ein Formnest 312,
während
die Nesterweiterung 308 in der ausgerückten Position ist. Wenn durch
den Einlass 316 eingespritzt wird, entsteht eine erste
Schicht eines Gegenstands im Formnest 312. Der Formkern 300 wird
anschließend mit
der an ihm verbleibenden ersten Schicht des Gegenstands aus dem
Formnest 304 entfernt.
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Der Formkern 300 wird dann
mit der an ihm befindlichen ersten Schicht des Gegenstands 324 in ein
zweites Formnest 320 eingeführt (in 9 dargestellt), wobei durch Bewegen der
Nesterweiterung 308 in eine Eingriffposition mit dem Formnest 320 ein mehrteiliges
Formnest 328 entsteht. In diesem Beispiel überlappt
das mehrteilige Formnest 328 nur einen Teil des Gegenstands 324,
so dass für
einen Fachmann offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung
nicht nur auf das vollständige
Umspritzen einer ersten Schicht eines Gegenstands beschränkt ist,
sondern statt dessen auch dafür
verwendet werden kann, nur Teile einer ersten Schicht zu umspritzen.
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Das Einspritzen erfolgt durch den
Einlass 332, wobei das Formnest 328 gefüllt wird;
der Formkern 300 mit dem umspritzten Gegenstand daran und die
Nesterweiterung 308 werden vom Formnest 320 getrennt.
Die Nesterweiterung 308 kann dann entlang dem Formkern 300 zum
umspritzten Gegenstand 324 bewegt werden, um diesen vom
Formkern 300 zu trennen. Es ist für einen Fachmann offensichtlich,
dass die Nesterweiterung 308, die hier aus einem Teil besteht,
in dieser Ausführung
nur in einen Teil des Formnests 320 eingreift, um das mehrteilige Formnest 328 zu
bilden.
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Die 10 und 11 zeigen ein Beispiel für die unregelmäßige Geometrie
des Gegenstands 324, die mit der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden kann. Obwohl in diesem Beispiel der erste und
der zweite Einspritzvorgang mit demselben Material durchgeführt werden
und der daraus resultierende Ge genstand eine homogene Struktur aufweist,
ist für einen
Fachmann außerdem
offensichtlich, dass bei den ersten und zweiten Einspritzvorgängen verschiedene
Materialien verwendet werden können
und dass die Einspritzvorgänge
je nach Bedarf Koinjektionen sein können.
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Die obige Beschreibung bezieht sich
zwar nur speziell auf Maschinen mit Revolverblock und Drehwerkzeug,
doch für
einen Fachmann ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt
ist und bei Maschinen mit Schiebetechnik oder anderen Maschinentypen
verwendet werden kann.