DE3521469C2 - Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, insbesondere Motorradfahrer-Helmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunst­ stoff-Formteilen, insbesondere von Motorradfahrer-Helmen u. dgl.

Bekanntlich stehen beim Spritzgießen von Kunststoff-Form­ teilen dem Abstimmen des Verfahrens und der durch den herzu­ stellenden Formteil gestellten Forderungen Schwierigkeiten entgegen. In der Regel wird der Formteil zweckmäßig abgeän­ dert, um mit bestimmten, bekannten Spritzgießverfahren her­ gestellt werden zu können.

Es kann daher vorkommen, daß das Fertigerzeugnis gewisse Merkmale verliert bzw. gewisse Eigenschaften nur in herab­ gesetztem Maß aufweist, da es durch Spritzgießen nicht an­ ders hergestellt werden kann.

So lassen sich z. B. beim Herstellen von Motorradfahrer-Hel­ men u. dgl. die durch den Aufbau des Helms gestellten Forde­ rungen mit den technischen Möglichkeiten des Spritzgieß­ verfahrens schwer vereinbaren. Der Helm soll nämlich erheb­ liche Stoßschluckfähigkeit, ausgezeichnete Festigkeit gegen das Eindringen von stumpfen Gegenständen sowie eine gewisse Leichtigkeit aufweisen, um dem Benutzer nicht lästig zu fal­ len. Diese für einzelne Kunststoffe charakteristische Eigen­ schaften lassen sich bei den bekannten Helmen nicht voll er­ zielen, da es allgemein nicht möglich ist, aus mehreren Kunststoffen bestehende Helme in der richtigen, sämtlichen oben angegebenen Anforderungen entsprechenden Kombination und Anordnung durch Spritzgießen herzustellen.

Anderseits verlangt jedenfalls die Anwendung von verschiede­ nen Kunststoffen mit unterschiedlichen mechanischen oder physikalischen Eigenschaften oder auch mit unterschiedlichen Farben - selbst wenn es in gewissen, besonderen Fällen mög­ lich sein sollte - einen beträchtlichen technischen und wirtschaftlichen Aufwand, wodurch das Fertigerzeugnis nicht mehr konkurrenzfähig wird.

Aus dem Prospekt der Firma ARBURG, Zweifarben-Spritzgießen (1979), ist eine Maschine zum Herstellen von Kunststoff- Formteilen bekannt. Dabei werden Kunststoffmaterialien un­ terschiedlicher Dichte durch zwei verschiedene Kanäle in die Maschine eingespritzt. Nach dem Formen wird ein beweglicher Teil des Werkzeugs gedreht und das geformte Teil mit zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien wird ausgeworfen.

Aus der US 2 908 943 ist ein Verfahren zu Herstellung mehr­ schichtiger Kunststoffteile bekannt. Dabei wird ein Werkzeug und ein Gegenwerkzeug verwendet.

Aus FR 1 333 642 ist eine Vorrichtung zur Herstellung mehr­ schichtiger Kunststoffteile bekannt. Diese Vorrichtung weist ein Werkzeug mit zwei Ausbuchtungen und ein Werkzeug mit zwei Gegenwerkzeugen auf, die sich gegenüberliegend und bei der Herstellung des Kunststoffteils gegeneinander seitlich versetzt werden.

Aus DE-AS 12 34 978 ist bekannt, mittels verschieden großer Formhöhlungen in der oberen Werkzeughälfte Formkörper durch Spritzgießen herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen bereitzu­ stellen, die bzw. das einen besonders effektiven Herstel­ lungsprozeß ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungs­ formen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Vorteilhaft wird weiter eine Maschine zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen, insbesondere von Mo­ torradfahrer-Helmen u. dgl., bereitgestellt, die wenigstens zwei Werk­ zeuge und wenigstens ein Gegenwerkzeug aufweist, das in Ver­ bindung mit den Werkzeugen zum Herstellen dieser Formteile dient, wobei die Werkzeuge und das wenigstens eine Gegen­ werkzeug unterschiedliche formgebende Höhlungen bilden, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Werkzeuge und die Ge­ genwerkzeuge - mit Ausnahme des ersten - je mit einem Aus­ geber von unterschiedlichen Formmassen aus Kunststoff ver­ bunden sind und sich mit dem wenigstens einen Gegenwerkzeug zum Spritzgießen von entsprechenden, teilweise überlappten Teilen aus unterschiedlichen Schaumstoffen durch Sintern ausrichten, wobei das eine Werkzeug in einem Ausstoßbereich des Formteils positioniert ist, während sich wenigstens ein anderes Werkzeug in der Lage zum Spritzgießen und Sintern des entsprechenden Kunststoffes befindet.

Vorteilhaft können sich die Werkzeuge Seite an Seite waage­ recht und senkrecht zu dem wenigstens einen Gegenwerkzeug bewegen, so daß der Formteil aus dem äußeren Werkzeug he­ rausfallen kann, während wenigstens ein anderes Werkzeug ei­ ne entsprechende Kunststoffschicht spritzgießt.

Die neuerungsgemäße Maschine ermöglicht die Herstellung von mehrschichtigen Formteilen, wobei jede Schicht aus dem hinsichtlich der Dichte, der Leichtigkeit usw. bestgeeigne­ ten Stoff besteht, und zwar mit beschränktem technischen Aufwand und hoher Fertigungsgeschwindigkeit, da mehrere Schichten auch gleichzeitig geformt werden können, während das Fertigerzeugnis aus dem letzten Werkzeug ausgestoßen wird. Z.B. lassen sich mit zwei Werkzeugen und einem Gegen­ werkzeug ein Helm aus zwei Schichten aus unterschiedlichen Kunststoffen bzw. mit zwei Werkzeugen und zwei Gegenwerkzeu­ gen - wie nachstehend näher erläutert - ein Helm aus drei Schichten herstellen. Die Maschine kann vorteilhaft zum Spritzgießen von einer Schicht z. B. aus Polystyrolschaum hoher Dichte und von einer weiteren Schicht z. B. aus Poly­ styrol niedriger Dichte ausgerüstet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Neuerung werden nach­ stehend an Hand der beiliegenden, eine neuerungsgemäße Ma­ schine darstellenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer neuerungsge­ mäßen Maschine zum Herstellen eines zweischichtigen Formteils,

Fig. 2 einen Querschnitt der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt einer Maschine zum Herstellen eines dreischichtigen Formteils,

Fig. 4a bis 4g schematische Darstellungen der aufeinander­ folgenden Arbeitsstufen der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 5a bis 5l schematische Darstellungen der aufeinander­ folgenden Arbeitsstufen der Maschine nach Fig. 3,

Fig. 6 einen Längsschnitt eines mit der Maschine nach Fig. 3 hergestellten Motorradfahrer-Helms, und

Fig. 7 einen Querschnitt des Helms nach Fig. 6.

In den Fig. 1 und 2 besteht die neuerungsgemäße Maschi­ ne zum Herstellen von Formteilen aus Schaumkunststoff, insbe­ sonderen von Motorradfahrer-Helmen, aus einem Untergestell 1, das mittels zwei Säulen 2 ein senkrecht bewegliches Gegenwerkzeug 3 und ein sich in Längsrichtung erstreckendes Gehäuse 4 trägt. Im Inneren des Gehäuses 4 befinden sich waagerechte Längsführungsbalken 5, die zwei Seite an Seite angeordnete Werkzeuge 6 und 7 tragen. Dadurch sind diese beiden Werkzeuge waagerecht und jeweils zum Gegenwerkzeug 3 senkrecht ausgerichtet verschiebbar.

Oberhalb des Gehäuses 4 ist ein Doppelaufgeber 8 mit zwei benachbarten Fächern 9 und 10 angeordnet, die je mit einer unterschiedlichen Formmasse, z. B. mit unterschiedlicher Dich­ te, Zusammensetzung, Struktur, Korngröße oder Farbe, gefüllt sind. Die Fächer 9 und 10 sind je mit einem entsprechenden Werkzeug 6, 7 über Zufuhrleitungen 11, 12 verbunden, die je in eine Spritzdüse 13, 14 münden. Mit 15 und 16 sind die Druckluftleitungen bezeichnet, die je in eine Spritzdüse 13, 14 münden.

Im Gehäuse 4 sind mehrere Leitungen 17, 18 und 19 eingeführt, die je zur Zufuhr von Druckluft, Wasser und Dampf zu den Werkzeugen und zum Gegenwerkzeug dienen. Mit 20 ist eine mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle verbundene Leitung bezeichnet, um während des Spritzgießverfahrens nach einer an sich bekannten Technik einen Unterdruck zu erzeugen. Die Anschlüsse der verschiedenen Leitungen innerhalb des Gehäuses 4 sind nicht im einzelnen dargestellt, da sie an sich bekannt sind.

Das Gegenwerkzeug 3 ist mittels eines am Untergestell 1 be­ festigten Hydraulikzylinder 21 senkrecht verschiebbar. Mit 22, 23 und 24 sind je eine an sich bekannte Kühlwasserzufuhr-, eine Auslaß- und eine Dampfzufuhrleitung schematisch be­ zeichnet. Die Werkzeuge 6, 7 und das Gegenwerkzeug 3 bil­ den unterschiedliche formgebende Höhlungen. Insbesondere sind im dargestellten Beispiel das Gegenwerkzeug 3 ein Werk­ zeugunterteil und die Werkzeuge 6, 7 Werkzeugoberteile und bilden in Arbeitsstellung formgebende halbschalenförmige Höhlungen mit im wesentlichen unterschiedlichem Radius, um wie nachstehend geschildert einen Helm mit zwei Schich­ ten aus unterschiedlichen Kunststoffen herzustellen.

An der Seite des Werkzeugunterteils 3 ist ein Auffangbehäl­ ter 25 für das Fertigerzeugnis vorgesehen.

Zum Herstellen eines zweischichtigen Formteils sind die Werkzeugunterteile 6, 7 je zum Werkzeugunterteil 3 senk­ recht ausgerichtet in Stellung zur Formgebung der entspre­ chend überlappten Schichten nach dem Funktionsplan der Fig. 4a bis 4g angeordnet.

In einer ersten Stufe wird der Werkzeugoberteil 6 oberhalb des Werkzeugunterteils 3 positioniert (Fig. 4a) und anschließend wird der Werkzeugunterteil 3 in Spritzgießstellung zur Form­ gebung einer ersten Schicht angehoben (Fig. 4b). Die Formge­ bung erfolgt durch Sintern. Z.B. kann die Schicht aus ur­ sprünglich schrotförmigem Polystyrolschaum niedriger Dichte hergestellt werden, der auf bekannte Weise mit Hilfe von Dampf gesintert wird. Dann wird der Werkzeugunterteil 3 samt der geformten Schicht zurückgezogen (Fig. 4c) und das Werkzeugpaar wird waagerecht so verschoben, daß sich der Werkzeugoberteil 7 oberhalb des Werkzeugunterteils 3 befindet (Fig. 4d). Dann werden der Werkzeugunterteil 3 an­ gehoben und die zweite Schicht durch Sintern von z. B. Poly­ styrolschaum hoher Dichte hergestellt (Fig. 4e). Nun wird der Werkzeugunterteil 3 zurückgezogen, aber der Formteil bleibt am Werkzeugoberteil 7 haften, z. B. wegen Saugwirkung oder weil er durch den sich zurückziehenden Werkzeugunter­ teil 3 gegen den Werkzeugoberteil 7 gedrückt wird (Fig. 4f).

Das Werkzeugpaar 6, 7 wird in die Anfangsstellung zurückge­ führt und während der Werkzeugunterteil 3 zur Formgebung der ersten Schicht eines neuen Formteils in Arbeitsstellung zurückkehrt, wird der erste Formteil aus dem Werkzeugober­ teil 7 in den Behälter 25 ausgestoßen (Fig. 4g).

Es geht also hervor, daß die Maschine das rasche Herstellen von zweischichtigen Formteilen aus jedem Kunststoff ermög­ licht, wobei die Anordnung der Schichten und die Dicke sowie die Kombination der Werkstoffe weitgehend veränderlich sind, um dem Formteil die gewünschten Eigenschaften ohne Schwierig­ keiten zu verleihen.

Zum Herstellen eines dreischichtigen Formteils ist die Ma­ schine wie in Fig. 3 dargestellt ausgerüstet. Außer den beiden Werkzeugen 6, 7 und dem Gegenwerkzeug 3 weist die Ma­ schine ein weiteres Gegenwerkzeug 27 auf, das an der Seite des Gegenwerkzeuges 3 befestigt ist. In das Gegenwerkzeug 27 münden eine Druckluftleitung 28 und eine Leitung 29 zur Zufuhr von weiterer Formmasse aus dem Aufgeber 30 zur Spritz­ düse 31.

Das Gegenwerkzeug 27 ist ein Werkzeugunterteil mit kleineren Abmessungen als diejenigen des Werkzeugunterteils 3. In Ar­ beitsstellung bilden daher die Werkzeugoberteile 6, 7 und die Werkzeugunterteile 3, 27 zusammen formgebende Höhlungen mit unterschiedlichen räumlichen Abmessungen. Die beiden Werkzeug­ unterteile 3 und 27 sind auf Längsträgern 32 angeordnet und mittels zwei im Bereich der Enden der Werkzeugunterteile 3 und 27 angeordneter Hydraulikzylinder 33 zusammen und senk­ recht verschiebbar. Ansonsten ist die Maschine im wesentli­ chen mit der Maschine der Fig. 1 und 2 identisch, so daß für gleiche oder gleichwertige Teile die gleichen Be­ zugsnummern benutzt werden.

Zum Herstellen von einem dreischichtigen Formteil, z. B. eines in den Fig. 6 und 7 dargestellten Helms 34, ver­ fährt man folgendermaßen:
Zunächst werden die Werkzeugoberteile 6 und 7 senkrecht oberhalb der Werkzeugunterteile 3 und 27 ausgerichtet (Fig. 5a), die dann gegen die Werkzeugoberteile 6, 7 in Arbeits­ stellung angehoben werden (Fig. 5b). Nun wird die erste Schicht zwischen den Werkzeugteilen 6 und 3, z. B. aus Poly­ styrolschaum niedriger Dichte, geformt. Das Spritzgießver­ fahren kann auf an sich bekannte Weise, z. B. durch Sintern von Polystyrolschaumschrot mit Dampf, erfolgen.

Anschließend werden die Werkzeugunterteile 3 und 27 zurück­ gezogen (Fig. 5c), während die erste Formschicht am Werk­ zeugoberteil 6 haften bleibt. Die Werkzeugoberteile 6 und 7 werden waagerecht verschoben, um das Werkzeugteil 6 ober­ halb des Werkzeugunterteils 27 zu führen (Fig. 5d). Dann wird das Paar Werkzeugunterteile 3 und 27 angehoben und ei­ ne zweite Schicht, z. B. aus Polystyrolschaum hoher Dichte, mit dem Werkzeugunterteil 27 geformt (Fig. 5e).

Die Werkzeugunterteile 3 und 27 werden dann zusammen mit dem so hergestellten zweischichtigen Formteil zurückgezogen (Fig. 5f). Jetzt werden die beiden Werkzeugoberteile 6 und 7 waagerecht verschoben und senkrecht oberhalb der Werkzeug­ unterteile 3 und 27 ausgerichtet (Fig. 5g), die Werkzeugun­ terteile 3 und 27 werden wieder angehoben und es wird eine dritte Schicht dieses Mal mit dem Werkzeugoberteil 7 geformt (Fig. 5h). Diese letzte Schicht kann z. B. aus Polystyrol niedriger Dichte sein.

Anschließend wird der Formteil im Werkzeugoberteil 7 gehal­ ten und die Werkzeugunterteile 3 und 27 kehren in die Aus­ gangsstellung zurück (Fig. 5i). Dann werden die Werkzeugober­ teile 6 und 7 waagerecht verschoben und der fertige, drei­ schichtige Formteil 34 wird ausgestoßen (Fig. 5l).

Zu diesem Zeitpunkt findet bereits die Formgebung eines zweiten Formteils statt, dessen erste Schicht während der Stufe 5h geformt worden ist und dessen zweite Schicht während des Ausstoßes des ersten, fertigen Formteils geformt wird. Mit anderen Worten: die Stellung von Fig. 5l entspricht der Stellung von Fig. 5d. Die Formteile werden also äußerst rasch hergestellt, und zwar so, daß bei jeder Arbeitsstufe, bei der der Werkzeugoberteil 6 und der Werkzeugunterteil 27 einander gegenüberstehen, ein fertiger Formteil ausgestoßen wird.

Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß beim Herstellen ei­ nes dreischichtigen Formteils zunächst die innere Schicht und dann die beiden äußeren Schichten geformt werden.

Aus der obigen Beschreibung geht es klar hervor, daß sich mit einer relativ wenig aufwendigen Ausrüstung mehrschichti­ ge Formteile, z. B. mit drei, aber auch mit mehr Schichten, herstellen lassen, wovon jede Schicht aus dem Kunststoff be­ steht, der zum Herstellen eines Fertigerzeugnisses mit den gewünschten Eigenschaften am besten geeignet ist.

Selbstverständlich ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Schichten den ganzen vorher geformten Teil vollständig decken, und zwar könnte man drei oder mehr Kunststoffe nur in gewissen Bereichen des Erzeugnisses, nur einen Kunststoff in anderen Bereichen usw. vorsehen.

So könnten z. B. eine Schicht bzw. bestimmte Teile davon aus stoßschluckendem Kunststoff, eine andere Schicht bzw. be­ stimmte Teile davon aus gegen das Eindringen von stumpfen Ge­ genständen festem Kunststoff und eine dritte Schicht bzw. be­ stimmte Teile davon aus nachgiebigerem Kunststoff hergestellt werden.

Außer den oben erwähnten Kunststoffen kommen auch zahlreiche weitere Kunststoffe in Frage, und zwar Polyethylen und die Copolymere Styrol-Acrylnitril, Styrol-Maleinsäureanhydrid, Styrol-Äthylen-Vinylazetat, Polypropylen und/oder seine Co­ polimere oder Polystyrol-Copolymere.

Durch Anwendung der bestgeeigneten Kunststoffe läßt sich im Fall von Helmen hinsichtlich sowohl der Tragbarkeit als auch des inneren Dröhnens mehr Komfort für den Benutzer erzielen. Die einfache Anwendung von zwei oder mehr Schichten gestat­ tet auch die Herstellung z. B. von zweischichtigen Helmen für größere Kopfgrößen und von dreischichtigen Helmen für kleinere Kopfgrößen.

Zwischen den Schichten läßt sich verschiedenartiges Mate­ rial einsetzen, z. B. Metall- oder Kunststoffolien, Netze aus Kunst-, Natur- oder Metallstoff, Zwischenstücke, Masken u. dgl. Die Folien können vorgeformt sein oder während der Formgebung des Helms geformt und eingesetzt werden.

Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß bei jeder überlapp­ ten Formgebung eines Teils bzw. einer Schicht der bzw. die bereits geformte Teil bzw. Schicht ein Hindernis für den zwischen Werkzeugober- und -unterteil zu führenden Dampf darstellt. Um dieses Problem zu lösen, wird ein verbesser­ tes Spritzgießverfahren empfohlen, bei dem bei der Formge­ bung der bzw. des zweiten oder dritten Schicht bzw. Teils Dampfimpulse erzeugt werden, die das Sintern des Kunststof­ fes der bzw. des zweiten oder dritten Schicht bzw. Teils auch in den Bereichen gewährleisten, wo sich die Schichten oder Teile berühren.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, insbesondere Motorradfahrer-Helmen, die aus wenigstens zwei oberen Werkzeughälften und mindestens einer unteren Gegenwerkzeughälfte besteht, wobei

• a) die oberen Werkzeughälften und die Gegenwerkzeughälfte unterschiedlich formgebende Höhlungen bzw. Ausbuchtungen bilden, die in einer durch die Werkzeughälftenreihe vorgegebenen Richtung kleiner bzw. größer werden,
• b) die oberen Werkzeughälften in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind,
• c) die Werkzeughälften zueinander in quer verlaufenden Richtungen verfahr­ bar sind,
• d) jede obere Werkzeughälfte mit einer Formmassezuführung versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) die Höhlungen bzw. Ausbuchtungen bei mehr als einer Gegenwerkzeug­ hälfte in derselben Richtung größer bzw. kleiner werden, in der die korre­ spondierenden Ausbuchtungen bzw. Höhlungen der oberen Werkzeug­ hälften kleiner bzw. größer werden,
• f) bei einem seitlichen Versatz der oberen Werkzeughälften, so daß die obere Werkzeughälfte mit der größten Höhlung bzw. kleinsten Ausbuchtung für den Fall von mehr als einer Gegenwerkzeughälfte keine gegenüberliegende Gegenwerkzeughälfte hat und somit im Ausstoßbereich des Formteils positioniert ist, sich mindestens eine Gegenwerkzeughälfte in der Lage zum Sintern des spritzgegossenen Kunststoffes befindet,
• g) bei mehr als einer Gegenwerkzeughälfte die Gegenwerkzeughälften mit Formmassezuführungen verbunden werden können, wobei im Falle von mehreren Gegenwerkzeughälften, die Gegenwerkzeughälfte, die die größte Ausbuchtung bzw. die kleinste Höhlung aufweist, keine Formmassezufüh­ rung aufweist.

2. Vorrichtung zum Spritzgießen gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Werkzeughälften mit Zuführelementen für Formmasse, Dampf, Wasser oder Druckluft versehen sind.

3. Vorrichtung zum Spritzgießen gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführung des Dampfes impulsartig steuerbar ist.

4. Vorrichtung zum Spritzgießen gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß Werkzeughälften zum Spritzgießen von Polystyrol und zum Sintern von Polystyrol mit Dampf geeignet sind.

5. Vorrichtung zum Spritzgießen gemäß den Patentansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkzeughälften halbschalenförmige formgebende Höhlungen bilden.

6. Vorrichtung zum Spritzgießen gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung von zwei oberen Werkzeughälften und zwei Gegenwerkzeughälften eine Gegenwerkzeughälfte mit einer Formmassezuführung versehen ist.

7. Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen, insbesondere Motor­ radfahrer-Helmen, mittels der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, bei dem entweder

• - die obere Werkzeughälfte mit der kleinsten Höhlung bzw. Ausbuchtung zunächst mit der Gegenwerkzeughälfte mit der größten und dann mit der kleinsten Ausbuchtung bzw. Höhlung gekuppelt wird, oder
• - die obere Werkzeughälfte mit der größten Höhlung bzw. Ausbuchtung zunächst mit der Gegenwerkzeughälfte mit der kleinsten und dann mit jener mit der größten Höhlung bzw. Ausbuchtung gekuppelt wird,
• - wobei jeweils Kunststoff eingespritzt wird und das fertige Formteil immer aus der Werkzeughälfte mit der größten Höhlung oder der kleinsten Aus­ buchtung entformt wird.