TOOL FOR INJECTION MOULDING OBJECTS OF PLASTIC MATERIAL

Abstract: 1. A tool for injection moulding objects made of at least two independent, rigidly but movably connected parts from optionally different kinds of plastics materials, the previously manufactured part forming a component of the tool for the part to be manufactured next, the object being transported in step from one mould nest to the next, characterised in that the previously manufactured part has an undercut recess for injecting material for the part to be manufactured next, in that the tool (1) has a number of mould nests (3, 4, 5, 6) corresponding to the number of parts, pairs or groups of parts which are to be manufactured and which are movable with respect to one another, and in that a number - corresponding to the number of mould nests (3, 4, 5, 6) - of independent supports (7) for the injection-moulded parts (9) are arranged around the tool, may be lifted out of the mould nests (3, 4, 5, 6), and are movable from one mould nest to the next around the tool (1).

Description: Verfahren und Werkzeug zum Spritzgiessen von Gegenständen aus Kunststoff Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren z-um Spritzgiessen von Gegenständen aus wenigstens zwei selbständigen, fest, aber gegeneinander beweglich verbundenen Teilen aus ggf. verschiedenartigen Kunststoffen, wobei das jeweils folgende Teil zumindest teilweise in eine Formausnehmung des zuvor gefertigten Teils eingespritzt oder zumindest teilweise um das zuvor gefertigte Teil gespritzt wird. Es gibt eine Vielzahl von Gebrauchsgegenständen, die im Wege des Spritzgiessens aus den unterschiedlichsten Kunststoffen gefertigt werden, darunter auch solche, die aus mehreren beweglich miteinander verbundenen Teilen bestehen, wobei es sich sowohl um Gelenkverbindungen, um eine Achse wirkende Drehbewegungen, lineare Bewegungen oder auch andere, zum Teil sehr komplexe Bewegungen der Teile gegeneinander handeln kann. Diese Teile werden einzeln gefertigt, in aufwendigen manuellen oder automatischen Arbeitsvorgängen einander zugeordnet und montiert. Der zur Montage der Teile erforderliche Arbeitsaufwand übersteigt den Aufwand zur Fertigung der Teile mitunter beträchtlich. Zur Minderung der Herstellungskosten hat man deshalb versucht, Gegenstände aus mehreren gegeneinander beweglichen Teilen in einem Arbeitsvorgang zu fertigen. Dieses Problem wurde gelöst durch die Verwendung verschiedener Werkstoffe mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften, insbesondere verschiedenem Schwindungsverhalten. Zunächst wurde ein inneres Teil aus dem einen Werkstoff gespritzt und anschliessend das dieses innere Teil zumindest teilweise, näm lich im Bereich der beweglichen Verbindung, umschliessende äussere Teil um das innere Teil gespritzt. Man verwendet hierzu einen WErkstoff hoher Schwindung für das innere Teil und einen solchen von geringerer Schwindung für das äussere Teil, so dass ein ausreichender Spielraum zwischen beiden Teilen verbleibt, der die Beweglichkeit sichert. Zum anderen kommen hierfür Kunststoffe mit verschiedener Verarbeitungstemperatur in Betracht. Die Auswahl für dieses Verfahren geeigneter unterschiedlicher Werkstoffe bereitet mitunter Schwierigkeiten bezüglich der an einen herzustellenden Gegenstand gestellten weiteren Anforderungen. Ausserdem wird das Spritzgiessverfahren und die zu seiner Durchführung dienende Vorrichtung durch die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe mit verschiedenen thermischen Eigenschaften recht kompliziert. Das Bemühen der Fachwelt richtet sich nunmehr auf eine Vervollkommnung, Vereinfachung und Verbilligung des Verfahrens zum Spritzgiessen von Gegenständen mit wenigstens zwei selbständigen, beweglich miteinander verbundenen Teilen unter weitgehender Verminderung der Abhängigkeit von verschiedenen Werkstoffen und vor allem unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung der Formtechnik. Es ist aus der EU-Patentanmeldung 82 10 738.0 bekannt, eine Tube aus Kunststoff mit zugehöriger Verschlusskappe in einer Form zu spritzen. Unmittelbar nach dem Spritzen des Tubenkörpers werden bestimmte Formteile der Spritzform entfernt und durch andere ersetzt und danach die Verschlusskappe gespritzt, wobei der Gewindehals der Tube gewissermassen als Formkern wirkt. Allerdings sind hierbei die beiden Teile lösbar und nicht unlösbar fest miteinander verbunden. Diese Vorrichtung verlangt eine komplizierte und aufwendige Form. Darüber hinaus bereitet es Schwierigkeiten, zwischen den beiden in zeitlichem Abstand nacheinander erfolgenden Spritzvorgängen die von dem die Tube bildenden Werkstoff stammende Wärme soweit abzuführen, dass ein oberflächlicher Stoffschluss zwischen den beiden Werkstoffen mit Sicherheit ausgeschlossen wird. Ein anderes vorbekanntes Verfahren (DE-OS 25 30 475) befasst sich mit der Her stellung von Gegenständen aus zwei fest und unlösbar, aber gegeneinander beweglichen Teilen. Dieses Verfahren bedient sich obligatorisch verschiedener thermoplastischer Kunststoffe mit unterschiedlicher Verarbeitungstemperatur, wobei wieder zwischen beiden Einspritzvorgängen ein der hinreichenden Aushärtung des zuerst gefertigten Teils dienender zeitlicher Abstand liegt. Da sich der gesamte Vorgang in ein und derselben Form abspielt, ist die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens begrenzt. Auch in diesem Fall ist eine aurwendige Form erforderlich, und durch die nach dem Spritzen des ersten Teils aus der Form zu entfernenden Kerne oder Schieber verbleiben an der Oberfläche des Endprodukts störende Grate. Die Erfindung bemüht sich um die Lösung des o.g. Problems bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art. Sie besteht darin, dass in einem ersten Formnest das jeweils erste Teil gefertigt, nach Uffnen des Werkzeugs entnommen, in das nächste Formnest verbracht und dort das jeweils folgende Teil gefertigt, hierauf nach erneutem Uffnen des Werkzeugs der Spritzling entnommen und in das nächste Formnest verbracht wird und solfort bis zum letzten Formnest, woraus der fertiggestellte Gegenstand nach erneutem offenen des Werkzeugs entnommen und abgeworfen wird. Es liegt auf der Hand, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Gegenstände zwei oder praktisch beliebig viele gegeneinander bewegliche Teile oder Teilegruppen aufweisen können und dass jeweils zwei oder auch mehrere bewegliche Teile des Gegenstandes in ein und demselben Arbeitstakt gefertigt werden können, was jedoch lediglich eine Vervielfachung des der Erfindung zugrundeliegenden einfachen Grundprinzips darstellt. Die Entnahme des im Wege des Spritzgiessens gefertigten jeweiligen Teils aus dem Formnest begünstigt einerseits die Wärmeabführung aus der Form und andererseits die Verfestigung des jeweiligen Spritzlings, so dass dieser, sobald er in das nächste Formnest verbracht worden ist, bereits soweit verfestigt ist, dass nach Schliessen des Werkzeugs ohne jede zeitliche Verzögerung sofort ein neuer Spritzvorgang stattfinden kann. Zur gleichen Zeit steht aber auch das vorhergehende Formnest für einen neuen Arbeitsgang zur Verfügung. Bei nur zweiteiligen Gegenständen sind zwei aufeinanderfolgende Formnester erforderlich, bei entsprechend mehr im Wege des Spritzgiessens miteinander zu verbindenden Teilen oder Teilegruppen steigt die Zahl der notwendigen Formnester. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammehang, dass in jedem der auf das erste Formnest folgenden Formnester des Werkzeugs gleichzeitig zwei oder mehrere Teile des Gegenstandes gefertigt werden können. Die aufeinanderfolgenden Formnester sind um die dem jeweils anschliessend zu fertigenden Teil entsprechende Formausnehmung erweitert, und gleichzeitig ist eine Formvertiefung oder, was technisch nicht anderes ist, Hinterschneidung des zuvor gefertigten Teils bzw. der zuvor gefertigten Teile zur Aufnahme des nunmehr einzuspritzenden Kunststoffs vorgesehen. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet die bisher noch nicht bekanntgewordene Verwendung des gleichen Werkstoffs für die miteinander fest verbundenen, aber gegeneinander beweglichen Teile in zweierlei Weise, nämlich durch Einspritzen in eine Formausnehmung des ersten Teils. Gleichwohl erfasst sie auch die an sich bekannte Verwendung verschiedener Kunststoffe. Die Auswahl der verwendeten Kunststoffe nach ihrem thermischen Verhalten, nämlich vorzugsweise ihrer Verarbeitungstemperatur und die Verarbeitung an der unteren Toleranzgrenze des eine Verarbeitung des jeweiligen Kunststoffs zulassenden Temperaturbereichs ermöglicht es vor allen dann, wenn der für das erst gefertigte Teil verwendete Werkstoff kurzzeitig thermisch hoch belastbar ist, dass die Fertigung des zweiten Teils, zu dessen Ausbildung das erste Teil ganz oder teilweise die Form bildet, ohne Beeinträchtigung des zuerst gefertigten Teils durchzuführen. Beide Teile verschmelzen oder versintern nicht gegeneinander, sondern behalten ihre Selbständigkeit und ihre Beweglichkeit gegeneinander. Gegenüber dem Verfahren durch Umspritzen eines erstgefertigten Teils hat das Einspritzen eines weiteren Teils in eine Formausnehmung eines zuerst gefertigten Teils den unübersehbaren Vorteil, dass das zuletzt gefertigte Teil durch seine Schwindung sich gewissermassen noch von dem zuvor gefertigten Teil entfernt und damit den für die Beweglichkeit der beiden Teile gegeneinander erforderlichen Spielraum auf diese Weise zuverlässig gewährleistet. Dieser Vorzug erhöht sich dann noch beträchtlich, wenn man hierzu, wie dies die Erfindung ermöglicht, zur Fertigung beider Teile ein und denselben Werkstoff verwenden kann. Es ergibt sich auf diese Weise eine ausserordentlich hohe Qualität der Beweglichkeit beider Teile gegeneinander, was das Anwendungsgebiet des erfindungsgemässen Verfahrens bezüglich der Auswahl der danach herzustellenden Gegenstände beträchtlich erweitert. Bei Scharnierenz.B. lassen sich in einem Arbeitsvorgang und in einem Werkzeug die Scharnierhälften und, soweit erforderlich, ein sie verbindendes Element, z.B. ein Scharnierstift, ohne zusätzlichen Montageaufwand herstellen. So lassen sich leicht auch Kupplungen, z.B. zwischen einer Welle und einem Rad, ebenso fertigen wie die verschiedensten Bauteile für die Elektrotechnik, wobei nur beispielsweise Dreh- und Kippschalter genannte werden. Ebenso sind alle üblichen Bolzen- oder Nietverbindungen zwischen zwei beweglichen Teilen mit diesen Teilen selbst in einem Arbeitsvorgang und in demselben Werkzeug herzustellen, desgleichen Kugellager, deren Lagerkörper in einem Käfig untergebracht sind. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind aus mehreren beweglich gegeneinander bestehenden Teilen zusammengesetzte Spielzeugfiguren, deren Einzelelemente bisher zum grössten Teil einzeln gefertigt und anschliessend in einem aufwendigen und kostspieligen Arbeitsverfahren zusammenmontiert werden mussten. Es spielt hierbei keine ausschlaggebende Rolle, ob die einzelnen Teile einfach oder komplizierter zu fertigen sind, beispielsweise aus zwei oder mehreren unterschiedlich gefärbten Kunststoffen bestehen. Die hohe Qualität der Beweglichkeit der beiden Teile gegeneinander be ruht zum Teil darauf, dass zumindest das zuletzt gefertigte Teil an seiner Berührungsfläche gegenüber dem zuerst gefertigten Teil keine Formtrenn-Naht aufweist, da in diesem Bereich das zuerst gefertigte Teil einen Bestandteil der Form bildet. Die Bandbreite der für das Verfahren verwendbaren Kunststoffe ist ausserordentlich hoch. Unter anderem kommen die verschiedensten Polyamide zu seiner Anwendung ebenso in Betracht, wie Polypropylene oder auch Polyacetale. Arbeitet man an der unteren Grenze der Verarbeitungstemperatur der verwendeten Werkstoffe, so ist der zuerst gefertigte Werkstoff, wenn er mit dem Werkstoff des anschliessend gefertigten Teils in Berührung kommt, bereits derart verfestigt, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen nicht mehr eingegangen wird. Ggf. können die zur Verarbeitung gelangenden Kunststoffe noch mit Additiven versehen werden, die die Gleitfähigkeit der beiden Teile verbessern. Welcher der beiden Teile ganz oder teilweise in den anderen Teil eingespritzt wird oder welcher zum Umspritzen des anderen Teils dient, richtet sich ebenso nach den Umständen des Einzelfalls, wie die Auswahl des jeweiligen Verfahrens, nämlich des Einspritzens oder Umspritzens eines anderen Teils. Massgeblich hierfür ist vor allem auch die Formgebung der miteinander zu verbindenden Teile. Die Erfindung-schlägt ausserdem ein Werkzeug zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens vor, wobei das Werkzeug eine der Anzahl der zu fertigenden Teile, Teilpaare oder Teil gruppen entsprechende Zahl von Formnestern aufweist, denen je eine gleiche aus dem geöffneten Werkzeug aushebbare Halterung für den Spritzling zugeordnet ist, wobei die Halterungen von einem Formnest zum folgenden um das Werkzeug bewegbar angeordnet sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht die Anordnung der Halterungen auf einem um das Werkzeug verfahrbaren Drehtisch vor. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten und die Verfahrensweise lediglich beispielhaft erläuternden Ausführungsform. In der Zeichnung ist die Draufsicht auf die Unterseite eines karussellartig ausgebildeten Werkzeugs 1 dargestellt, dessen Oberseite abgenommen und, da entbehrlich, nicht wiedergegeben ist. In dem feststehenden Teil 2 des Werkzeugs 1 sind vier verschiedene Formnester 3, 4, 5, 6 vorgesehen, die den bei dieser beispielsweisen Ausführungsform des Verfahrens erforderlichen vier Stationen der Fertigung entsprechen. Das Werkzeug 1 weist vier gleich ausgebildete Halterungen 7 auf, die aus der Ebene des Werkzeugs 1 nach oben aushebbar sind und an den beiden Stiften 8 das Werkstück 9 tragen. In der Station I, links im Bild, wird beispielsweise der Körper 10 einer Spielzeugfigur gespritzt, die eine sacklochartige Formausnehmung 11 zur späteren Aufnahme des Kopfes 12 der Figur und beidseitig der Schultern Zapfen 13 zur gelenkigen Anbringung der Arme 14 aufweist. Ist der den Körper 10 bildende Spritzling fertiggestellt, wir die (nicht dargestellte) obere Werkzeughälfte abgenommen und durch Anheben der Halterung 7 der Spritzling aus dem Formnest 3 entnommen. Daraufhin wird der durch das Antriebsrad 15 bewirkte Antrieb des Drehtisches 16 eingeschaltet. Der Drehtisch 16 bewegt die den Spritzling 9 tragende Halterung 7 in die Stellung der Station II, unten in der Zeichnung. Hier wird der aus dem gleichen oder einem anderen Werkstoff bestehende Kopf 12 gespritzt, wobei der Ansatzzapfen 17 des Kopfes 12 in die Formausnehmung 11 des Spritzlings 9 eingreift. Der Spritzling ist auf dem Wege von der Station I zur Station II bereits soweit ver festigt, dass der den Kopf 12 bildende Werkstoff keine stoffschlüssige Verbindung mit dem den Körper 10 bildenden Spritzling 9 eingeht, vielmehr eine einwandfreie Drehbewegung zwischen dem in die Ausnehmung 11 eingespritzten Zapfen 17 und dem die Ausnehmung 11 aufweisenden Teil 10 ermöglicht wird. Nach diesem Vorgang hebt wiederum die Halterung 7 den Spritzling aus, der Drehtisch 16 verfährt die Halterung 7 um 900 in die Station III, rechts im Bild. In dieser wird der Kopf 12 der Figur durch Anspritzen eines anderen oder anders gefärbten Teils aus dem gleichen Kunststoff vervoll ständig. In der vorher erläuterten Weise wird der Spritzling nunmehr in die Station IV, oben im Bild, verbracht, und nach Schliessen des Werkzeugs werden die Arme 14 aus dem gleichen Kunststoff, aus dem zumindest der Körper 10 besteht, gefertigt, wobei der Kunststoff die Zapfen 13 des Körpers 10 umspritzt, so dass gleichzeitig zwei gegenüber dem Körper 10 selbständige Teile, nämlich die Arme 14, in drehbarer, aber fester Verbindung gegenüber dem Körper 10 entstehen. Im Bereich der Station IV oder auf dem Wege von dieser zur nachfolgenden Station I wird die fertiggestellte Figur 18 von der Halterung 7 abgeworfen. Alle vier Stationen des WErkzeugs 1 arbeiten ständig gleichzeitig, so dass sich gleichzeitig vier Figuren in der Fertigung befinden, die bei diesem Ausführungsbeispiel vier gegeneinander bewegliche Teile aufweist, nämlich den Kopf 12 und die beiden Arme 14 gegenüber dem Körper 10. Unter dem Begriff fest miteinander verbundene Teile" ist zu verstehen, dass diese durchaus auch lösbar aneinander angeordnet sein können. In jedem Fall ist aber eine feste Verbindung zwischen den Teilen vorgesehen, die allerdings auch unlösbar sein kann. Die miteinander verbundenen Teile sind jedoch selbständig und infolgedessen beweglich gegeneinander. Zur Herstellung der Gegenstände im Wege des Spritzgiessens dienen bevorzugt sog. Heissläuferformen, die ohne Anguss arbeiten.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Spritzgiessen von Gegenständen aus wenigstens zwei selbständigen, fest, aber gegeneinander beweglich ver bundenen Teilen aus ggf. verschiedenartigen Kunststoffen, wobei das jeweils folgende Teil zumindest teilweise in eine Formausnehmung des zuvor gefertigten Teils eingespritzt oder zumindest teilweise um das zuvor gefertigte Teil ge spritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Formnest (3) das jeweils erste Teil (9) gefertigt, nach Uffnen des Werkzeugs (1) entnommen, in das nächste Form nest (4) verbracht und dort das jeweils folgende Teil (12) gefertigt, hierauf nach erneutem Uffnen des Werkzeugs (1) der Spritzling entnommen und in das nächste Formnest (5) verbracht wird und so fort bis zum letzten Formnest (6), woraus der fertiggestellte Gegenstand (18) nach erneutem Uffnen des Werkzeugs (1) entnommen und abgeworfen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass we nigstens in einem der auf das erste Formnest (3) folgenden Formnester (4,5,6) des Werkzeugs (1) gleichzeitig zwei oder mehrere Teile des Gegenstandes gefertigt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinander beweglichen Teile des Gegenstandes aus dem gleichen Kunststoff gefertigt werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeint, dass zumindest der für das zuerst gefertigte Teil verwendete Kunststoff kurzfristig hohen Temperaturen aus setzbar ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Differenz zwischen der Verarbeitungs temperatur und der Gebrauchs temperatur der verwendeten Kunststoffe gering ist. 6. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) eine der Anzahl der zu fertigenden Teile, Teilpaare oder Teilgruppen entsprechende Zahl von Form nestern (3,4,5,6) aufweist, denen je eine gleiche aus dem geöffneten Werkzeug (1) aushebbare Halterung (7) für den Spritzling (9) zugeordnet ist, wobei die Halterungen (7) von einem Formnest (3,4,5,6) zum folgenden um das Werk zeug (1) bewegbar angeordnet sind. 7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, -dass die Halterungen (7) an einem um das Werkzeug (1) verfahrbaren Drehtisch (16) angeordnet sind.

Inventors: KRAUSE, REINHARD, MEYER, HERBERT
Applicants: FICKENSCHER & CO. GMBH WERKZEUG- UND FORMENBAU
Application year: 1984
Main classification: B29C45
IPC codes: B29C45