Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Erzeugnisses umfassend ein Einlegeteil mit einem zu verstärkenden Rand und einen an den Rand angespritzten Kunststoffkörper, wobei der Kunststoff körper einen Randbereich des Einlegeteils beidseitig und stirnseitig umgibt.

Technischer Hintergrund

Insbesondere bei Behältern und Verpackungen besteht ein Bedarf, flächige, biegsame Teile entlang einem Rand mit einem Kunststoffkörper zu versehen, welcher eine höhere Festigkeit als das flächige Material aufweist.

Meistens werden dabei die einzelnen Teile gesondert gefertigt und anschliessend mechanisch zusammengefügt und gegebenenfalls miteinander verklebt (z.B. FR2175094 oder EP0453754).

Aus WO2015000797 ist ein effizienteres Verfahren bekannt, um einen Kragen aus Kunststoff direkt an einen umlaufenden Rand eines Einlegeteils anzuspritzen. Dazu wird das Einlegeteil in einer Aufnahmekavität eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt. Der zu umspritzende Randbereich des Einlegeteils wird im Spritzgusswerkzeug mittels ortsfesten und beweglichen Werkzeugteilen fixiert. Die Aufnahmekavität erstreckt sich dabei lediglich über einige Teilbereiche an einer Unterseite des Randbereichs. In einem ersten Schritt werden radial nach aussen gerichtete Kunststoffstege an der Unterseite des Randbereichs angeformt. In einem zweiten Schritt werden Werkzeugteile, zwischen denen die Kunststoffstege ausgebildet worden sind, abgesenkt und ein umlaufender Kragen wird in einer zweiten Injektion an der Unterseite des Randbereichs ausgebildet. Anschliessend wird ein bewegliches kavitätsbildendes Werkzeugteil an der Oberseite des Randbereichs weggefahren und die freigegebene Kavität wird zur Ausbildung des umlaufenden Kragens an der Oberseite in einer dritten Injektion gefüllt.

Das Hauptproblem beim Umspritzen des Randbereichs liegt darin, dass die zu umspritzenden Materialien häufig nicht formstabil sind resp. den beim Spritzvorgang auftretenden Druck nicht standhalten und unkontrolliert durch die Schmelze weggedrückt werden. Aus diesem Grund basiert das Verfahren aus WO2015000797 auf einem kompliziert gebauten Spritzgusswerkzeuge mit einer Vielzahl unabhängig voneinander bewegbaren und kavitätsbildenden Werkzeugteile. Diese fixieren in einem ersten Schritt den Randbereich und geben nach und nach Teilbereiche einer Kavität frei bis der Rand des Einlegeteils komplett umspritzt ist, d.h. am Ende des Spritzgussvorgangs ist der Randbereich beidseitig und über die Stirnfläche hinweg vom Kunststoff körper umschlossen.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses aus Einlegeteil und angespritztem Kunststoff körper anzugeben, welches die Probleme des Stands der Technik löst und eine zuverlässige, feste Verbindung zwischen einem Einlegeteil und eine angespritzten Kunststoffkörper gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Spritzgusswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Das Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses umfassend ein becherförmiges Einlegeteil mit einem zu verstärkenden umlaufenden Rand und einen an den Rand angespritzten umlaufenden Kunststoffkörper, wobei der Kunststoff körper einen Randbereich des becherförmigen Einlegeteils beidseitig und stirnseitig umgibt, weist folgende Schritte auf: (a) Bereitstellen einer ersten Formpartie eines Spritzgusswerkzeugs; (b) Einlegen des becherförmigen Einlegeteils in die erste Formpartie, wobei die erste Formpartie und das Einlegeteil derart ausgebildet sind, dass am zu umspritzenden Randbereich innenseitig und stirnseitig eine erste umlaufende Kavität ausgebildet ist und das Einlegeteil mit der Aussenseite des Randbereichs an einer Wand der ersten Kavität anliegt; (c) Einspritzen einer ersten Kunststoffschmelze in die erste umlaufende Kavität zur Fertigung eines ersten umlaufenden Kunststoffkörperteils, wobei die umlaufende Kavität einen Steg aufweist, welcher im ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil an der Stirnseite des Randbereichs des Einlegeteils eine Aussparung ausbildet; (d) Bereitstellen einer zweiten Formpartie eines Spritzgusswerkzeugs; (e) Einlegen des becherförmigen Einlegeteils mit dem ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil in die zweite Formpartie, wobei die zweite Formpartie derart ausgebildet ist, dass am zu umspritzenden Randbereich aussenseitig eine zweite umlaufende Kavität zur Fertigung eines zweiten umlaufenden Kunststoffkörperteils ausgebildet ist und dass die Aussparung im ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil mit der zweiten umlaufenden Kavität verbunden ist; (f) Einspritzen einer zweiten Kunststoffschmelze in die zweite Formpartie, so dass die zweite Kunststoffschmelze durch die Aussparung des ersten Kunststoffkörperteils fliesst, die zweite Kavität füllt und so den zweiten Kunststoffkörperteil ausbildet; (g) Entformen des Erzeugnisses mit einem umlaufenden Kunststoffkörper bestehend aus dem ersten und dem zweiten Kunststoffkörperteil.

Mit dem Verfahren wird demnach der Kunststoffkörper mit einem Zweikomponenten Spritzgussverfahren hergestellt, indem erst ein erster umlaufender Kunststoffkörperteil und anschliessend ein zweiter umlaufender Kunststoffkörperteil gespritzt wird. Die beiden Teile sind im Bereich der Stirnseite des Randbereichs des Einlegeteils fest miteinander verbunden und bilden so den umlaufenden Kunststoffkörper.

Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass mittels des Stegs ein Durchgang im ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil geschaffen wird, durch welchen die zweite Kunststoffschmelze in die zweite Kavität gelangt. Auf diese Weise können die Einspritzstellen resp. die Spritzgussdüsen auf derselben Seite des becherförmigen Erzeugnisses - nämlich an der dem Boden abgewandten Seite - angeordnet sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, weil auf der dem Boden zugewandten Seite kaum Platz für die Spritzgussdüsen vorhanden ist.

Eine Formpartie weist üblicherweise eine Matrize und einen Kern auf, welche zusammen die Kavität eines Spritzgusswerkzeugs ausbilden. Ein becherförmiges Einlegeteil weist typischerweise einen Boden und eine umlaufende Seitenwand auf. Mit "innenseitig" ist die Innenseite des becherförmigen Einlegeteils gemeint. Falls das becherförmige Einlegeteil am oberen offenen Rand einen nach aussen gerichteten Flansch (d.h. einen flanschähnlichen nach aussen gerichteten Rand), z.B. zur Befestigung einer Deckfolie und/oder zur Ausbildung von Dichtungsmitteln, aufweist, so ist mit "innenseitig" auch die obere dem Boden des becherförmigen Einlegeteils abgewandte Seite des Flansches gemeint. Mit dem Begriff "stirnseitig" ist jeweils die Stirnseite des Randes resp. des Flansches gemeint. Der Begriff "aussenseitig" bezieht sich auf die Aussenseite des becherförmigen Einlegeteils. Falls ein Flansch vorhanden ist, so ist auch die untere dem Boden zugewandte Seite des Flansches gemeint.

Mit dem zu verstärkenden Rand ist ein Bereich des Einlegeteils gemeint, welcher schmal ist und sich über eine gewisse Länge erstreckt (z.B. ein länglicher Rand eines Einlegeteils). Der Randbereich hat zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen und eine Stirnfläche. Ein solcher Randbereich weist häufig eine ungenügende Stabilität auf und es ist wünschenswert, diesen zu verstärken, um beispielsweise dem fertigen Erzeugnis mehr Stabilität oder andere Funktionen (z.B. Befestigungsbereiche für weiterer Teile wie Deckel, etc.) zu geben. Der Randbereich kann beispielsweise ein oberer, umlaufender Rand eines Bechers oder eines Kapselkörpers einer Kaffeekapsel sein.

Das Verfahren ist für Einlegeteile geeignet, welche einen biegsamen Randbereich aufweisen, bei dem die Gefahr besteht, dass er durch die Kunststoffschmelze weggedrückt wird und so mit dem Kunststoff körper keine feste und dauerhafte Verbindung eingehen kann. Entsprechend kann das Einlegeteil dünnwandig und/oder flächig ausgebildet.

Mit Kunststoff sind alle spritzgussfähigen Materialen gemeint. Diese umfassen herkömmliche spritzgussfähige Kunststoffe, aber auch neuartige spritzgussfähige Materialien aus Naturstoffen, die möglicherweise zukünftig nicht mehr als Kunststoff bezeichnet werden.

In einigen Ausführungsformen kann die erste und zweite Formpartie resp. die erste und zweite Kavität jeweils mindestens eine Einspritzstelle für die erste respektive zweite Kunststoffschmelze aufweisen. Der Steg kann in einem Bereich angeordnet sein, in welchem zwei Fliessfronten der ersten Kunststoffschmelze Zusammentreffen. Ist beispielsweise eine einzige Einspritzstelle vorhanden, dann liegt der Steg bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite der umlaufenden Kavität, und zwar in dem Bereich, in welchem die Fliessfronten der ersten Kunststoffschmelze aufeinandertreffen. Sind mehrere Einspritzstellen vorhanden, dann kann die Kavität bevorzugt auch mehrere Stege aufweisen. Die mehreren Einspritzstellen können entlang der ersten Kavität gleichmässig angeordnet sein und die mehreren Stege können jeweils mittig zwischen zwei Einspritzstellen angeordnet sein. Auch hier liegen dann die Stege in dem Bereich, in welchem die Fliessfronten der ersten Kunststoffschmelze aufeinandertreffen.

In einigen Ausführungsformen kann das Einlegeteil mit dem ersten Kunststoffkörperteil derart in die zweite Formpartie eingelegt werden, dass die Aussparung sich bei der Einspritzstelle für die zweite Kunststoffschmelze befindet. Diese Aussparung bildet so einen Teil der zweiten Kavität, in welche die zweite Kunststoffschmelze eingespritzt wird. Die Aussparung erlaubt es, die Spritzgussdüse für die zweite Kunststoffschmelze an der gleichen Seite wie die Spritzgussdüse für die erste Kunststoffschmelze anzuordnen.

In einigen Ausführungsformen kann sich die Einspritzstelle für die erste Kunststoffschmelze und die Einspritzstelle für die zweite Kunststoffschmelze auf der gleichen Seite der jeweiligen Formpartie befinden.

Das Erzeugnis kann ein Behälter mit einem Behälterkörper oder einer Behälterwand und einem eine Behälteröffnung umlaufenden Kragen sein, wobei der Behälterkörper oder die Behälterwand durch das Einlegeteil und der Behälterkragen durch den Kunststoffkörper ausgebildet ist. Der umlaufende Kragen kann einen flanschähnlichen nach aussen gerichteten Rand, ein Aussengewinde oder Rastmittel für einen Behälterdeckel aufweisen. Der Behälterdeckel kann entsprechend eine Siegelfolie, ein Schraubdeckel oder einen Behälterdeckel mit entgegengesetzten Rastmitteln sein.

Das Einlegeteil kann einen kreisförmig, oval oder rechteckig umlaufenden Rand aufweisen. Ein rechteckig umlaufender Rand weist in der Regel gerundete Ecken auf. Das Einlegeteil kann auch einen flanschähnlichen nach aussen gerichteten Rand (Flansch) aufweisen, welcher mit dem Kunststoffkörper umspritzt wird.

Das Einlegeteil kann einen biegsamen, nicht-formstabilen und/oder dünnwandigen oder flächigen Randbereich aufweisen. Es kann aus Papier, Karton, einem textilen Flächengebilde, Metall, Kunststoff oder Laminaten aus solchen Materialien gefertigt sein. Einige der Materialien können biologisch abbaubar oder kompostierbar (industriell und auf dem Hauskompost) sein. Die Dicke des Randbereichs kann 0.1 bis 2 mm betragen. Der Randbereich kann einen umlaufender Randbereich sein, z.B. der Rand eines becherförmigen Behälters. Der Randbereich des Einlegeteils kann eine raue Oberfläche oder eine Beschichtung aufweisen, so dass der angespritzte Kunststoff eine feste Verbindung mit dem Einlegeteil bilden kann. Der Randbereich kann dazu auch mit Aussparungen oder Öffnungen versehen sein.

Der angespritzte Kunststoffkörper kann auf Grund der Form oder des Materials derart ausgestaltet sein, dass er fester oder formstabiler als der Randbereich des Einlegeteils ist und ein versteifendes Kunststoffelement ausbildet. Als Kunststoff können auch biologisch abbaubare oder kompostierbare (industriell und auf dem Hauskompost) spritzgussfähige Materialien verwendet werden. Generell sind vorliegend mit Kunststoff alle bekannten und zukünftigen spritzgussfähige Materialien gemeint.

Das Verfahren kann beispielsweis zur Herstellung eines Behälters umfassend einen Behälterkörper, der einen oberen, umlaufenden Rand zur Bildung einer Öffnung aufweist, und eine den oberen Rand umschliessenden umlaufenden Kragen aus Kunststoff verwendet werden. Der Behälterkörper kann dabei eine geringere Steifigkeit als der umlaufende Kragen aufweisen.

Die Erfindung betrifft weiter ein Spritzgusswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Erzeugnisses umfassend ein Einlegeteil mit einem zu verstärkenden Rand und einen an den Rand angespritzten Kunststoff körper, wobei der Kunststoffkörper einen Randbereich des Einlegeteils beidseitig und stirnseitig umgibt. Das Spritzgusswerkzeug umfasst Spritzgusswerkzeug mindestens eine erste Formpartie und mindestens eine zweite Formpartie. Die erste Formpartie bildet eine erste umlaufende Kavität aus, in welche das Einlegeteil mit dem zu umspritzenden Randbereich einlegbar ist, so dass die Aussenseite des Randbereichs an einer Wand der ersten Kavität anliegt. Die erste umlaufende Kavität weist einen Steg zur Erzeugung einer Aussparung im ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil auf. Die zweite Formpartie ist derart ausgebildet, dass das becherförmige Einlegeteil mit dem ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil in die zweite Formpartie einlegbar ist und dass am zu umspritzenden Randbereich aussenseitig eine zweite umlaufende Kavität zur Fertigung des zweiten umlaufenden Kunststoffkörperteils ausgebildet ist, wobei die Aussparung im ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil mit der zweiten umlaufenden Kavität verbunden ist.

In einigen Ausführungsformen des Spritzgusswerkzeugs kann der Steg in einem Bereich angeordnet sein, in welchem zwei Fliessfronten der ersten Kunststoffschmelze Zusammentreffen.

In einigen Ausführungsformen des Spritzgusswerkzeugs kann die erste Kavität mehrere Einspritzstellen und mehrere Stege aufweisen, wobei die mehreren Einspritzstellen entlang der ersten Kavität gleichmässig angeordnet sind und die mehreren Stege jeweils mittig zwischen zwei Einspritzstellen angeordnet sind.

In einigen Ausführungsformen des Spritzgusswerkzeugs kann sich die Einspritzstelle für die erste Kunststoffschmelze und die Einspritzstelle für die zweite Kunststoffschmelze auf der gleichen Seite der jeweiligen Formpartie befinden.

Kurze Erläuterung zu den Figuren

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der(n) Zeichnung(en) näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Formpartie unter (a) im Bereich einer Einspritzstelle und unter (b) im Bereich eines Stegs;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer zweiten Formpartie unter (a) im Bereich der Anspritzung des ersten Spritzgusskörperteil und unter (b) im Bereich einer Einspritzstelle;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt eines Erzeugnisses aus einem Einlegeteil und einem angespritzten Kunststoffkörper; Fig. 4 ein Schnittdarstellung durch die erste Formpartie im Bereich der ersten Kavität.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt eines Erzeugnisses aus einem becherförmigen Einlegeteil 3 mit einem zu verstärkenden umlaufenden Rand und einem an den Rand angespritzten umlaufenden Kunststoffkörper 4. Dabei umschliesst der Kunststoffkörper 4 einen Randbereich 31 des becherförmigen Einlegeteils 3 beidseitig und stirnseitig. Das becherförmige Einlegeteil 3 weist typischerweise einen Boden und eine umlaufende Seitenwand auf. Am oberen Rand der Seitenwand ist ein flanschähnlicher nach aussen gerichteten Rand (Flansch) ausgebildet. Der Kunststoffkörper 4 wird - wie weiter unten dargelegt - in einem Zweikomponenten- Verfahren mittels zweier Formpartien gespritzt und ist entsprechend aus einem ersten umlaufenden Kunststoffkörperteil 41 und einem zweiten umlaufenden Kunststoffkörperteil 42 gefertigt.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnittes einer ersten Formpartie 1, unter (a) im Bereich einer Einspritzstelle 12 für die erste Kunststoffschmelze und unter (b) im Bereich eines Stegs 13. Die erste Formpartie 1 bildet eine erste umlaufende Kavität 11 aus, in welche der zu umspritzende Randbereich 31 des Einlegeteils 3 eingelegt werden kann. Dabei liegt die Aussenseite A des Einlegeteils 3 auf einer Wand der ersten Kavität 11 auf. Die Innenseite I des Einlegeteils 3 ist zur ersten Kavität 11 hin ausgerichtet.

Die Kavität 1 weist mindestens eine Einspritzstelle 12 für die erste Kunststoffschmelze zur Fertigung des ersten umlaufenden Kunststoffkörperteils 41 auf. Diese ersten umlaufende Kunststoffkörperteil 41 bildet einen Teil des Kunststoffkörpers und ist an der Innenseite I des Einlegeteils angeordnet. Wenn die erste Kunststoffschmelze eingespritzt wird, verteilt sich diese in der ersten umlaufenden Kavität 11. In einem Bereich der ersten umlaufenden Kavität 11 , in welcher die Fliessfronten der ersten Kunststoffschmelze aufeinandertreffen, ist innerhalb der ersten Kavität 11 eine Steg 13 ausgebildet (vgl. Fig. 1(b)). Dieser Steg 13 ist derart angeordnet, dass eine Stirnseite S des Randbereichs 31 des Einlegeteils an den Steg 13 angrenzt. Der Steg 13 formt eine Aussparung 43 in das erste Kunststoffkörperteil 41, deren Funktion weiter unten unter Fig. 2(b) erklärt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnittes einer zweiten Formpartie 2, unter (a) im Bereich der Anspritzung des ersten Spritzgusskörperteil 41 und unter (b) im Bereich einer Einspritzstelle einer zweiten umlaufenden Kavität 21. Die zweite Formpartie 2 bildet die zweite umlaufende Kavität 21 zur Fertigung des zweiten umlaufenden Kunststoffkörperteils 42. Die zweite Kavität 21 ist derart ausgebildet, dass das Einlegeteil 3 mit dem angespritzten ersten Kunststoffkörperteil 41 darin aufgenommen werden kann und an der Aussenseite die freie zweite Kavität 21 ausgebildet ist. Das Einlegeteil mit dem ersten Kunststoffkörperteil 41 werden dabei derart ausgerichtet, dass eine Einspritzstelle 22 der zweite Formpartie 2 in der Aussparung 43 des ersten Kunststoffkörperteils 41 zu liegen kommt. Die zweite Kunststoffschmelze wird dabei durch die Aussparung 43 gespritzt und füllt so die zweite Kavität 21 an der Aussenseite A des Einlegeteils 3.

Fig. 4 zeigt ein Schnittdarstellung durch die erste Formpartie 1 im Bereich der ersten Kavität 11. In der gezeigten Ausführungsform ist die erste Formpartie 1 mit zwei Einspritzstellen 12, 12' versehen, welche an diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind. Weiter weist die erste Kavität 11 zwei Stege 13, 13' auf, welche jeweils zwischen den beiden Einspritzstellen 12, 12' angeordnet sind und jeweils eine Aussparung 43 im ersten Kunststoffkörperteil 41 ausbilden. Die strichlinierte Linie deuten die Stirnseite des Einlegeteils 3 an.

Bezeichnungsliste

1 erste Formpartie

11 erste umlaufende Kavität

12, 12' Einspritzstelle für die erste Kunststoffschmelze

13, 13' Steg

2 zweite Formpartie

21 zweite umlaufende Kavität

22 Einspritzstelle für die zweite Kunststoffschmelze

3 becherförmiges Einlegeteil

31 Rand, Randbereich

4 Kunststoffkörper

41 erster umlaufender Kunststoffkörperteil

42 zweiter umlaufender Kunststoffkörperteil

43 Aussparung

A Aussenseite des Randbereichs I Innenseite des Randbereichs

S Stirnseite/Stirnfläche des Randbereichs