Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Gegenständen mittels Spritzgießen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein modifiziertes Spritzgussteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Das Spritzgießen ist ein sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände (Spritzgussteile oder Formteile) und eignet sich besonders für die automatisierte Massenfertigung.

Hierbei wird in einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff, häufig ein Kunststoff, aus dem das Spritzgussteil hergestellt werden soll, in der Regel unter Einfluss von Wärme und gegebenenfalls Druck verflüssigt beziehungsweise geschmolzen. Die erhaltene Schmelze wird dann unter hohem Druck in die Formhöhlung (auch „Kavität" bezeichnet) eines geschlossenen zweiteiligen Spritzgießwerkzeuges eingespritzt, wo sie abkühlt. Nach dem Erstarren kann das fertige Formteil dem geöffneten Spritzgießwerkzeug entnommen werden. Mittels den bekannten Spritzgießtechnologien können kompakte aber auch hohle Formteile erhalten werden, sowie Formteile mit geschäumten Kern.

Hohle Formteile lassen sich mittels fluidunterstützen Spritzgießen (Fluidinjektionstechnologie) erhalten. Dazu wird die Kavität in einem ersten Schritt mit der Schmelze gefüllt und in einem zweiten Schritt ein unter hohem Druck stehendes Fluid wie ein Gas oder Wasser, in das Innere der noch flüssigen Schmelze eingespritzt, wobei es die Schmelze verdrängt und einen Hohlraum in der Schmelze gebildet. Nach dem Abkühlen wird das Fluid abgelassen.

Mit herkömmlichen Spritzgießmaschinen können auch Formteile mit einer festen Außenhaut und einem geschäumten porösem Kern hergestellt werden. Hierbei wird in einem ersten Schritt in die Kavität so viel Schmelze eingespritzt, wie für die Ausbildung der gewünschten festen Außenhaut erforderlich ist. In einem zweiten Schritt wird der nachfließenden Schmelze vor Eintritt in die Kavität ein Treibmittel zugesetzt, das in der Kavität expandiert und die mit Treibmittel versetzte Schmelze schäumt. Nach Abkühlen und Entfernen des erhaltenen geschäumten Formteils entweicht das in der Regel gasförmig expandierte Treibmittel aus dem Formteil.

E i n Verfa h ren u n d ei n e Vorrichtu n g zu r H erstel l u n g von geschäumten Formteilen mittels Spritzgießtechnologie ist in EP 1 161 333 B1 sowie EP 1 280 710 B1 beschrieben.

Gemeinsam ist den vorstehend beschriebenen Formteilen, dass sie aus einer einzigen Werkstoffkomponente gebildet sind. Auch bei den vorstehend beschriebenen geschäumten Formteil ist der Kern aus dem selben Werkstoff gebildet wie die Außenhülle und mit dieser chemisch verbunden.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen geformten Gegenstand , der eine Außenhülle aus einem ersten Material und einen Kern aus einem zweiten Material aufweist, wobei der Gegenstand aufgebaut aus Außenhülle und Kern mittels Spritzgießen erhalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein mehrkomponentiges Spritzgussteil, das als erste Komponente eine Außenhaut aus einem ersten Material aufweist, die einen Kern als weitere Komponente umgibt, wobei der Kern aus einem Material gebildet ist, das von dem ersten Material verschieden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Kern aus zwei oder mehreren Materialien aufgebaut sein.

Das erfindungsgemäße, mehrkomponentige Spritzgussteil kann erhalten werden, indem zunächst in einem ersten Schritt eine Schmelze für das erste Material für die Ausbildung der Außenhaut in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges eingespritzt wi rd , u nd in ei nem zweiten Sch ritt das flüssige oder geschmolzene Material für die Ausbildung des Kerns unter Druck in die Schmelze für die Außenhaut eingespritzt wird. Analog dem Fluid beim fluidunterstütztem Spritzgießen verdrängt das Material für den Kern das Material für die Außenhaut, so dass sich im Ergebnis der gewünschte Kern ausbildet.

Anders als bei dem fluidunterstütztem Spritzgießen verbleibt das Material für den Kern nach dem Erstarren in dem fertigen Spritzgussteil und wird nicht wie das Fluid abgelassen.

Fa l ls gewü nscht, ka n n i n ei nem d ritten Sch ritt nach Been d i gu n g d es Einspritzens des Materials für den Kern nochmals etwas erstes Material eingespritzt werden, um den Einspritzkanal des Materials für den Kern in der Außenhaut zu versiegeln.

Prinzipiell lässt sich das erfindungsgemäße mehrkomponentige Spritzgussteil mit herkömmlichen Spritzgießanlagen herstellen, wie sie für das gasunterstütze Spritzgießen für die Herstellung von hohlen Formteilen oder für die Herstellung von geschäumten Formteilen eingesetzt werden.

Der Begriff „Schmelze" wird hier stellvertretend für einen fließfähigen Zustand des Werkstoffes verwendet, er mittels Spritzgießen verarbeitet werden soll.

Nachstehend werden anhand von Figuren zwei Beispiele für herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren für das fluidunterstützte Spritzgießen, wie sie auch für die Herstellung des erfindungsgemäßen mehrkomponentigen Spritzgussteils geeignet sind, näher erläutert.

Es zeigen Figuren 1 a bis 1 e schematisch die einzelnen Stufen eines Gasinjektionsverfahrens zur Herstellung eines hohlen Formteils, sowie

Figuren 2a bis 2e schematisch die einzelnen Schritte einer Variante des Gasinjektionsverfahrens mit einer Nebenkavität. In Figuren 1a bis 1e ist anhand einer schematisch dargestellten Spritzgießmaschine A der Ablauf eines Gasinjektionsverfahrens aufgezeigt. Die Spritzgießmaschine A besteht im Wesentlichen aus dem Werkzeug 1 mit Kavität 2 sowie der Spritzeinheit 3 mit Plastifiziereinrichtung 4 und Einspritzantrieb 5. Das Werkzeug 1 ist mit einer hier nicht gezeigten Schließeinheit verbunden, über die das Werkzeug geöffnet, geschlossen und zugehalten wird.

In der Plastifiziereinrichtung 4 wird der Werkstoff zum Beispiel unter Erwärmen und gegebenenfalls Druckeinwirkung in einen fließfähigen Zustand überführt, häufig zu einer Schmelze.

In dem in Figur 1a gezeigten Verfahrensschritt ist das Werkzeug 1 geschlossen, die Schmelze 9 befindet sich in der Spritzeinheit 3, die über einen Einspritzkanal 6 mit der Kavität 2 verbunden ist. Die Regelung des Einspritzvorganges erfolgt über ein Ventil 7, wie zum Beispiel einer Nadelverschlussdüse an der Austrittsöffnung für die Schmelze 9 in der Plastifiziereinrichtung 4.

In dem Verfahrensschritt von Figur 1a ist das Ventil 7 geschlossen. Nach Öffnen des Ventils 7 in Figur 2 wird die Schmelze mittels Einspritzantrieb 5 in die Kavität 2 eingespritzt.

Nach Füllung der Kavität 2 mit der gewünschten Menge an Schmelze wird das Ventil 7 geschlossen und der Einspritzvorgang der Schmelze unterbrochen (Figur 1c). Gleichzeitig erfolgt die Injektion des Fluides, zum Beispiel eines Gases über den Injektionskanal 8 in die Schmelze in der Kavität 2. Das Fluid schiebt die flüssige Schmelze vor sich her und füllt die Kavität wie in Figur 1c gezeigt. Während des Erstarrens der Schmelze 9 in der Kavität 2 wird der Gasdruck in der Schmelze gehalten (Figur 1d) und nach Erstarren wird der Gasdruck entlastet (Figur 1e). Zurück bleibt ein Hohlraum (10) in der erstarrten Schmelze (Figur 1e). Wäh rend der Vorgänge gemäß Fi g u ren 1 c, 1 d u n d 1 e ist d as Ve nti l 7 geschlossen.

Die Strömungsrichtung des Fluides ist in Figuren 1 c, 1 d und 1 e durch die Richtung des Pfeiles 8 angedeutet.

Eine Variante des Verfahrens und der Vorrichtung nach Figuren 1 a bis 1 e ist in Figuren 2a bis 2e schematisch dargestellt. Hierbei bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Komponenten wie in Figuren 1 a bis 1 e.

In der Variante nach Figuren 2a bis 2e ist die Kavität 2 mit einer sogenannten nachgeschalteten Nebenkavität 1 1 über einen Kanal 12 verbunden. Zwischen Kavität 2 und Nebenkavität 1 1 ist ein Ventil 13 zum Schließen beziehungsweise Öffnen der Verbindung zwischen Kavität 2 und Nebenkavität 1 1 vorgesehen.

Analog zu Figur 1 a ist in Figur 2a der Zustand vor Einspritzen der Schmelze 9 in die Kavität 2 mit geschlossenem Ventil 7 dargestellt. Auch das Ventil 1 3 ist geschlossen.

In Figur 2b ist das Ventil 7 offen und die Schmelze wird in die Kavität 2 eingespritzt, das Ventil 13 ist geschlossen.

In der in Figur 2c gezeigten Stufe ist Ventil 7 geschlossen, es beginnt das Einspritzten des Fluides über den Fluidinjektionskanal 8 , wobei Venti l 1 3 geöffnet wird. Wie in Figur 2d dargestellt, treibt das Fluid die Schmelze vor sich her und verdrängt diese in die Nebenkavität 1 1 . Nach Abkühlen und Erstarren der Schmelze wird das Fluid durch den Fluidinjektionskanal 8 abgelassen, wie in Figur 2e schematisch durch die Richtung des Pfeiles zu Bezugszeichen 8 angedeutet. Durch das Volumen der Nebenkavität 1 1 wird die Menge an Schmelze 9 vorgegeben, die durch das eingeleitete Fluid aus der Kavität 2 verdrängt wird. Von Vorteil bei dieser Variante ist, dass sich vorherbestimmbare, wiederholbare Wandstärken erhalten lassen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen mehrkomponentigen Spritzgussteile kann prinzipiell nach den bekan nten Verfah ren u nd m it den bekan nten Vorrichtungen für die Gasinjektionstechnologie erfolgen , wie sie vorstehend anhand von zwei Beispielen erläutert worden sind.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass anstelle des Fluides zur Ausbildung des Hohlraums in dem Formkörper das Material für die Ausbildung des Kerns in die Schmelze eingespritzt wird.

Das Einspritzen des Materials für den Kern kann prinzipiell nach derselben Vorgehensweise erfolgen wie das Einspritzen eines Fluides für die Ausbildung des Hohlraumes. Anders als das Fluid für die Ausbildung eines Hohlraums verbleibt jedoch das Material für die Ausbildung des Kerns in dem erstarrten Formteil.

Wie beim Einspritzen des Fluides bei der Gasinjektionstechnologie kann das Einspritzen des Materials für den Kern nach dem Einspritzen des ersten Materials für die Außenhaut oder gleichzeitig mit dem Einspritzen des ersten Materials für die Außenhaut erfolgen. Gleichermaßen kann das Einspritzen des Materials für den Kern unmittelbar in die Kavität 2 erfolgen oder über den Einspritzkanal 6.

Prinzipiell eignen sich für das erste Material zur Ausbildung der Außenhaut sowie als M ate ri a l fü r d en Kern a l l e M ate ri a l i en wi e si e m it einem Spritzgussverfahren verarbeitet werden können. B e i spiele hierfür sind Kunststoffe wie Polystyrol, Polyamide, Polyurethane, Zelluloseäther und Zelluloseester, Polyethylen , Polymethacrylsäureester, Th erm opl aste , i m Werkzeug aushärtende Duroplaste und so weiter. Weitere Beispiele sind Metalle, biobasierte Rohstoffe oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel ein Komposit aus Metall, Keramik und/oder Holz und Kunststoff. Als Material für den Kern wird ein Material gewählt, dass von dem ersten Material für die Ausbildung der Außenhaut verschieden ist und sich vorzugsweise mit dem ersten Material nicht verbindet. Besonders bevorzugt wird als Material für den Kern ein Material gewählt, dass mit dem ersten Material für die Ausbildung der Außenhaut keine chemische Verbindung eingeht.

In dem fertigen mehrkomponentigen Spritzgussteil kann der Kern hart, weich oder flüssig sein.

Beispielsweise kann der Kern aus einem Gel gebildet sein. Der Kern kann ein Schaumstoff sein.

In dem erfindungsgemäßen mehrkomponentigen Spritzgussteil umgibt die Außenhaut den Kern wie eine Hülle und schließt diesen ein. Vorzugsweise bildet die Außenhaut eine feste Hülle.

Das erfindungsgemäße mehrkomponentige Spritzgussteil eignet sich für zahlreiche Anwendungen bei denen eine feste Außenhaut einen Kern einschließt. Der Kern kann fest, weich oder gelartig und sogar flüssig sein. Die Außenhaut kann ein starres Bauteil sein, das mit einem Kern aus einen weicheren Material, insbesondere einem Gel oder einer Flüssigkeit gefüllt sein kann.

Das erfindungsgemäße mehrkomponentige Spritzgussteil kann eine Schuhsohle, Einlagen für Schuhe, Schutzpolster für Körperteile bei sportlichen oder beruflichen Aktivitäten, Schutzpolster für Westen, Fahrzeuge oder schutzwürdige Bauteile etc., eine Tintenpatrone, Feuerzeuge, Speicher für Gelkamine oder andere Brennvorrichtungen sein. Beispielsweise kann im Fall von Schuhsohlen oder Einlagen für Schuhe der Kern ein Gel oder anders dämpfendes Material, zum Dämpfen des Aufpralldrucks beim Gehen oder insbesondere Laufen sein. Beispiele hierfür sind Polyurethan-gel oder ein Schaumharz wie Ethylenvinylacetat-Copolymer.

Im Fall von Tintenpatronen ist das Material für den Kern die flüssige Tinte. Im Fall von Feuerzeugen bildet das erste Material für die Außenhaut den Feuerzeugkörper und das Material für den Kern den Brennstoff in dem Körper.

Das Spritzgussteil kann ein Schallschutzelement sein. Hierbei kann die Außenhaut aus einen Holz-Kunststoff-Komposit-Material (WPC-Wood Plastic Composite) und der Kern aus einem Weichkunststoff gebildet sein. Für einen Schutzpanzer kann die Außenhaut aus einem Metall und die Kernkomponente aus Silikon/Elastomer oder Duroplast gebildet sein.

Der von der Außenhaut umgebene Kern kann verschiedene Aufgaben erfüllen, wie zum Beispiel das Absorptionsverhalten des mehrkomponentigen Spritzgussteils verbessern, indem das Material für den Kern die Kräfte, die auf das Spritzgussteil einwirken, schnell über den gesamten Kern verteilt. Der Kern kann auch als Wärmespeicher oder Wärmeleiter, beziehungsweise Kältespeicher genutzt oder mit entsprechenden schutztechnischen Fluiden versehen sein.

Das Spritzgussteil kann ein Nahrungsmittel sein, wobei die Hauptkomponente aus einem ersten essbaren Rohstoff und die Kernkomponente aus einem von dem ersten essbaren Rohstoff verschiedenen essbaren Rohstoff besteht. Die Kernkomponente kann ein Wirkstoff sein, wobei die Außenhaut als Träger fungiert.

Der Kern kann aus einem Material gebildet sein, das nach Öffnen der Außenhaut und Entweichen aus dem Inneren des erfindungsgemäßen mehrkomponentigen Spritzgussteils seine Eigenschaften ändert.

Zum Beispiel kann der Kern ein unter Druck stehendes Fluid sein, das nach Öffnen der Außenhaut expandiert und der Umgebung Wärme entzieht.

Beispielsweise kann der Kern unter Druck stehendes Kohlendioxid sein. Nach Öffnen der Außenhaut expandiert das Kohlendioxid und entzieht der Umgebung hierbei Wärme. Ein derartiges Spritzgussteil kann beispielsweise zum Löschen von Bränden eingesetzt werden.

Wie vorstehend anhand der beispielhaft genannten Anwendungen aufgezeigt, lässt sich das erfindungsgemäße mehrkomponentige Spritzgussteil für zahlreiche Anwendungen einsetzen.

Prinzipiell kann der Kern auch aus mehr als einem Material bestehen. Beispielsweise kann der Kern selbst mehrschichtig aufgebaut sein, wobei in das Material für den Kern ein weiteres Material eingespritzt wird.

Von Vorteil ist, dass die Herstellung des erfindungsgemäßen mehrkomponentigen Spritzgussteils nach den an sich bekannten Verfahrensprinzipien, Abläufen und mit Vorrichtungen erfolgen kann, wie sie für die Gasinjektionstechnologie eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass erfindungsgemäß beliebige Gegenstände, die eine äußere Hülle und eine weitere Komponente, die von der äußeren Hülle umgeben beziehungsweise eingeschlossen ist, in einem einzigen Verfahrensablauf erhalten werden können.

Bezugszeichenliste

Spritzgussvorrichtung

Werkzeug

Kavität

Spritzeinheit

Plastifiziereinrichtung

Einspritzantrieb

Einspritzkanal

Ventil

Fluidinjektionskanal

Schmelze

Hohlraum

Nebenkavität

Verbindungskanal

Ventil