CH626563A5

CH626563A5 -

Info

Publication number: CH626563A5
Application number: CH1044777A
Authority: CH
Inventors: Robert Hanning
Original assignee: Robert Hanning
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1981-11-30
Also published as: FR2364111A1; US4139177A; GB1549940A; DE2640607C2; BR7705976A; DE2640607B1; CA1102985A; JPS6154575B2; FR2364111B1; NL7709858A; JPS5333258A; IT1227778B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgiessen und Kühlen von Formlingen aus Kunststoff, wobei der Kunststoff in den Formhohlraum einer wenigstens zweiteiligen Spritzgiessform eingebracht und darin vorgekühlt wird, wobei im Anschluss daran die Spritzgiessform geöffnet, der Formling ausgestossen und danach fertiggekühlt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit aus mehreren Formteilen zusammengesetzter Spritzgiessform, deren Formteil Wandungen Bohrungen und Einlässe für die Einführung eines Kühlgases in den Formhohlraum aufweisen.

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Massnahmen erfolgt die Vorkühlung in der Spritzgiessform, die ihrerseits gekühlt ist und dazu mit Kühlkanälen versehen ist, durch die ein Kühlmittel fliesst. Danach erfolgt das Ausstossen mit einer mechanischen oder mit einer pneumatischen Ausstosseinrich-tung. Bei pneumatischen Ausstosseinrichtungen wird zumeist mit Druckluft gearbeitet, die in den Formhohlraum eingeführt wird (vgl. DE-AS 2 324 215). Zu diesem Zweck sind dann die Formteilwandungen in der beschriebenen Weise mit Bohrungen und Einlassen für die Druckluft versehen. Dabei mag im Bereich des Auftreffens der für das Ausstossen bestimmten Druckluft auf den Formling auch eine zusätzliche Kühlung erreicht werden. Dies ist dann jedoch ein unbeachtlicher Nebeneffekt, der zum Verfahrensablauf praktisch nichts beiträgt. Tatsächlich muss im Rahmen der bekannten Massnahmen der Formling verhältnismässig lange in der Spritzgiessform bleiben, und zwar so lange, bis der Formling insgesamt eine ausreichende Standfestigkeit aufweist. Das reduziert sogar die Anzahl der Konstruktionen, die sich spritzgiesstechnisch verwirklichen lassen. Die Zeit für diese Vorkühlung bestimmt folglich wesentlich die Taktzeit, mit der im Rahmen der bekannten Massnahmen eine Spritzgiessmaschine arbeitet. Lange Taktzeiten reduzieren die Ausnutzung der Spritzgiessmaschine und erhöhen die Investitionskosten, wenn bestimmte Stückzahl in' der Zeiteinheit verlangt wird. Unter Umständen müssen zur Erzielung solcher Stückzahlen zwei oder mehr Spritzgiessma-schinen aufgestellt werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemässes Verfahren so zu führen, dass mit extrem kurzen Taktzeiten gearbeitet werden kann. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Vorrichtung so weiter auszubilden, dass sie die Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens zulässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung zunächst in verfahrensmässiger Hinsicht, dass unmittelbar nach dem Einbringen des Kunststoffes in den Formhohlraum ein verflüssigtes Kühlgas zwischen Kunststoff und Formhohlraumwandung so eingeführt wird, dass es während einer Strömungszeit gasförmig durch mindestens eine Austrittsöffnung aus dem Formhohlraum austritt, dass die Strömungszeit so bemessen wird, dass der Formling eine gekühlte Oberflächenschale erhält, und dass der durch diese stabilisierte Formling ausgestossen, unmittelbar danach in ein Kühlbad eingeführt und darin fertiggekühlt wird. Als Kühlbad kommt im einfachsten Falle ein Wasserbad in Frage. — Die Erfindung nutzt die überraschende Tatsache, dass ein verflüssigtes Kühlgas, wird es in der beschriebenen Weise zwischen Kunststoff und Formhohlraumwandung eingebracht, sich fast augenblicklich über die gesamte Oberfläche des noch nicht erhärteten und standfesten Form-

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linges verteilt, wenn das Kühlgas durch Austrittsöffnungen austreten kann.

Dabei steht die Form im allgemeinen unter vollem Schliessdruck. Der Kühlgasdruck wird vorzugsweise durch auf einen bestimmten Druck eingestellte Überströmventileinrichtungen (Überdruckventile) gesteuert. Der Formling im Formhohlraum ist, wie die Erfindung erkannt hat, hinreichend komprimierbar (sei es durch Gaseinschlüsse oder weil er ohnehin aus geschäumtem Kunststoff ganz oder teilweise besteht), um den beschriebenen Ausbreitungseffekt des Kühlgases zuzulassen. Es bildet sich überraschenderweise gleichsam eine Abschreckschale an der Oberfläche des Formlinges, die den Formling insgesamt hinreichend stabil macht, um ihn aus-zustossen und ihn mit dem Ausstossen oder unmittelbar nach dem Ausstossen in ein Kühlbad einzuführen. Die Abschreckschale kann so dünn gewählt werden, dass ohne das nachgeschaltete Kühlbad der von der Spritzgiessform befreite Formling noch nicht «stehen» würde. Selbst wenn die Abschreckschale sehr dünn gewählt ist, tritt regelmässig bei der weiteren Abkühlung in dem Kühlbad kein störender Abkühlungsverzug auf. Darüber hinaus können Konstruktionen verwirklicht werden, die anders durch Spritzgiessen gar nicht gefertigt werden können. Die statisch bereits tragende Schale vermeidet Einfallstellen, so dass die Formteile stets eine glatte Oberfläche aufweisen. Im Ergebnis kann folglich die Taktzeit erheblich reduziert werden, und zwar auf ein Viertel bis sogar ein Zehntel der sonst üblichen Vorkühlzeit in der Spritzgiessform. Mit anderen Worten kann zwischen den Formteilen der Spritzgiessform nach dem Einspritzen des Kunststoffes in dem Formhohlraum auch das Einbringen des verflüssigten Kühlgases erfolgen und unmittelbar danach auch die Form geöffnet und der Aus-stossvorgang durchgeführt werden. Im Rahmen der Erfindung kann sowohl mit mechanischen Ausstossern als auch mit pneumatischen Ausstossern gearbeitet werden. Selbst wenn beim Ausstossen der Formling im Bereich der Ausstosser ein wenig verformt wird, bildet sich diese Verformung nachträglich zurück. Aus den Austrittsöffnungen der Spritzgiessform wird Kunststoff bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht ausgedrückt. Das gilt selbst dann, wenn die Fugen zwischen den Formteilen der Spritzgiessform ggf. mit zusätzlichen Ventilausbildungen, als Austrittsöffnungen dienen und sich bei Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens die Formteile ein wenig voneinander abheben oder ein wenig voneinander abgehoben werden, damit das Kühlgas in der beschriebenen Weise strömen kann. Stets lässt sich unschwer eine gezielte Strömung des Kühlgases erreichen.

Im einzelnen kann das erfindungsgemässe Verfahren auf verschiedene Weise spezifiziert werden. Im allgemeinen wird man mit Kohlendioxid als verflüssigtes Kühlgas arbeiten. Zu einwandfreien Formlingen, die auch sehr massgenau sind, kommt man dann, wenn das verflüssigte Kühlgas so eingeführt wird, dass es in gleichmässiger Verteilung den Formling umströmt und aus allen Austrittsöffnungen gleichzeitig austritt. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Austrittsöffnungen entsprechend anzuordnen, zu verteilen und einzurichten, z.B.

kann man die Fugen entsprechend einrichten, so dass die Fuge oder die Fugen überall den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, und ausserdem z.B. durch Anordnung der Einlässe dafür sorgen, dass das Kühlgas zwischen Kunststoff und Formhohlraumwand bis zur Fuge hin überall mehr oder weniger gleich lange Strömungswege zurückzulegen hat. Das gilt auch dann, wenn nicht die Fuge oder die Fugen als Austrittsöffnungen funktionieren, sondern im Bereich der Fugen ventilgesteuerte Austrittsöffnungen angeordnet sind. Um die Strömungszeit einzustellen genügt es insbes. bei der letztbeschriebenen Ausführungsform, so vorzugehen, dass beim Einführen des verflüssigten Kühlgases ein Kühlgasstoss erzeugt wird. Man kann durch die Länge des Kühlgasstosses die Strömungszeit einstellen. Überraschenderweise kann das verflüssigte Kühlgas bei geschlossener Spritzgiessform, bei geschlossenen Austrittsöffnungen eingeführt werden. Dabei wird die Tatsache ausgenützt, dass infolge der Gaseinschlüsse od.dgl. jeder Formling hinreichend komprimierbar ist bzw. bei Einführung des unter hohem Druck stehenden verflüssigten Kühlgases die mit Zwischenschaltung von elastischen Dichtungsmitteln aufeinander-gesetzten Formteile hinreichend voneinander abhebbar sind, so dass in der beschriebenen Weise das verflüssigte Kühlgas oder das wieder verdampfte Kühlgas sich ausbreiten und strömen kann. Von besonderem Vorteil ist, dass das Kühlgas durch die Druckentwicklung sein Austreten selber steuern kann.

In vorrichtungsmässiger Hinsicht ist die Erfindung, ausgehend von der gattungsgemässen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen und Einlässe für die Führung eines verflüssigten Kühlgases wärmeisoliert sind und mindestens eine Austrittsöffnung für das verdampfte Kühlmittel in einer der Formteilwandungen vorgesehen ist. Dabei kann der Aufbau der Formteile so getroffen sein, dass die Austrittsöffnungen im Bereich der Trennfuge bzw. Trennfugen angeordnet und mit Einstellmitteln für den Strömungswiderstand des austretenden Kühlmittels versehen sind, z.B. in Form von Dichtelementen, die entsprechend abgewandelt sind. Zweckmässigerweise kann die Ausbildung der Formteile so verwirklicht sein, dass die Austrittsöffnungen überall gleichen Strömungswiderstand aufweisen und dass die Bohrungen und Einlässe so angeordnet sind, dass das verflüssigte Kühlgas bzw. das daraus verdampfte Kühlgas zwischen Einlass und Austrittsöffnungen im wesentlichen gleich lange Strömungswege findet. Ferner können die Austrittsöffnungen mit die Austrittsströmung des Kühlgases steuernden Mitteln, z.B. Überdruckventilen, versehen sein. Die Einlässe können einen porösen Sintermetallkörper aufweisen. Man kann die Form auch über ein Teilstück öffnen, um das Kühlgas herauszulassen, und zwar auch pulsierend.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Schnitt durch eine für das erfindungsgemässe Verfahren eingerichtete Spritzgiessform zum Formspritzen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff,

Fig. 2 den linken Teil des Gegenstandes der Fig. 1 in anderer Ausführungsform,

Fig. 3 entsprechend einem vergrösserten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 eine andere Ausführungsform,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3, und

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Spritzgiessen und Kühlen von Formlingen aus thermoplastischem Kunststoff im Wege des Schaumformspritzens. Man erkennt eine zweiteilige Spritzgiessform 1, 2 zugeordnete Bauteile 3 einer Einrichtung zur Montage der Spritzgiessform 1, 2 sowie zum Auffahren und Zufahren, und die Auswerfervorrichtung mit den Auswerfern. Die Spritzgiessformteile 1 und 2 mögen gekühlt sein und Kühlmittelbohrungen aufweisen, was nicht gezeichnet worden ist.

Die Auswerfer 4 sind mechanische Auswerferelemente, die mit der Spritzgiessform 1, 2 integriert sind. Sie können zugleich für die Kühlmitteleinführung eingerichtet und dazu mit Einlassköpfen 5 ausgerüstet sein. Es versteht sich von selbst, dass entsprechende Kühlmittelleitungen 6 zu diesen Einlassköpfen 5 führen. Dabei ist jedoch im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die Anordnung so getroffen, dass Einlässe 7 für die Zuführung eines verflüssigten Kühlgases vorgesehen sind, die nicht als Ausstos-

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ser funktionieren. Solche sind auch in den Fig. 2 bis 4 nicht dargestellt worden. Man erkennt, dass die Einlassköpfe 5 oder Einlässe 7 einen porösen Sintermetallkörper 15 aufweisen. Anderseits könnte auch mit Schlitzdüsen oder dergleichen gearbeitet werden.

Um im Anschluss an einen Kühlmittelstoss oder anstelle eines Kühlmittelstosses auch andere Stoffe einzuführen, sind im Ausführungsbeispiel die Einlassköpfe 6 oder Einlässe 7 über ein Hochdruckventil 8 an unterschiedliche Druckmittelleitungen 6, 9, 10 anschaltbar. Dabei mag die Leitung 6 für die Zuführung des verflüssigten Kühlgases dienen, sie ist über eine Pumpe 11 nach Art einer Dieselpumpe od.dgl. an ein entsprechendes Kühlmittelreservoir 12 angeschlossen. Man kann nach der Kühlmitteleinführung, z.B. zum Zwecke des Ausstossens, auch andere Druckmittel einführen, z.B. Druckluft, dazu dienen die Pumpen 13 mit Reservoiren 14. Im Ergebnis kann das Spritzgiessen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff so durchgeführt werden, dass die Formlinge F zunächst einem Kühlmittelstoss unterworfen werden.

Man entnimmt aus den Figuren insbes., dass die Spritzgiessform 1, 2 aus mehreren Formteilen unter Fugenbildung zusammengesetzt ist. Die Bohrungen und Einlässe 7 sind für die Führung eines verflüssigten Kühlgases ausgelegt und wärmeisoliert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Trennfugen 15 durch Bearbeitung und Passung so aufgebaut, dass sie überall gleichen Strömungswiderstand aufweisen. Sie s dienen so als Austrittsöffnungen im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens. Im Bereich der Trennfugen 16 können dabei Einstellmittel für den Strömungswiderstand des austretenden Kühlgases angeordnet sein, z. B. entsprechend abgewandelte Dichtelemente. Die Bohrungen und die Einlässe 7 io sind so angeordnet, dass das verdampfte Kühlgas zwischen Einlass 7 und Trennfuge 16 im wesentlichen gleich lange Strömungswege findet. So wird der Kunststoff im Formhohlraum überall gleichmässig umströmt und es entsteht die für das erfindungsgemässe Verfahren wesentliche Abschreckschale. 15 Zum gleichen Ergebnis führt die Ausführungsform nach Fig. 2. Hier ist in der Trennfuge 16 ein elastisches Dichtungsmittel 17 angeordnet. Im Bereich der Trennfuge 16 sind Austrittsöffnungen 18 mit Überströmventilen 19 vorgesehen. Ebensolche können auch beim Einspritzen des Kunststoffes in Funktion 20 treten, um die Luft aus dem Formraum austreten zu lassen. Die Einlässe 7 weisen einen porösen Sintermetallkörper 15 auf.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Spritzgiessen und Kühlen von Formlin-gen aus Kunststoff, wobei der Kunststoff in den Formhohlraum einer wenigstens zweiteiligen Spritzgiessform eingebracht und darin vorgekühlt wird, wobei im Anschluss daran die Spritzgiessform geöffnet, der Formling ausgestossen und danach fertiggekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Einbringen des Kunststoffes in den Formhohlraum ein verflüssigtes Kühlgas zwischen Kunststoff und Formhohlraumwandung so eingeführt wird, dass es während einer Strömungszeit gasförmig durch mindestens eine Austrittsöffnung (16,18) aus dem Formhohlraum austritt, dass die Strömungszeit so bemessen wird, dass der Formling (F) eine gekühlte Oberflächenschale erhält, und dass der durch diese stabilisierte Formling (F) ausgestossen, unmittelbar danach in ein Kühlbad eingeführt und darin fertiggekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als verflüssigtes Kühlgas Kohlendioxid verwendet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Kühlgas so eingeführt wird, dass es in gleichmässiger Verteilung den Formling (F) umströmt und aus allen Austrittsöffnungen (16,18) gleichzeitig austritt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einführen des verflüssigten Kühlgases ein Kühlgasstrom erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Kühlgas bei geschlossener und unter Schliessdruck stehender Spritzgiessform (1, 2) und geschlossenen Austrittsöffnungen (16,18) eingeführt wird und dass danach die Austrittsöffnung (16) bzw. die Austrittsöffnungen (16, 18) geöffnet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Kühlgas bei nach dem Einbringen des Kunststoffes spaltbreit geöffneter Spritzgiessform (1,2) eingeführt wird, wobei die Spaltbreite so bemessen wird, dass das Kühlgas praktisch drucklos eingeführt werden kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt des Kühlgases an der Austrittsöffnung bzw. an den Austrittsöffnungen (16,18) gesteuert wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit aus mehreren Formteilen zusammengesetzter Spritzgiessform, deren Formteilwandungen, Bohrungen und Einlasse für die Einführung eines Kühlgases in den Formhohlraum aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (6, 9, 10) ein Einlässe (7) für die Führung eines verflüssigten Kühlgases wärmeisoliert sind und mindestens eine Austrittsöffnung (18) für das verdampfte Kühlmittel in einer der Formteilwandungen vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (18) im Bereich der Trennfugê bzw. Trennfugen (16) angeordnet und mit Einstellmitteln für den Strömungswiderstand des austretenden Kühlmittels versehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (18) überall gleichen Strömungswiderstand aufweisen und dass die Bohrungen (6, 9, 10) und Einlässe (7) so angeordnet sind, dass das verflüssigte Kühlgas bzw. das daraus verdampfte Kühlgas zwischen Einlass (7) und Austrittsöffnungen (18) im wesentlichen gleich lange Strömungswege findet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (18) mit die Austrittsströmung des Kühlgases steuernden Mitteln (19), z.B. Uberdruckventilen, versehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (7) einen porösen Sintermetallkörper (15) aufweisen.