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Die Erfindung betrifft eine Schmelzespeichervorrichtung für ein Spritzgießwerkzeug und ein zugehöriges Masserückdrückverfahren für Kunststoffe, welche den aus einer Kavität zurückfließenden Schmelzestrom so verstärken, dass die zurückströmende Schmelze bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine gelangen und diese Schmelze für den nächsten Spritzgießvorgang wieder genutzt werden kann.
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Die Schmelzemasse eines Schmelzestroms aus einem Spritzgießwerkzeug in die angeschlossenen Plastifizier- und Einspritzeinheit wieder zurückdrücken ist allgemeiner Stand der Technik. Dies wird vor allem genutzt um in einem Spritzgießteil innen einen Formhohlraum herzustellen. Dabei wird der Werkzeughohlraum entweder vorab nur teilweise mit Kunststoffschmelze gefüllt oder es wird ein Werkzeughohlraum zwar vollständig gefüllt aber anschließend wieder durch die Bewegung von Werkzeugeinsätzen vergrößert, um das durch Gas oder Flüssigkeit vergrößerte Kunststoffvolumen aufzunehmen und um einen Hohlkörper herzustellen. Dies ist beschrieben in der
US 41 01 617 A . Weiterhin kann ein Rückfließen der Schmelze auch beim Verkleinern des Formhohlraums, wie es beim Spritzprägen üblich ist, erfolgen.
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Auch ist es z. B. aus der
DE 40 33 298 A1 bekannt, dass die in der Kavität der Form befindliche Schmelze durch Injizieren von Gas oder einer Flüssigkeit zur Herstellung von Hohlkörpern teilweise verdrängt wird. Durch den Fließwiderstand der zurück in den Schneckenvorraum der Plastifizier- und Einspritzeinheit fließenden Schmelze ist ein bestimmter Druck im Verdrängungsgas oder in der Verdrängungsflüssigkeit erforderlich, der die Strömung antreibt. Durch eine angeordnete Sperreinrichtung kann dabei der abfließende Schmelzestrom unterbrochen werden und es erfolgt eine Verdichtung der in der Kavität verbliebenen Schmelze. Als nachteilig ist hierbei anzusehen, dass zum Antreiben des abfließenden Schmelzestromes lediglich der maximal mögliche Druck der Gas- bzw. Flüssigkeitsinjektionseinrichtung zur Verfügung steht. Die Geschwindigkeit des abfließenden Schmelzestromes ist dabei vorrangig in Folge der zu überwindenden Fließwiderstände von der Höhe des sich einstellenden Druckes abhängig. Bei größeren Fließwiderständen sind somit dem Abfließen der Schmelze bis in den Schneckenvorraum Grenzen gesetzt, was einen Nachteil darstellt und dazu führt, dass sich die Hohlkörper nicht vollständig ausbilden können.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Schmelzespeicher bekannt, die als sogenannter ”Nachdruckbaustein” Schmelze aufnehmen und nach dem Einspritzen über eine kraftbelastete Kolbenfläche Druck auf die in der Kavität befindende Schmelze ausüben, um die Schwindung während des Erstarrens der Schmelze auszugleichen: Solch eine Lösung ist z. B. in der
DE 42 24 196 A1 beschrieben. Hier speichern diese Vorrichtungen die Schmelze aber nur vor deren Einspritzen in die Kavität, d. h während eines irreversiblen Prozesses.
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In der
DE 102 39 339 A1 ist eine technische Lösung beschrieben, bei der ein Zwischenspeicher vor einer Kavität angeordnet ist. Dieser Zwischenspeicher kann nur direkt von der Spritzeinheit aus immer wieder von neuem mit Schmelze gefüllt werden. Er wirkt nur in Richtung zur Kavität hin und dient als Speicher für jeweils neu bereitgestellte Schmelze. Diese Lösung ist konstruktiv aufwändig und bedarf einer gesonderten Ventilsteuerung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schmelzespeichervorrichtung für ein Spritzgießwerkzeug und ein zugehöriges Masserückdrückverfahren zu schaffen, die den aus einer Kavität zurückfließenden Schmelzestrom bei niedrigen Drücken mechanisch möglichst wenig belasten und auf einfache Art und Weise so verstärken, dass die zurückströmende Schmelze wahlweise gar nicht, teilweise oder vollständig problemlos bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine gedrückt werden kann und dieser zurück gewonnene Schmelzeanteil wieder vollständig für den nächsten Spritzgießvorgang genutzt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Schmelzespeichervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Masserückdrückverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Schmelzespeichervorrichtung für ein Spritzgießwerkzeug besteht aus einem oder mehreren zusätzlich angeordneten Schmelzespeichern. Diese Schmelzespeicher sind mit der Schmelzeleitung zwischen Spritzgießwerkzeug (Kavität) und Plastifizier- und Einspritzeinheit verbunden. Zwischen Schmelzespeicher und Kavität ist ein Sperrventil in der Schmelzeleitung angeordnet. Dabei ist mindestens ein Schmelzespeicher im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik pro Kavität zusätzlich angeordnet. Beim Masserückdrückverfahren für Schmelze erfolgt nach dem Einspritzen einer oder mehrerer Schmelzen ein Einpressen eines Verdrängungsmittels in das Innere des Spritzgießwerkzeuges, d. h. in die Kavität. Das Sperrventil ist dabei offen und es erfolgt ein Rückfließen der überflüssigen Schmelze aus der Kavität. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren wird aber nun die zurückgedrückte Schmelzemenge im zusätzlich angeordneten Schmelzespeicher ganz oder teilweise zwischengespeichert. Der Schmelzespeicher dient dabei als Schmelzestromverstärker. Der als Schmelzestromverstärker arbeitende Schmelzespeicher kann je nach Ausführung wahlweise an verschiedenen Positionen angeordnet und mit der Schmelzeleitung verbunden werden. In einer Nebenposition ist er als Nebenflussspeicher über eine Stichleitung mit der Schmelzeleitung verbunden. Durch entsprechende Dimensionierung des Nebenflussspeichers einschließlich der Rohrquerschnitte der Stichleitung und der einzelnen Abschnitte der Schmelzeleitung können sowohl die im System herrschenden Druckverhältnisse als auch der Volumenstrom der zurück drückbaren Schmelzemenge genau eingestellt werden. Dabei wird beim Verdrängen der Schmelze aus der Kavität eine definierte Schmelzemenge in den Nebenflussspeicher gedrückt. Hierbei stellt sich ein geringerer kavitätsseitiger Schmelzedruck ein, als der einspritzseitige Schmelzedruck, der notwendig ist, um die Schmelze in die Plastifizier- und Einspritzeinheit über eine in der Regel längere Schmelzeleitung zu drücken. Nachdem mittels bekannter Maßnahmen die gewünschte Schmelzemenge aus der Kavität zurück gedrückt wurde, wird das Sperrventil geschlossen. Die zwischengespeicherte Schmelzemenge aus dem Nebenflussspeicher kann nunmehr wieder vollständig mit hohem Druck in die Plastifizier- und Einspritzeinheit gedrückt werden, wo diese dann im nächsten Schuss mit als erstes wieder in die Kavität eingespritzt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass bereits die mechanisch am meisten belastete Schmelzemenge (Teilmenge des kavitätsseitigen Volumenstroms) jeweils im nächsten Schuss auf jeden Fall verarbeitet wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht auch die Möglichkeit diese Schmelzemenge im nächsten Schuss direkt aus dem Nebenflussspeicher nach Öffnen des Sperrventils als erste Schmelzemenge in die Kavität durch Betätigen der Kolbenstange des Nebenflussspeichers einzuspritzen. Erst danach wird die Schnecke der Plastifizier- und Einspritzeinheit in Eingriff gebracht und die restliche Teilmenge der Schmelze eingespritzt. Dies hat den Vorteil, dass die mechanisch ja mehrfach bewegte Schmelzemenge vollständig immer im unmittelbaren Folgeschuss verarbeitet wird und immer nur frische Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit eingespritzt wird. Bei dieser Verfahrensweise kommt es zu einem kontinuierlich verlaufenden Einspritzvorgang bei minimaler mechanischer Belastung der einzuspritzenden Schmelzemenge, da der einspritzseitige Volumenstrom immer nur mit dem einspritzseitigen Schmelzedruck beaufschlagt wird.
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Eine andere Anordnung mindestens eines Schmelzespeichers ist seine Einbindung direkt in den Hauptstrom der einzuspritzenden Schmelze. In dieser Position als Durchflussspeicher wirkt der Schmelzespeicher in Richtung der Kavität während der Hubphase als Volumenstromverstärker und in Richtung der Plastifizier- und Einspritzeinheit als Schmelzedruckverstärker. Nach der Hubphase ist seine Wirkung jeweils aufgehoben. Der Durchflussspeicher ist dabei in die Schmelzeleitung integriert angeordnet und wird jeweils während der Einspritz- und Masserückdrückphase vom Schmelzestrom durchflossen.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass keine zusätzlichen Hilfsenergien und Steuerungen notwendig sind und der Durchflussspeicher seine Funktionen, nur durch die in beide Richtungen durch diesen fließenden Schmelzeströme realisiert. Die Schmelze wird aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit eingespritzt und gelangt über die Schmelzeleitung in den Bereich zwischen einspritzseitiger Wand des Durchflussspeichers und plastifizierseitige Kolbenfläche des Stufenkolbens. Durch den anliegenden einspritzseitigen Schmelzedruck wird der Stufenkolben nach links bewegt. Im Inneren des Stufenkolbenkanals ist ein federbelastetes Sperrkolbenventil geführt und angeordnet. Die Federkraft dieser Druckfeder ist so groß, dass dieses federbelastete Sperrkolbenventil solange geschlossen bleibt, bis die werkzeugseitige Kolbenfläche an der werkzeugseitigen Wand des Durchflussspeichers in der Endlage anliegt. Nach Erreichen der Endlage des Hubes wirkt der einspritzseitige Schmelzedruck allein auf das Sperrkolbenventil, wodurch das Sperrkolbenventil geöffnet wird. Dann kann die Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit als Volumenstrom direkt in die Kavität 3 fließen. Dabei baut sich der kavitätsseitige Schmelzedruck in Abhängigkeit der wirksamen Querschnitte und Flächen der kavitätsseitigen Schmelzeleitung des Angusskanals und der Kavität auf. Nachdem die Kavität gefüllt ist, stellt sich ein Druckausgleich zwischen dem einspritzseitigen Schmelzedruck und dem kavitätsseitigen Schmelzedruck ein. Zu diesem Zeitpunkt schließt das federbelastete Sperrkolbenventil.
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Danach wirkt auf die Kavität eine Kraft, welche einen Schmelze-Rückfluss (Masserückdrücken einer Teilmenge des kavitätsseitigen Volumenstroms) über den Angusskanal aus der Kavität in den Durchflussspeicher bewirkt. Der Masserückdrückschmelzestrom wirkt, da das federbelastete Sperrkolbenventil geschlossen ist, auf die werkzeugseitige Kolbenfläche und bewegt dadurch den Stufenkolben nach rechts. Es gelangt keine Schmelze von der linken Speicherkammer in die rechte Einspritzkammer. Nach Erreichen des Hubendes, welches auch durch mechanische Anschläge einstellbar ist, ist das Volumen der Speicherkammer, die durch die inneren Wandflächen der Durchflussspeicherkammer und die werkzeugseitige Kolbenfläche begrenzt wird, gefüllt. Durch das Flächenverhältnis des Stufenkolbens wird während des Rückströmens der Schmelze eine Druckübersetzung bewirkt, so dass der Schmelzestrom, welcher aus der Einspritzkammer des Durchflussspeichers in die Plastifizier- und Einspritzeinheit fließen soll, größere Strömungswiderstände überwinden kann. Der abfließende Schmelzestrom ist um den Betrag des Flächenverhältnisses des Stufenkolbens kleiner, so dass nur ein Teil des aus der Kavität in den Speicher fließenden Volumens bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit fließt. Vorteilhaft ist dabei, dass dadurch die mechanische Belastung der Schmelze geringer ist. Die Einbaulage des Durchflussspeichers ist beliebig: z. B. als Bestandteil der Form des Spritzgießwerkzeugs, Einbau in eine Zwischenplatte bzw. Adapterplatte oder direkt an die Plastifizier- und Einspritzeinheit.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der als Schmelzestromverstärker für ein Spritzgießwerkzeug wirkende Schmelzespeicher allein schmelzflussgesteuert ausgebildet, das heißt an seinem Kolben liegt keine Kraft an. Es sind dann lediglich Einrichtungen vorhanden mit denen die Hublänge des Kolbens genau eingestellt werden kann.
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Eine weitere Verbesserung des Schmelzestromverstärkers kann erreicht werden, wenn der Schmelzespeicher schmelzflussgesteuert und fremdgesteuert ausgebildet ist. Dabei können vor allem Druckspitzen auf die Schmelze weitgehend vermieden werden. In einer Sonderausführung kann der Schmelzespeicher nur fremdgesteuert ausgebildet sein. Dies bedeutet, sein Kolben wird allein über geeignete Vorrichtungen und Steuereinheiten bewegt.
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Dies ist zwar aufwändiger, hat aber den Vorteil dass die Zykluszeit pro Spritzgießvorgang weiter verkürzt werden kann.
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Auch ist es bei Fremdsteuerung des Kolbens des Schmelzespeichers sinnvoll, wenn der Kolben des bzw. der Schmelzespeicher über geeignete Maßnahmen oder Einrichtungen mit der Verdrängungsmitteleinheit verbunden ist und durch diese steuerbar ausgebildet ist.
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Dadurch werden Druckstoße auf die zurückzudrückende Schmelzemenge weitgehend vermieden.
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Bei der Anordnung des Schmelzespeichers als Durchflussspeicher ist in seinem Inneren ein spezieller Stufenkolben mit einem vorzugsweise zentrisch ausgebildeten Stufenkolbenkanal angeordnet. Dabei ist dessen werkzeugseitige Kolbenfläche größer als die plastifizierseitige Kolbenfläche dimensioniert. Der spezielle Stufenkolben mit dem zentrischen Stufenkolbenkanal ist vorteilhafterweise mit einem axial wirkenden Sperrventil verbunden, dass mit einem Durchflusskanal versehen ist.
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Vorteilhaft ist dabei die Ausführung, wenn das Sperrventil im Inneren Stufenkolben angeordnet und zudem federbelastet ausgebildet ist.
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Auch eine Anordnung des Sperrventils an anderer entsprechend geeigneter Stelle der Schmelzeleitung ist möglich. So kann das Sperrventil z. B. unmittelbar vor dem Durchflussspeicher in der Schmelzeleitung integriert angeordnet sein. Das Sperrventil kann auch durch andere Mittel betätigbar sein. Es kann als übliches Rückschlagventil, als mechanisch, fluidisch, elektrisch oder magnetisch betätigbares Sperrventil je nach Anwendungsfall ausgebildet sein.
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In einer speziellen Ausbildung des erfindungsgemäßen Masserückdrückverfahren für Schmelzen wird die zwischengespeicherte Schmelzemenge teilweise oder vollständig in die Kavität oder in die Plastifizier- und Einspritzeinheit in einem gesonderten Zyklus zurück gedrückt. Dies ist zum Beispiel denkbar, wenn aus verschiedenen Gründen die zwischengespeicherte Schmelzemenge z. B. aus thermischen, mechanischen oder zeitlichen Gründen für ein Spritzgussteil nicht mehr verwendet werden kann. Solche Fälle können unter anderem sein, Störungen an der Spritzgießmaschine, Werkzeugwechsel, Werkzeugwartung oder Düsenwechsel.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Durchflussspeichers mit einem Stufenkolben mit der speziellen Ausbildung des innenliegenden Sperrventils wird beim Masserückdrückverfahren das innenliegende Sperrventil zur Schmelzesteuerung auf sehr einfache Art und Weise nur allein über die Bewegung des Stufenkolbens mittels des Volumenstroms der Schmelze gesteuert.
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Auch Anordnungen, wo ein oder mehrere Nebenflussspeicher mit einem oder mehreren Durchflussspeichern kombiniert werden, sind im Rahmen der Erfindung ausführbar. Dies ist insbesondere bei Spritzgießmaschinen, die mehrere unterschiedliche Schmelzen verarbeiten bzw. bei Kavitäten 3 mit mehreren Anspritzpunkten, denkbar.
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Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Masserückdrückverfahrens für Schmelzen mit einem Schmelzestromverstärker für ein Spritzgießwerkzeug mit in der Schmelzeleitung zwischen Spritzgießwerkzeug (Kavität) und Plastifizier- und Einspritzeinheit angeordnetem Sperrventil liegt darin, dass die gesamte Menge des Schmelzestroms, der aus der Kavität abfließenden Schmelze auf Grund der Anordnung, konstruktiven Ausbildung und der Dimensionierung des Schmelzespeichers, die auf den Schmelzestrom wirkenden Schmelzedrücke im Vergleich zu bisherigen Lösungen beträchtlich niedriger gehalten werden können. Insgesamt wird damit auch die Belastung der in der Kavität verbleibenden Schmelze, bevor diese erstarrt, erheblich verringert, was sich letztlich besonders positiv auf die Formteileigenschaften auswirkt. Zudem kann durch entsprechende Dimensionierung der sich im Eingriff befindlichen Kolbenflächen des Schmelzespeichers, die auf die Schmelze wirkende Schmelzedruckbelastung in Abhängigkeit von dem zu verarbeitenden Schmelzwerkstoff genau eingestellt werden. Der Schmelzespeicher wirkt:
- – bei Volumenstrom in die Kavität als Volumenstromverstärker
- – bei Volumenstrom aus der Kavität als Druckverstärker.
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Beim erfindungsgemäßen Masserückdrückverfahren wird durch das Einspritzen von Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit in die Kavität und das Rückströmen einer Teilmenge der Schmelze aus dieser, der Kolben des Schmelzespeichers pro Zyklus bewegt, wobei ein regelmäßiges Spülender Speichervolumen erfolgt. Hierdurch wird eine ständige Erneuerung der im Schmelzespeicher verbleibenden Schmelze erreicht. Damit wird jeweils die Verweilzeit von aus dem Werkzeug verdrängter Schmelze zuverlässig auf einen einzigen Zyklus begrenzt. Weiterhin wird die gesamte Menge der zurückgeflossenen Schmelze bereits zu Beginn eines neuen Zyklus als erstes verarbeitet, wodurch eine thermische bzw. mechanische Schädigung der zurückgedrückten Schmelze vermieden werden kann. Dadurch verbessert sich die Qualität der erzeugten Spritzgießteile. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in unmittelbarer Nähe der Kavität ein bestimmtes Volumen gespeichert ist, was auf kurzem Weg und in kurzer Zeit eingespritzt werden kann.
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Dadurch verringert sich die Zyklusdauer für den gesamten Spritzgießvorgang. Vorteilhaft ist des Weiteren, dass der Schmelzespeicher während seiner Hubphase, d. h. wenn die Schmelze von der Plastifizier- und Einspritzeinheit in Richtung Kavität fließt, aufgrund der beaufschlagten Kolbenflächen und als Volumenstromverstärker wirkt.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand der 1 bis 5 näher beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch die Anordnung eines Schmelzespeichers 7 als Nebenflussspeicher 8, der über eine Stichleitung 18 an der Schmelzeleitung 5 zwischen Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 und Kavität 3 angeschlossen ist
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2 zeigt schematisch einen Schmelzespeicher 7 als Durchflussspeicher 15, der direkt in der Schmelzeleitung 5 angeordnet ist
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3 zeigt den ersten Verfahrensschritt des Masserückdrückverfahrens – Einspritzen der Schmelze in einen Durchflussspeicher 15
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4 zeigt den zweiten Verfahrensschritt Einspritzen der Schmelze in die Kavität 3 aus der nachgeschalteten Plastifizier- und Einspritzeinheit 10
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5 zeigt den dritten Verfahrensschritt Rückfluss der Schmelze in einen Durchflusspeicher 15
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Der Schmelzespeicher 7 gemäß 1 ist in der Position als Nebenflussspeicher 8 angeordnet. Er ist über eine Stichleitung 18 an der Schmelzeleitung 5 zwischen Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 und Kavität 3 angeschlossen. Die Schmelzeleitung 5 ist über ein Sperrventil 6 und über den Angusskanal 4 weiterführend mit der Kavität 3 verbunden. Die Kavität 3 befindet sich in einem auswerferseitigen Werkzeugteil 1 und einem düsenseitigen Werkzeugteil 2. Beim Einspritzen der Schmelze in die Kavität 3 ist das Sperrventil 6 offen und die Kolbenstange des Nebenflussspeichers 8 ist blockiert oder es greift an dieser eine Kraft F an, die verhindert, dass Schmelze in den Nebenflussspeicher 8 fließt. Nach erfolgten Einspritzen wird ein Teil der Schmelze aus der Kavität 3 durch Injizieren von Fluid oder durch geeignete mechanische Einrichtungen aus dieser verdrängt und fließt über den Angusskanal 4 aus der Werkzeugform (Kavität 3). Bei geringen Fließwiderständen ist es möglich, dass die an der Kavität 3 auf den Volumenstrom der Schmelze wirkende Kraft ausreicht, einen Schmelzestrom zu erzeugen, der bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 fließt. Bei größeren Fließwiderständen fließt diese Schmelze beim Masserückdrückverfahren zunächst in den Nebenflussspeicher 8. Die an der Kolbenstange des Nebenflussspeichers 8 angreifende Kraft F ist hierbei Null. Damit wird der gesamte aus der Kavität 3 rückfließende Schmelzestrom im Nebenflussspeicher 8 aufgenommen. Nach Füllung des Nebenflussspeichers 8 wird das Sperrventil 6 so geschalten, dass der Schmelzekanal 5 zur Kavität 3 unterbrochen wird und an der Kolbenstange 9 des Nebenflussspeichers 8 greift eine so große Kraft F an, dass der Fließwiderstand beim Rückströmen des Schmelzestromes in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 überwunden wird. Die Geschwindigkeit mit der die Kolbenstange 9 angetrieben wird, ist einstellbar. Mit dieser Einrichtung des erfindungsgemäßen Schmelzespeichers 7 wird es erstmals möglich, ein von den Druckverhältnissen in der Kavität 3 und den daraus bedingten auf die Schmelze wirkenden mechanischen Kräften unabhängiges Rückfließen des gesamten Rückflußschmelzestromes zurück bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 auf einfache Art und Weise durchführen zu können. Prinzipiell ist es auch möglich, die im Nebenflussspeicher 8 zwischengespeicherte zurückgedrückte Schmelzemenge, nicht wieder bis in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 zurückzudrücken, sondern diese im nächsten Zyklus als erstes direkt wieder in die Kavität 3 fließen zu lassen. Dadurch ist gewährleistet, dass immer wieder pro Zyklus alle zurück geströmte Schmelze vollständig im Folgezyklus verbraucht wird.
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In der Anordnung des Schmelzespeichers 7 als Durchflussspeicher 15 direkt in der Schmelzeleitung 5 wird durch die konstruktive Ausbildung auf einfache Art und Weise in Richtung der Kavität 3 während der Hubphase eine Volumenstromverstärkung und in Richtung der Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 eine Schmelzesdruckverstärkung erreicht.
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Der Vorteil des Durchflussspeichers 15 gemäß 2 ist hierbei gegenüber den Nebenflussprinzip in 1, dass keine zusätzlichen Hilfsenergien und Steuerungen notwendig sind und der Durchflussspeicher 15 seine Funktionen nur durch die in beide Richtungen durch ihn fließende Volumenströme realisiert. Nach Beendigung jeder Hubphase sind diese Wirkungen jeweils aufgehoben. Der Durchflussspeicher 15 ist dabei in die Schmelzeleitung 5 integriert angeordnet und wird jeweils während der Einspritz- und Masserückdrückphase vom Schmelzestrom durchflossen. Die Schmelze wird aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 eingespritzt und gelangt über die Schmelzeleitung 5 in den Bereich zwischen einspritzseitiger Wand des Durchflussspeichers 15 und plastifizierseitiger Kolbenfläche 13 des Stufenkolbens 11. Durch den einspritzseitigen Schmelzedruck wird der Stufenkolben 11 nach links bewegt. Im Inneren des Stufenkolbenkanals 19 ist ein federbelastetes Sperrkolbenventil 16 geführt und angeordnet.
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Die Federkraft dieser Druckfeder ist so groß, dass dieses federbelastete Sperrkolbenventil 16 solange geschlossen bleibt, bis die werkzeugseitige Kolbenfläche 12 an der werkzeugseitigen Wand des Durchflussspeichers 15 in der Endlage anliegt. Nach Erreichen der Endlage des Hubes steigt der Druck in der Schmelze und das Sperrkolbenventil 16 öffnet. Dann kann die Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 direkt in die Kavität 3 fließen. Nachdem die Kavität 3 gefüllt ist, stellt sich ein Druckausgleich ein. Zu diesem Zeitpunkt schließt das federbelastete Sperrkolbenventil 16. Danach wirkt auf die Kavität 3 eine Kraft, welche einen Schmelzerückfluss über den Angusskanal 4 aus der Kavität 3 in den Durchflussspeicher 15 bewirkt. Der Masserückschmelzestrom wirkt, da das federbelastete Sperrkolbenventil 16 geschlossen ist auf die werkzeugseitige Kolbenfläche 12 und bewegt dadurch den Stufenkolben 11 nach rechts. Es gelangt keine Schmelze von der linken Speicherkammer in die rechte Einspritzkammer. Nach Erreichen des Hubendes, welches auch durch mechanische Anschläge einstellbar ist, ist das Volumen der Speicherkammer, die durch die inneren Wandflächen der Durchflussspeicherkammer und die werkzeugseitige Kolbenfläche 12 begrenzt wird, gefüllt. Durch das Flächenverhältnis der beiden Kolbenflächen 12, 13 des Stufenkolbens 11 wird während des Rückströmens der Schmelze eine Druckübersetzung bewirkt, so dass der abfließende Schmelzestrom, welcher aus der Einspritzkammer des Durchflussspeicher 15 in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 fließen soll, größere Strömungswiderstände überwinden kann. Gleichzeitig erfolgt eine Volumenstromübersetzung, so dass bei entsprechender Ausbildung des Schmelzespeichers 7 nur ein Teil des aus der Kavität 3 abfließenden Volumenstroms in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 gelangt.
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An Hand der 3 bis 5 sollen die einzelnen Verfahrensschritte des Masserückdrückverfahrens mit Hilfe einer speziellen Konstruktion eines Durchflussspeichers 15 mit in einem Stufenkolbenkanal 19 angeordneten innenliegenden Sperrventil 14:
- – Einspritzen der Schmelze in einem Durchflussspeicher 15 per Volumenstrom Q1
- – Einspritzen der Schmelze in die Kavität 3 aus der nachgeschalteten Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 per Volumenstrom Q2
- – Rückfluss der Schmelze (Teilmenge des Volumenstroms Q2)
erläutert werden.
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Im Inneren des Stufenkolbens 11 ist eine mögliche Variante eines speziell abgesetzten Stufenkolbenkanals 19 angeordnet, in dem ein Sperrventil 14 beweglich geführt ist. Dieses im Querschnitt t-förmige Sperrventil 14 ist federbelastet im Inneren des abgesetzten Stufenkolbenkanals 19 eingebaut. Die Feder 17 kann wahlweise sowohl als Druckfeder als auch aus Zugfeder ausgebildet sein. In der Ausführung der Feder 17 als Zugfeder wird das Sperrventil 14 in der Ausgangsposition in Sperrstellung in rechter Position gehalten. Beim Einspritzen von Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 in den Durchflussspeicher 15 wirkt der Volumenstrom Q1 mit einem einspritzseitigen Schmelzedruck P1 auf die plastifizierseitige Kolbenfläche 13. Dabei wird der Stufenkolben 11 nach links bewegt. Das Sperrventil 14 wird durch den einspritzseitigen Schmelzedruck P1 der einfließenden Schmelze über den rechten Teil des Stufenkolbenkanals 19 nach links bewegt, so das die Wirkung der Zugfeder aufgehoben wird und das Sperrventil 14 auf die linke Innenfläche im abgesetzten Schmelzekanal aufläuft und in der linken Sperrposition ein Weiterfließen der Schmelze verhindert. Erreicht der Stufenkolben 11 das Hubende, d. h. er läuft auf die linke Innenwand des Durchflussspeichers 15 auf, wird das Sperrventil 14 geöffnet. Das Sperrventil 14 bleibt stehen und der Stufenkolben 11 bewegt sich weiter bis der t-förmige Durchflusskanal 20 im Sperrventil 14 freigegeben wird. Dann kann die Schmelze solange in die Kavität 3 fließen, bis diese gefüllt ist. Dabei wird über den kavitätsseitigen Volumenstrom Q2 ein kavitätsseitiger Schmelzedruck P2 erzeugt. Dieser ist abhängig von den Querschnitten der kavitätsseitigen Schmelzeleitung 5, des Angusskanals 4 und der Kavität 3. Nach Erreichen des Druckausgleiches, Schmelzedruck P1 gleich Schmelzedruck P2, zwischen Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 und Kavität 3 wird das Sperrventil 14 durch die Zugkraft der Zugfeder geschlossen. Während des Masserückdrückverfahrens erfolgt ein Rückfluss der überflüssigen Schmelze aus der Kavität 3 in die Speicherkammer des Durchflussspeichers 15. Dabei wirkt die rückfließende Teilmenge des Volumenstroms Q2 auf die werkzeugseitige Kolbenfläche 12 des Stufenkolbens 11 und der Stufenkolben 11 bewegt sich nach rechts. Da das Sperrventil 14 in rechter Sperrstellung bleibt, wird zuverlässig ein Rückfluss des mechanisch belasteten Schmelzerestes in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 verhindert.
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In der Ausführung der Feder 17 als Druckfeder wird das Sperrventil 14 in der Ausgangsposition in Sperrstellung in linker Position gehalten. Beim Einspritzen von Schmelze aus der Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 in den Durchflussspeicher 15 wirkt der Volumenstrom Q1 mit einem einspritzseitigen Schmelzedruck P1 auf die plastifizierseitige Kolbenfläche 13. Dabei wird der Stufenkolben 11 nach links bewegt. Das Sperrventil 14 liegt auf der linken Innenfläche im abgesetzten Schmelzekanal 19 an und sperrt jeglichen Volumenstrom. Erreicht der Stufenkolben 11 das Hubende, d. h. er läuft auf die linke Innenwand des Durchflussspeichers 15 auf, wird das Sperrventil 14 geöffnet. Das Sperrventil 14 bleibt stehen und der Stufenkolben 11 bewegt sich weiter, bis der t-förmige Durchflusskanal 20 im Sperrventil 14 freigegeben wird. Dann kann die Schmelze solange in die Kavität 3 fließen, bis diese gefüllt ist. Dabei wird über den kavitätsseitigen Volumenstrom Q2 ein kavitätsseitiger Schmelzedruck P2 erzeugt. Dieser ist abhängig von den Querschnitten der kavitätsseitigen Schmelzeleitung 5, des Angusskanals 4 und der Kavität 3 und wird wesentlich beeinflusst von den in diesem Bereich vorliegenden Strömungswiderständen. Nach Erreichen des Druckausgleiches, Schmelzedruck P1 gleich Schmelzedruck P2, zwischen Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 und Kavität 3 bleibt das Sperrventil 14 durch die Druckkraft der Druckfeder offen. Während des Masserückdrückverfahrens erfolgt ein Rückfluss der überflüssigen Schmelze aus der Kavität 3 die Speicherkammer des Durchflussspeichers 15. Der Durchflusskanal 20 des Sperrkolbens 14 ist dabei so dimensioniert, das er einen so hohen Strömungswiderstand entwickelt, das der zurück gedrückte Volumenstrom Q2 das Sperrventil 14 nach rechts bewegt bis das Ventil an der rechten Innenfläche des abgesetzten Stufenkolbenkanals 19 aufläuft und ein Sperren des Volumenstromes Q2 bewirkt. Dabei wirkt dann die rückfließende Teilmenge des Volumenstroms Q2 auf die werkzeugseitige Kolbenfläche 12 des Stufenkolbens 11 und der Stufenkolben 11 bewegt sich nach rechts. Da das Sperrventil 14 in rechter Sperrstellung bleibt, wird zuverlässig ein Rückfluss des mechanisch belasteten Schmelzerestes in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 verhindert. Es ist auch denkbar bei bestimmten Viskositäten das Sperrventil nach Bedarf fremdgesteuert zu betätigen. Durch das Flächenverhältnis der beiden Stufenkolbenflächen 12, 13 des Stufenkolbens 11 wird auf die in der rechten Einspritzkammer sich befindende Schmelzemenge ein so hoher Druck ausgeübt, dass diese Schmelzemenge in die Plastifizier- und Einspritzeinheit 10 gedrückt wird und der Stufenkolben 11 wieder seine Ausgangslage erreicht.
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Die Erfindung ist anwendbar für alle Spritzgießverfahren mit Materialrückfluß.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- auswerferseitiges Werkzeugteil
- 2
- düsenseitiges Werkzeugteil
- 3
- Kavität
- 4
- Angusskanal
- 5
- Schmelzeleitung
- 6
- Sperrventil
- 7
- Schmelzespeicher
- 8
- Nebenflussspeicher
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Plastifizier- und Einspritzeinheit
- 11
- Stufenkolben
- 12
- werkzeugseitige Kolbenfläche
- 13
- plastifizierseitige Kolbenfläche
- 14
- Sperrventil
- 15
- Durchflussspeicher
- 16
- federbelastetes Sperrkolbenventil
- 17
- Feder
- 18
- Stichleitung
- 19
- Stufenkolbenkanal
- 20
- Durchflusskanal
- Q1
- einspritzseitiger Volumenstrom
- Q2
- kavitätsseitiger Volumenstrom
- P1
- einspritzseitiger Schmelzedruck
- P2
- kavitätsseitiger Schmelzedruck
- F
- Kraft die auf Kolben wirkt
