DE102008022245A1

DE102008022245A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen

Info

Publication number: DE102008022245A1
Application number: DE200810022245
Authority: DE
Inventors: Franziska Seidel
Original assignee: CKT KUNSTSTOFFVERARBEITUNGSTEC; Ckt Kunststoffverarbeitungstechnik Chemnitz GmbH; Oekoplast Mittweida GmbH; Okoplast Mittweida GmbH
Current assignee: CKT KUNSTSTOFFVERARBEITUNGSTECHNIK GMBH CHEMNI, DE; OEKOPLAST GMBH MITTWEIDA, 09648 MITTWEIDA, DE
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei zumindest ein Einspritzen der Schmelze in die Form sowie ein Kühlen und ein Entformen des erzeugten Formteils vorgesehen sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende technische Lösung zu schaffen, die mit geringem Aufwand bezüglich Bauraum und Kosten kurze Zykluszeiten ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Aufheizen des Werkzeuges bzw. ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird, wobei auch Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahrensabläufe vorgeschlagen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei zumindest ein Einspritzen der Schmelze in die Form sowie ein Kühlen und ein Entformen des erzeugten Formteils vorgesehen sind. Zusätzlich können ein Aufheizen des Werkzeuges und/oder ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser vorgesehen werden.
Beim Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen mit geringer Wandstärke, einem hohen Fließweg-Wanddickenverhältnis oder filigranen Oberflächenstrukturen erstarrt die Schmelze frühzeitig. Demzufolge wird die Form oftmals nur unvollständig gefüllt und die Oberfläche mangelhaft abgeformt. Mit zunehmender Miniaturisierung verstärkt sich diese Tendenz.
Zur Überwindung derartiger Nachteile ist bereits in den 1970er-Jahren die sog. variotherme bzw. dynamische Temperierung entwickelt worden. Hierbei wird ein Spritzgießwerkzeug vor dem Einspritzen der Formmasse zunächst annähernd auf Schmelzetemperatur aufgeheizt und danach auf Entformungstemperatur abgekühlt. Die somit erreichbare Erhöhung der Temperatur an der Werkzeugwand verzögert die Erstarrung der Schmelze und erhält ihre niedrige Viskosität bis zur vollständigen Formfüllung. Neben der Herstellung von spannungs- und orientierungsarmen Formteilen ergibt die variotherme Temperierung auch Vorteile für die Abbildegenauigkeit von Mikrostrukturen und für das Spritzen von Mikroteilen.
Für die Aufheizung der Werkzeuge sind beispielsweise folgende Lösungsansätze geeignet:

– ein Wärmeträgermedium, das entweder in einem separaten Kanal oder sequenziell im selben Temperierkanal wie das Kühlmedium umläuft
– metallische oder keramische Heizeinsätze im Werkzeug, die oberflächennah angeordnet sind und nach dem Prinzip der elektrischen Widerstandsheizung betrieben werden
– eine Beheizung durch Infrarot-Bestrahlung
– eine Beheizung durch Induktion mittels elektromagnetischer Wechselfelder
– die Nutzung von Sonderverfahren, z. B. Laserstrahlerwärmung oder dielektrische

Erwärmung in einem Kondensator- oder Mikrowellenfeld
Diese Lösungsansätze haben sich für industrielle Anwendungen bewährt. Anderen Varianten fehlt bisher noch die Akzeptanz am Markt. Dies betrifft beispielsweise die Überlegung, eine Formfüllung mittels Ultraschall zu verbessern. Hierdurch erhöhen sich zwar Temperatur und Fließfähigkeit der Schmelze, die tatsächlich erreichbare Erhöhung der Fließfähigkeit der Schmelze ist jedoch zu gering und die Kosten sind zu hoch.
Während für eine Aufheizung der Werkzeuge zahlreiche technische Lösungen verfügbar sind, werden zur Abkühlung der Werkzeuge – die unmittelbar nach dem Werkzeugfüllvorgang zum Entformen der Formteile notwendig ist – nur wenige Verfahren benutzt. Weit verbreitet und aus Kostengründen bevorzugt sind mit Wasser bzw. Öl arbeitende Systeme. Hingegen werden kostenintensive und aufwendige Systeme, die z. B. einen Phasenwechsel des Kühlmediums (CO₂; Freon usw.) nutzen, kaum verwendet.
Unabhängig von der jeweils konkreten verfahrens- und vorrichtungstechnischen Ausführung besteht ein grundsätzliches Problem der variothermen Temperaturführung darin, dass einerseits Werkzeugwandtemperaturen nahe der Schmelzetemperatur und andererseits schnelle Temperaturwechsel auf Entformungstemperatur benötigt werden. Dabei laufen die Verfahrensschritte Aufheizen, Einspritzen und Kühlen nacheinander ab und bestimmen somit die Zykluszeit. Deshalb wird grundsätzlich ein hochdynamisches System mit kurzen Zykluszeiten angestrebt.
Dies kann z. B. mit einer elektrisch leitfähigen Hochleistungskeramik (sog. „Rapid Heating Ceramics”) erreicht werden, die sich konturgenau und relativ dicht unter der Oberfläche der Kavität einsetzen lässt. Eine solche technische Lösung wird u. a. in DE 20 2004 009 742 U1 beschrieben, wobei unmittelbar in die mit der Schmelze in Kontakt kommende Oberfläche eine elektrisch leitende Keramik integriert ist.
Die für die Kühlung benötigten Temperierkanäle können direkt in der Keramik verlegt werden, wobei ein diesbezügliches Kanalsystem z. B. aus DE 42 34 961 A1 bekannt ist.
Gegenstand von DE 101 36 678 B4 ist ein Modul für eine Werkzeugkavität zum Herstellen von Mikrostrukturen. Hierbei ist zum Heizen oder Kühlen der Kavitätsoberfläche ein Basisträger vorgesehen, der einen Teil der Kavität bildet und mindestens zwei Schichten aufweist. Die erste Schicht des Basisträgers kann durch Zuführung von Elektroenergie auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden und die zweite Schicht ist ein Element mit Peltier-Effekt.
Sowohl mit der benannten Hochleistungskeramik als auch mit dem Basisträger kann eine Reduzierung der Heiz- und Kühlzeit und folglich der Zykluszeit erreicht werden. Nachteilig sind der komplizierte Aufbau der Werkzeuge sowie das ständige Ein- und Ausschalten der Heiz- und Temperiermedien. Weiterhin kann nicht verhindert werden, dass sich ein größerer Teil des Werkzeuges aufheizt. Ferner ergibt sich bei einem derartigen Werkzeugaufbau zwangsläufig, dass die Verfahrensschritte Aufheizen, Einspritzen und Kühlen nacheinander ablaufen und somit die Zykluszeit bestimmen.
Aus der Mehrkomponententechnik ist es allgemein bekannt, zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges mehrere Stationen zum Einspritzen der Schmelze in die Form sowie zum Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils zu verwenden. Der gerätetechnische Aufbau derartiger technischer Lösungen bewirkt allerdings relativ lange Zykluszeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen zu schaffen, das mit geringem Aufwand bezüglich Bauraum und Kosten kurze Zykluszeiten ermöglicht. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Verfahrensschritt zum Aufheizen des Werkzeuges zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird. Hierbei ist für den Verfahrensschritt des Aufheizens eine separate Station ausgestaltet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass während des Aufheizens des Werkzeuges ein Vakuum in der Werkzeugkontur angelegt wird. Hierfür steht die Aufheizstation mit einer Vakuumeinheit in Wirkverbindung.
Sofern zusätzlich ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser vorgesehen ist, ergeben sich Vorteile, indem dieses Verdrängen zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird. Hierbei ist für den Verfahrensschritt des Verdrängens der Schmelze eine separate Station ausgestaltet.
Mit der erfindungsgemäßen technischen Lösung kann in vorteilhafter Weise die Zykluszeit reduziert werden. Als weitere Vorteile sind insbesondere zu nennen, dass der komplizierte Aufbau der Werkzeuge vereinfacht wird, dass Aufheiz- und Abkühlvorgänge auf lediglich kleine Bauteilabschnitte der Spritzgießwerkzeuge reduziert werden und dass das bisher ständige Ein- und Ausschalten von Heizung und Kühlung entfällt.
Diese technische Lösung ist für zahlreiche Varianten zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen geeignet, wobei sich insbesondere bei einer Anwendung für die Fertigung von Klein- und Mikroformteilen Vorteile ergeben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:
1 eine erste Variante der erfindungsgemäßen technischen Lösung
2 eine zweite Variante der erfindungsgemäßen technischen Lösung
Das vorgeschlagene Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen wird unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges durchgeführt.
Gemäß 1 umfasst das Verfahren zumindest ein Aufheizen des Werkzeuges, ein Einspritzen der Schmelze in die Form, ein Kühlen des erzeugten Formteils und dessen Entformen. Dabei ist wesentlich, dass der Verfahrensschritt zum Aufheizen des Werkzeuges zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird. Hierfür sind jeweils eine Aufheizstation 1, eine Einspritzstation 2, eine Abkühlstation 4 und eine Entformstation 5 vorgesehen. Sofern die Aufheizstation 1 mit einer Vakuumeinheit in Wirkverbindung steht, kann während des Aufheizens des Werkzeuges ein Vakuum in der Werkzeugkontur angelegt werden.
Gemäß 2 umfasst das Verfahren zumindest ein Einspritzen der Schmelze in die Form, ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser sowie ein Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils. Der zusätzliche Verfahrensschritt zum Verdrängen der Schmelze unter Verwendung von Komponenten der GID-Technik und/oder WID-Technik ergibt Vorteile, weil die Schmelze in diesem Verfahrensabschnitt noch flüssig ist. Dabei ist wesentlich, dass der Verfahrensschritt zum Verdrängen der Schmelze zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird. Hierfür sind eine Einspritzstation 2, eine Verdrängerstation 3, eine Abkühlstation 4 und eine Entformstation 5 vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202004009742 U1 [0008]
- DE 4234961 A1 [0009]
- DE 10136678 B4 [0010]

Claims

Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei das Verfahren zumindest ein Aufheizen des Werkzeuges, ein Einspritzen der Schmelze in die Form sowie ein Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt zum Aufheizen des Werkzeuges zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufheizens des Werkzeuges ein Vakuum in der Werkzeugkontur angelegt wird.
Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei das Verfahren zumindest ein Einspritzen der Schmelze in die Form, ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser sowie ein Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt zum Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser zeitgleich mit den Verfahrensschritten Einspritzen, Kühlen und Entformen durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei das Verfahren zumindest ein Aufheizen des Werkzeuges, ein Einspritzen der Schmelze in die Form sowie ein Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für den Verfahrensschritt des Aufheizens des Werkzeuges eine separate Station (1) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizstation (1) mit einer Vakuumeinheit in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine und eines Spritzgießwerkzeuges, wobei das Verfahren zumindest ein Einspritzen der Schmelze in die Form, ein Verdrängen der Schmelze durch Gas und/oder Wasser sowie ein Kühlen und Entformen des erzeugten Formteils umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für den Verfahrensschritt des Verdrängens der Schmelze durch Gas und/oder Wasser eine separate Station (3) ausgestaltet ist.