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Die Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug mit mindestens einer ersten Kavität und einer zweiten Kavität und einen mit der ersten Kavität verbundenen ersten Verteiler und einen mit der zweiten Kavität verbundenen zweiten Verteiler, wobei über den ersten Verteiler Spritzmasse in die erste Kavität und über den zweiten Verteiler Spritzmasse in die zweite Kavität einspritzbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung der volumetrischen Füllung mindestens einer ersten Kavität und einer zweiten Kavität eines Spritzgießwerkzeuges.
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Stand der Technik
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Bei der Herstellung von Spritzgießteilen aller Art beispielsweise aus Kunststoff, Metall, Keramik usw., werden häufig aus Kostengründen mehrere Spritzgießteile pro Spritzzyklus gleichzeitig hergestellt. Hierzu werden Spritzgießwerkzeuge mit mehreren Kavitäten benutzt, wobei die einzelnen Kavitäten normalerweise bezüglich Geometrie und Anschnittpunkten soweit ausbalanciert werden, dass eine möglichst gleichmäßige Füllung der Kavitäten erzielt wird.
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In der Praxis ist jedoch die Füllung der einzelnen Kavitäten aufgrund von Material-, Temperatur- und daraus resultierenden Viskositätsschwankungen der Spritzmasse stets unterschiedlich und können sich stätig ändern. Um eine gleichbleibende Qualitätskonstanz der Spritzgießteile zu erreichen, muss deshalb permanent die volumetrische Füllung der einzelnen Kavitäten überprüft und, wenn notwendig, geregelt werden. Eine Regelung der volumetrischen Füllung ist beispielsweise in der Art bekannt, dass Temperaturen der einzelnen Kavitäten individuell verändert werden können.
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In der
US 6,090,318 A wird ein Verfahren zur Regelung der Heißkanalheizung eines Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeuges beschrieben, wobei die Verläufe des Werkzeuginnendruckes in allen Kavitäten aufgenommen und die Zeiten vom Beginn des Füllvorgangs bis zum Erreichen eines geeignet gewählten Referenzdruckes für jede Kavität gemessen werden. Durch Eingriffe in die individuellen Heizungen der einzelnen Heißkanäle werden die Temperaturen in diesen Kanälen so verändert, dass sich die gemessenen. Zeiten der einzelnen Kavitäten einander annähern.
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Die Regelung der volumetrischen Füllung der einzelnen Kavitäten über eine Temperaturveränderung des Verteilers ist nur bei Heißkanalverteilern möglich, jedoch nicht bei Kaltkanalverteilern. Zudem reagiert ein solches eine Temperaturregelung umfassendes System sehr träge auf die Veränderung der Temperatur. Je nach Art der Spritzmasse verändert sich mit der Temperatur auch die Viskosität der Spritzmasse unterschiedlich stark, welche wiederum abhängig von der Scherrgeschwindigkeit der Spritzmasse ist. Aufgrund der vielfältigen Einflüsse auf das Fließverhalten der Spritzmasse in den Verteilern und den Kavitäten, welche meist nicht direkt nachvollziehbar sind, ist die Regelung oder auch nur die Anpassung der Temperaturen in den Verteilern nur schwierig abschätzbar, so dass gleichmäßig, konstante Ergebnisse in der Formfüllung nur schwierig zu erreichen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Spritzgießwerkzeug sowie ein Verfahren zur Regelung der volumetrischen Füllung von Kavitäten eines Spritzgießwerkzeuges zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine verbesserte und gleich mäßigere Formfüllung der einzelnen Kavitäten des Spritzgießwerkzeuges auch bei der Verwendung von Kaltkanalverteilern erzielbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Spritzgießwerkzeug weist mindestens eine erste Kavität und eine zweite Kavität und einen mit der ersten Kavität verbundenen ersten Verteiler und einen mit der zweiten Kavität verbundenen zweiten Verteiler auf, wobei über den ersten Verteiler Spritzmasse in die erste Kavität und über den zweiten Verteiler Spritzmasse in die zweite Kavität einspritzbar ist. Mindestens einer der Verteiler zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Verteiler eine adaptive Struktur aufweist, mittels welcher die Querschnittsfläche des Verteilers während des Einspritzens der Spritzmasse in die erste Kavität und/oder in die zweite Kavität veränderbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist demnach in mindestens einen der Verteiler eine adaptive Struktur integriert, mittels welcher die Querschnittsfläche des Verteilers während des Spritzgießprozesses, das heißt während die Spritzmasse in die erste Kavität und die zweite Kavität eingespritzt wird, reversibel und unmittelbar angepasst werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Verteiler jeweils eine adaptive Struktur aufweisen, wobei die adaptive Struktur des ersten Verteilers vorzugsweise getrennt von der adaptiven Struktur des zweiten Verteilers steuerbar bzw. regelbar ist. Dabei ist es möglich, dass das Spritzgießwerkzeug mehr als zwei Kavitäten aufweist, welche über jeweils einen Verteiler mit Spritzmasse gefüllt werden. Die Spritzmasse ist vorzugsweise eine Schmelze, beispielsweise eine Kunststoffschmelze. Die erfindungsgemäße adaptive Struktur kann sowohl in einem als Heißkanalverteiler ausgebildeten Verteiler als auch in einem als Kaltkanalverteiler ausgebildeten Verteiler eingebracht sein. Dadurch, dass mittels der adaptiven Struktur eine direkte und reversible Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers möglich ist, kann zeitgleich mit der Veränderung der Querschnittsfläche auch die Fließgeschwindigkeit der Spritzmasse in dem Verteiler verändert werden. Es findet dabei kein Zeitverzug statt, wie dies bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Temperaturregelung der Fall ist, da bei einer Temperaturregelung erst nach vielen Spritzgießzyklen ein neues thermisches Gleichgewicht des Prozesses erreicht werden kann. Dieser Nachteil kann mit der erfindungsgemäßen adaptiven Struktur überwunden werden. Aufgrund der Reversibilität der Querschnittsflächenveränderung des Verteilers kann schnell und einfach auf verschiedene Prozessänderungen, wie beispielsweise Schwankungen in der Durchflussmenge der Spritzmasse durch den Verteiler oder Druckveränderungen im Verteiler oder in der Kavität, reagiert werden. Demzufolge ist mit dem erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeug eine besonders gleichmäßige und kontrollierbare bzw. regelbare volumetrische Formfüllung der einzelnen Kavitäten möglich, wobei mittels der adaptiven Struktur sofort auf Veränderungen des Fließverhaltens der Spritzgießmasse reagiert werden kann. Adaptiv bedeutet hierbei, dass die Querschnittsfläche des Verteilers an während des Einspritzens auftretende Veränderungen angepasst werden kann. Die Struktur selber ermöglicht dabei die Anpassung der Querschnittsfläche des Verteilers an diese Veränderungen. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist es, dass die Anpassung der Querschnittsfläche des Verteilers während des Einspritzvorgangs der Spritzmasse in die Kavitäten erfolgen kann. Beiden aus dem Stand der Technik bekannten Spritzgusswerkzeugen kann dies meist nur bevor ein Spritzgusszyklus startet und nicht während des Einspritzens der Spritzmasse in die Kavitäten selber erfolgen. Dadurch, dass dies erfindungsgemäß während des Einspritzens erfolgen kann, können erst sich beim Einspritzen der Spritzmasse ergebende Ungleichmäßigkeiten der Füllung der Kavitäten unmittelbar durch die adaptive Struktur und die dadurch hervorgerufene Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers ausgeglichen werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die adaptive Struktur an einer Innenwandung des Verteilers vorgesehen. Die Innenwandung des Verteilers ist die Wandung des Verteilers, welche in unmittelbarem Kontakt mit der den Verteiler durchströmenden Spritzmasse steht. Dadurch, dass die adaptive Struktur an dieser Innenwandung des Verteilers angeordnet ist, kann die adaptive Struktur unmittelbar auf die den Verteiler durchströmende Spritzmasse wirken, indem die adaptive Struktur die Spritzmasse in ihrer Fließgeschwindigkeit und/oder Durchflussmenge durch den Verteiler beeinflusst. Die adaptive Struktur kann dabei in die Innenwandung des Verteilers integriert sein bzw. an der Innenwandung des Verteilers befestigt sein.
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Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die adaptive Struktur als ein Schiebelement ausgebildet ist, wobei das Schiebeelement in Richtung der Mittelachse des Verteilers bewegbar ist. Das Schiebeelement ist dabei vorzugsweise an der Innenwandung des Verteilers angeordnet, so dass durch eine Bewegung des Schiebeelements in Richtung der Mittelachse des Verteilers das Schiebeelement von der Innenwandung aus in Richtung der Mittelachse des Verteilers bewegt werden kann, so dass dabei die Querschnittsfläche des Verteilers verringert wird und dadurch die Durchflussmenge und/oder die Fließgeschwindigkeit der den Verteilerdurchströmenden Spritzmasse unmittelbar reduziert werden kann. Sobald die Durchflussmenge und/oder die Fließgeschwindigkeit der den Verteiler durchströmenden Spritzmasse wieder erhöht werden soll, kann das Schiebeelement wieder zurück von der Mittelachse weg in Richtung der Innenwandung bewegt werden. Mittels des Schiebeelements kann somit auf einfache Art und Weise eine Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers erreicht werden.
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Das Schiebeelement ist nach einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Stellelements betätigbar, wobei das Stellelement mechanisch und/oder elektrisch und/oder piezo-elektrisch ausgebildet ist. Ist das Schiebeelement mittels eines mechanischen Stellelements betätigbar, so kann vorzugsweise eine einfache Realisierung der Verschiebebewegung des Schiebeelements erreicht werden. Das Vorsehen eines elektrischen Stellelements zum Betätigen des Schiebeelements ermöglicht vorzugsweise eine feinere Justierung und Abstimmung der Betätigung des Schiebeelements. Das Vorsehen eines piezo-elektrischen Stellelements ist insbesondere bei Verteilern mit einer eher geringen Querschnittsfläche vorgesehen, da hier geringere Hübe des Schiebeelements, um das Schiebeelement zu bewegen, notwendig sind und mittels des Stellelements aufgebracht werden müssen.
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Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die adaptive Struktur derart ausgebildet ist, dass mittels der adaptiven Struktur eine Innenwandung des Verteilers zumindest bereichsweise verformbar ist. Die Verformung der Innenwandung des Verteilers und damit der Querschnittsfläche des Verteilers erfolgt dabei, indem die Innenwandung des Verteilers in Richtung der Mittelachse des Verteilers bewegt werden kann bzw. von der Mittelachse des Verteilers weg bewegt werden kann, so dass eine Einschnürung bzw. eine Verbiegung der Innenwandung des Verteilers erfolgt. Dadurch kann die Fließgeschwindigkeit und/oder die Durchflussmenge der Spritzmasse direkt, das heißt unmittelbar, beeinflusst werden. Zudem ist dadurch eine besonders gleichmäßige Beeinflussung des Fließverhaltens der Spritzmasse möglich, da die Spritzmasse weiterhin entlang der Innenwandung des Verteilers strömen kann, wobei lediglich die Querschnittsfläche des Verteilers, durch welche die Kunststoffschmelze hindurchströmt, verringert bzw. vergrößert wird. Zusätzlich Elemente müssen bei dieser Ausgestaltung der Erfindung nicht mehr in den Verteiler bzw. in den Kanal des Verteilers eingebracht werden, wodurch ansonsten auch ungleichmäßige Strömungsverhältnisse in der Spritzmasse erzeugt werden können, beispielsweise durch Verwirbelung an Eckbereichen des in den Verteiler bzw. in den Kanal des Verteilers eingeschobenen Elements. Ablagerungen der Spritzmasse an in den Verteiler eingeschobenen Elementen können dadurch verhindert werden.
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Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein Stellelement zur Verformung der Innenwandung des Verteilers vorgesehen ist, wobei das Stellelement mechanisch und/oder elektrisch und/oder piezo-elektrisch ausgebildet ist. Ist das Schiebeelement mittels eines mechanischen Stellelements betätigbar, so kann vorzugsweise eine einfache Realisierung der Verschiebebewegung des Schiebeelements erreicht werden. Das Vorsehen eines elektrischen Stellelements zum Betätigen des Schiebeelements ermöglicht vorzugsweise eine feinere Justierung und Abstimmung der Betätigung des Schiebeelements. Das Vorsehen eines piezo-elektrischen Stellelements ist insbesondere bei Verteilern mit einer eher geringen Querschnittsfläche vorgesehen, da hier geringere Hübe des Schiebeelements, um das Schiebeelement zu bewegen, notwendig sind und mittels des Stellelements aufgebracht werden müssen.
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Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Formgedächtnislegierung zur Verformung der Innenwandung des Verteilers vorgesehen ist. Die Formgedächtnislegierung kann anstelle eines Stellelements zur Verformung der Innenwandung des Verteilers vorgesehen sein. Die Formgedächtnislegierung ist dabei vorzugsweise an der Innenwandung des Verteilers im Bereich der Seite der Innenwandung, welche in unmittelbarem Kontakt mit der den Verteiler durchströmenden Kunststoffschmelze steht, angeordnet. Die Formgedächtnislegierung weist vorzugsweise ein Metall wie beispielsweise Nickel-Titan, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Zink, Kupfer-Aluminium-Nickel oder Eisen-Nickel-Aluminium, auf. Formgedächtnislegierungen zeigen eine reversible, strukturelle Umwandlung, die durch eine Temperaturveränderung gesteuert werden kann. Durch die Verformung der Formgedächtnislegierung kann eine gleichzeitige Verformung der Innenwandung des Verteilers erfolgen, wodurch die Querschnittsfläche des Verteilers verändert werden kann. Dies erfolgt beispielsweise über eine Regelung, mittels welcher die Temperatur der Formgedächtnislegierung verändert werden kann.
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Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die adaptive Struktur zur Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers in Abhängigkeit eines in der ersten Kavität und/oder in der zweiten Kavität vorgesehenen Forminnendrucksensors regelbar. Im Zusammenspiel mit in den Kavitäten angeordneten Forminnendrucksensoren kann mit Hilfe der adaptiven Struktur ein direkter Regelkreis geschlossen werden, der eine im Wesentlichen automatische Regelung der Formfüllung in einem Spritzgusszyklus ermöglicht, indem eine Anpassung der Querschnittsfläche des Verteilers in Abhängigkeit der durch den Forminnendrucksensor gemessenen Druckwerten in den Kavitäten instantan, das heißt sofort, erfolgen kann. Sobald die von dem Forminnendrucksensor in einer Kavität gemessenen Druckwerten von einem Soll-Druckwert abweicht, kann im Wesentlichen zeitgleich eine Veränderung der Querschnittsfläche des zu der Kavität führenden Verteilers erfolgen, so dass die Druckwerte wieder in Richtung des Soll-Druckwertes geführt werden können, so dass möglichst konstante Druckverhältnisse in den Kavitäten während des Einspritzvorganges vorherrschen. Dadurch kann auch bei Prozessschwankungen eine konstante volumetrische Formfüllung und konstante Druckverläufe in den einzelnen Kavitäten ermöglicht werden, wodurch eine einheitliche Qualität der Bauteile aller Kavitäten sichergestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Regelung der volumetrischen Füllung mindestens einer ersten Kavität und einer zweiten Kavität eines Spritzgießwerkzeuges, bei welchem Spritzmasse über einen ersten Verteiler in die erste Kavität und über einen zweiten Verteiler in die zweite Kavität eingespritzt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass während des Einspritzens der Spritzmasse in die erste Kavität und die zweite Kavität die Querschnittsfläche mindestens einer der Verteiler über eine adaptive Struktur des Verteilers verändert wird. Dadurch, dass die Querschnittsfläche des Verteilers mittels einer adaptiven Struktur während des Einspritzens verändert werden kann, kann eine reversible und augenblickliche Anpassung der Querschnittsfläche des Verteilers zur Regelung der Fließgeschwindigkeit und/oder der Durchflussmenge der Spritzmasse durch den Verteiler verändert werden, um eine konstante volumetrische Formfüllung der einzelnen Kavitäten ermöglichen zu können. Bezüglich der weiteren Vorteile des Verfahrens kann auf die zu der Vorrichtung dargelegten Vorteile verwiesen werden.
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Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass die Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers in Abhängigkeit des in der ersten Kavität und/oder in der zweiten Kavität vorherrschenden Innendruckes erfolgt. Dadurch, dass die Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers in Abhängigkeit des in den Kavitäten vorherrschenden Innendruckes erfolgt, kann eine optimale Regelung der Formfüllung der einzelnen Kavitäten ermöglicht werden, so dass eine unmittelbare Anpassung der Querschnittsfläche des Verteilers in Abhängigkeit der Eigenschaften der den Verteiler durchfließenden Kunststoffschmelze für jeden Zyklus individuell erfolgen kann, so dass Prozessschwankungen optimal ausgeglichen werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine einzige anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges.
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Beschreibung der Abbildung
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Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Spritgießwerkzeuges mit einer ersten Kavität 10 und einer zweiten Kavität 12, welche über jeweils einen ersten Verteiler 14 und einen zweiten Verteiler 16 mit einer Spritzmasse, insbesondere mit einer Kunststoffschmelze, gefüllt werden. Die Verteiler 14 und 16 der einzelnen Kavitäten 10, 12 werden über einen Hauptverteiler 18 mit Spritzmasse versorgt. Der Hauptverteiler 18 kann dabei als Heißkanalverteiler oder als Kaltkanalverteiler ausgebildet sein.
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Bei dem ersten Verteiler 14 ist eine adaptive Struktur 20 dargestellt, welche an einer Innenwandung 22 des Verteilers 14 angeordnet bzw. in die Innenwandung 22 integriert ist. Die adaptive Struktur 20 ist hierbei in Form eines Schiebeelements 24 ausgebildet, welches über ein Stellelement 26 in Richtung der Mittelachse 28 des Verteilers 14 bewegbar ist bzw. von der Mittelachse 28 weg bewegbar ist, wie dies durch den Pfeil 30 angedeutet ist. Mittels der adaptiven Struktur 20 kann eine Veränderung der Querschnittsfläche des Verteilers 14 erreicht werden, währenddessen die Spritzmasse in die erste Kavität 10 eingespritzt wird.
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Bei dem zweiten Verteiler 16, über welchen die Spritzmasse in die zweite Kavität 12 eingespritzt wird, ist eine adaptive Struktur 32 vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass mittels dieser adaptiven Struktur 32 die Innenwandung 22 des Verteilers 16 zumindest bereichsweise verformbar ist. In 1 ist die adaptive Struktur 32 in einer Position gezeigt, bei welcher die Innenwandung 22 des Verteilers 16 in Richtung der Mittelachse 28 des Verteilers 16 gebogen ist. Zur Verformung der Innenwandung 22 des Verteilers 16 ist bei dieser Ausführungsform ein Stellelement 34 vorgesehen, mittels welchem die Innenwandung 22 in Richtung der Mittelachse 28 des Verteilers bzw. von der Mittelachse 28 des Verteilers 16 weg bewegt werden kann, wie dies durch den Pfeil 36 angedeutet ist, möglich ist. Anstelle des Stellelements 34 kann dies auch über eine an der Innenwandung 22 des Verteilers 16 vorgesehenen Formgedächtnislegierung erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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