DE102014013501A1

DE102014013501A1 - Method for sprue closure by means of active cooling in tools in plastics processing

Info

Publication number: DE102014013501A1
Application number: DE102014013501.2A
Authority: DE
Inventors: Axel Reßmann; Patrick Schischma
Original assignee: VER ZUR FORDERUNG DES INST fur KUNSTSTOFFVERARBEITUNG IN IND und HANDWERK AN DER RHEIN WESTF TECH HO; Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: VER ZUR FORDERUNG DES INST fur KUNSTSTOFFVERARBEITUNG IN IND und HANDWERK AN DER RHEIN WESTF TECH HO; Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterbrechung des Schmelzeflusses im Anguss beim Spritzgießen und dessen Varianten, wie beispielsweise dem Spritzprägen. Mit Hilfe einer konturnahen dynamischen Temperierung wird die Temperatur der Formmasse im Anguss des Werkzeuges so lange reduziert bis das Material im Anguss über den gesamten Angussquerschnitt eingefroren ist. Die Angusswandtemperatur kann über die gesamte Angusslänge oder nur über einen Teilbereich unabhängig von der Werkzeugtemperatur einstellt werden. Zur Wärmeabfuhr wird vorzugsweise ein wärmeleitfähiges Material genutzt. Der eingefrorene Abschnitt wird (z. B. mit dem Formteil) entformt.The invention relates to a method for interrupting the flow of melt in the sprue during injection molding and its variants, such as injection-compression molding. With the help of a near-contour dynamic temperature control, the temperature of the molding compound in the sprue of the tool is reduced until the material in the sprue is frozen over the entire sprue cross-section. The sprue wall temperature can be adjusted over the entire runner length or only over a partial area independent of the mold temperature. For heat dissipation, preferably a thermally conductive material is used. The frozen section is removed from the mold (eg with the molded part).

Description

Verfahren zur Unterbrechung des Masseflusses zwischen Plastifizieraggregat und Werkzeugkavität beim in der Kunststoffverarbeitung mit Hilfe einer aktiven Kühlung.Method for interrupting the mass flow between the plasticizing aggregate and the mold cavity in plastics processing by means of active cooling.

Anwendungsgebietfield of use

In der Kunststoffverarbeitung wird unter anderem das Spritzgießverfahren zur Herstellung von Formteilen eingesetzt. Das Spritzgießen ist wie das Spritzprägen ein diskontinuierlicher Prozess. Dabei wird das Ausgangsmaterial, die Formmasse, mit einer Schnecke gefördert und durch das Zuführen von Wärme plastifiziert. Über einen Angusskanal tritt die Formmasse (meist mit einer Temperatur zwischen 150°C und 450°C) in die Kavität ein. Anschließend wird die Formmasse in einem Werkzeug zu der gewünschten Geometrie ausgeformt und der Masse im Werkzeug bis zum Erreichen der Formstabilität Wärme entzogen. Die Wärme wird der Kunststoffschmelze in der Regel im Werkzeug z. B. durch eine Wasser- oder Öltemperierung (meist mit einer Temperatur zwischen 15°C und 180°C) entzogen. Der Rückfluss der Kunststoffschmelze in den Schneckenvorraum und der weitere Massefluss in die Kavität stellen technische Probleme beim Spritzgießen und dessen Verfahrensvarianten dar.In plastics processing, among other things, the injection molding process for the production of moldings is used. Injection molding, like injection-compression molding, is a discontinuous process. In this case, the starting material, the molding compound, is conveyed with a screw and plasticized by the supply of heat. The molding compound (usually with a temperature between 150 ° C and 450 ° C) enters the cavity via a sprue channel. Subsequently, the molding material is formed in a tool to the desired geometry and removed from the mass in the tool until reaching the dimensional stability of heat. The heat is the plastic melt usually in the tool z. B. by a water or oil temperature (usually with a temperature between 15 ° C and 180 ° C) withdrawn. The backflow of the plastic melt into the screw antechamber and the further mass flow into the cavity represent technical problems in injection molding and its process variants.

Stand der TechnikState of the art

Zur Zeit werden mechanische Verschlüsse, wie Nadelverschlüssen bei Heißkanälen, im Werkzeug oder am Plastifizieraggregat eingesetzt. Durch die gezielte Unterbrechung des Nachdruckvolumenstroms sollen Qualitätseinbußen wie Orientierungen in Formteil-inneren aufgrund des Schmelzerückflusses vermieden werden. Als weitere Funktionsvariante werden Schieber im Werkzeug eingesetzt, um den Schmelzefluss zu unterbrechen.Currently, mechanical closures such as needle shutters in hot runners, in the tool or on the plasticizing unit are used. Due to the targeted interruption of the secondary pressure volume flow, quality losses such as orientations in the interior of the molded part due to melt backflow are to be avoided. As a further functional variant, gate valves are used in the tool to interrupt the melt flow.

Trotzdem besitzen mechanische Verschlüsse verschiedene Nachteile. Zum einen verschleißt die Mechanik. Dies führt zu einem variierenden Schließverhalten. Die Verwendung einer Nadelverschlussdüse ist darüber hinaus für die Verarbeitung von Kunststoffen mit optischer Qualität nicht geeignet, da es u. a. zu unzulässig langen Verweilzeiten der Formmasse in Totwassergebieten im Fließkanal der Nadelverschlussdüse kommen kann. Durch diese höhere Verweilzeit kann es zu einer unerwünschten thermischen Belastung und gegebenenfalls zu einem thermischen Abbau der Formmasse kommen, was zu Fehlstellen wie Stippen und Schlieren im Bauteil führen kann. Außerdem entstehen durch Elemente im Fließkanal Regionen mit erhöhter Scherung, die zu Materialschädigungen führen.Nevertheless, mechanical closures have several disadvantages. On the one hand, the mechanics are wearing out. This leads to a varying closing behavior. The use of a needle valve nozzle is also not suitable for the processing of plastics with optical quality, since it u. a. Inadmissibly long residence times of the molding compound in dead water areas in the flow channel of the needle valve can come. This higher residence time can lead to an undesirable thermal load and possibly to a thermal degradation of the molding compound, which can lead to defects such as specks and streaks in the component. In addition, due to elements in the flow channel regions with increased shear, which lead to material damage.

Darüber hinaus sind Nadelverschlussdüsen, insbesondere für hohe Drücke aufgrund ihrer Bauweise und ihres Funktionsprinzips sehr aufwendig und daher sehr teuer.In addition, needle valve nozzles, especially for high pressures due to their design and their principle of operation very expensive and therefore very expensive.

Beim Spritzprägen entstehen im Werkzeug zum Teil höhere Drücke als im Schneckenvorraum. Aktuelle Nadelverschlussdüsen sind für einen erhöhten Druck im Plastifizieraggregat ausgelegt und nicht für einen erhöhten Druck im Werkzeug. Ein erhöhter Druck im Werkzeug resultiert bei den konventionellen Funktionsprinzipien in einem Öffnen der Nadelverschlussdüse und damit ungewollten und unkontrollierten Massefluss.In injection-compression molding, some of the pressures in the mold are higher than in the antechamber. Current needle valve nozzles are designed for increased pressure in the plasticizing unit and not for increased pressure in the tool. An increased pressure in the tool results in the conventional functional principles in an opening of the needle valve nozzle and thus unwanted and uncontrolled mass flow.

In DE 10 2005 014 566 B4 wird ein Verfahren beschrieben, das die Unterbrechung des Massefluss mit Hilfe von Abkühlung in einer Düse der Plastifiziereinheit beschreibt. Die beschriebene Düse ist Bestandteil des Plastifizieraggregates und nicht des Werkzeuges. Außerdem sollen die eingefrorenen Bereiche wieder aufgeschmolzen werden. Das Aufschmelzen der eingefrorenen Bereiche erfordert Zeit und verlängert direkt die Zykluszeit und verringert somit die Produktivität des Prozesses.In DE 10 2005 014 566 B4 describes a method which describes the interruption of the mass flow by means of cooling in a nozzle of the plasticizing unit. The described nozzle is part of the plasticizing unit and not of the tool. In addition, the frozen areas are to be melted again. Melting the frozen areas takes time and directly prolongs the cycle time, thus reducing the productivity of the process.

DE 00 0010 340 108 B3 beschreibt ein Verfahren in dem die Wärme in einer Punktangussdüse über eine bewegliche Hülse passiv abgeführt wird und damit den Schmelzefluss unterbricht. Die Düse wird durch die Schmelzetemperatur zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgeheizt, um einen Massefluss zu erlauben. Die Bewegung der Hülse resultiert dabei aus einer Schmelzedruckveränderung. DE 00 0010 340 108 B3 describes a method in which the heat is passively dissipated in a Punktangussdüse via a movable sleeve, thus interrupting the melt flow. The nozzle is reheated by the melt temperature at a later time to allow mass flow. The movement of the sleeve results from a melt pressure change.

DE 19918428 C1 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung von lokal heißen Bereichen im Spritzgießwerkzeug mittels einer Druckentlastung von CO₂. DE 19918428 C1 describes a method for cooling locally hot areas in the injection mold by means of a pressure relief of CO ₂ .

Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, das die Nachteile der Lösungen, die den Stand der Technik darstellen, nicht aufweist und die nicht Aufgabe erfüllt, den Massefluss im Angusskanal gezielt zu unterbrechen.The invention describes a method which does not have the disadvantages of the solutions which represent the prior art and which does not fulfill the task of deliberately interrupting the mass flow in the runner.

Das entwickelte Verfahren ist im industriellen Umfeld einsetzbar und kann in bereits bestehende Produktionskonzepte nachträglich oder bei Neukonstruktion direkt integriert werden.The developed process can be used in an industrial environment and can be integrated directly into existing production concepts or directly for new designs.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und System mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7 gelöst. Die Lösung der Aufgabe wird aus folgender Beschreibung des Verfahrens deutlich. 1 zeigt einen allgemeinen Aufbau. Eine Spritzgießmaschine trägt mit Hilfe eines Plastifizieraggregats (1) während der Einspritzphase einen Werkstoffmassestrom mit einer definierten Temperatur (T_ein) aus. Diese Temperatur ist oberhalb der Schmelzetemperatur gewählt. Der Werkstoff durchströmt einen Angusskanal (2) und tritt in die Werkzeugkavität (3) ein. In der Kavität wird der Schmelze Wärme durch die Werkzeugkühlung entzogen.The object is achieved by a method and system having the features of claims 1 to 7. The solution of the problem will become apparent from the following description of the method. 1 shows a general structure. A Injection molding machine carries with the help of a plasticizing ( 1 ) A material mass flow (with a defined temperature during the injection phase T _a) from. This temperature is chosen above the melt temperature. The material flows through a sprue ( 2 ) and enters the tool cavity ( 3 ) one. In the cavity, heat is removed from the melt by the tool cooling.

2 zeigt in (a) den Startpunkt eines zeitlichen Verfahrensablaufes beim Spritzgießen. Der Kavität (3) wird nach Start der Einspritzphase (b) Material aus der Spritzgießmaschine über das Plastifizieraggregat (1) zugeführt. Durch die Beaufschlagung eines Druckes wird ab dem Start der Nachdruckphase (c) die Schwindung des Formteils durch weiteren Materialeintrag ausgeglichen. Bei der Verfahrensvariante des Spritzprägens wird zeitgleich zum Nachdruck ein Prägedruck durch eine Prägebewegung aufgebaut. Nach Ende des Nachdruckes (d) schließen sich weitere Prozessphasen an. Durch eine aktive Kühlung des Angusskanals (2) während eines Zeitfensters (e) erstarrt die Schmelze im Angusskanal (2). Hierdurch wird die Unterbrechung des Massestromes erreicht. 2 shows in (a) the starting point of a temporal process sequence in injection molding. The cavity ( 3 ) after the start of the injection phase (b) material from the injection molding machine on the plasticizing ( 1 ). By applying a pressure, the shrinkage of the molding is compensated by further material input from the start of the holding pressure phase (c). In the process variant of the injection-compression molding an embossing pressure is built up by a stamping movement at the same time as the reprint. After the end of the reprint (d) further process phases follow. Through active cooling of the sprue ( 2 ) during a time window (e) the melt solidifies in the runner ( 2 ). As a result, the interruption of the mass flow is achieved.

3 zeigt die dazu notwenige Temperaturführung (5) im Angusskanal. Die aktive Kühlung geschieht in einem Zeitfenster (6) bspw. durch eine dynamische Temperierung der Angusskanalwand. Dadurch fällt die Temperatur der Angusskanalwand (5) auf ein niedrigeres Temperaturniveau als die Werkzeugtemperatur (7). Ab einem Zeitpunkt (f) ist die Formmasse im Angusskanal erstarrt. 3 shows the necessary temperature control ( 5 ) in the runner. The active cooling happens in a time window ( 6 ), for example, by a dynamic temperature of the sprue channel wall. As a result, the temperature of the sprue channel wall ( 5 ) to a lower temperature level than the mold temperature ( 7 ). From a time (f), the molding compound is solidified in the runner.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch das skizzierte Verfahren werden die Nachteile des Stands der Technik gelöst und die Aufgaben der Erfindung erfüllt, was die Vorteile der Erfindung darstellt. Die Erfindung nutzt dazu insbesondere die Möglichkeiten einer dynamischen Temperierung zur aktiven Temperierung des Angusskanals (2). Dies ermöglicht eine Unterbrechung des Masseflusses im Angusskanal ohne die Beeinträchtigung des Schmelzeflusses durch hineinragende Elemente, die z. B. eine erhöhte Scherung in das Material einbringen oder Totwassergebiete erzeugen.The method outlined above solves the disadvantages of the prior art and fulfills the objects of the invention, which represents the advantages of the invention. In particular, the invention uses the possibilities of dynamic temperature control for active temperature control of the sprue channel ( 2 ). This allows an interruption of the mass flow in the runner without the impairment of the melt flow by protruding elements, the z. B. introduce increased shear in the material or create dead water areas.

Darüber hinaus kann einem höheren Werkzeuginnendruck als bei herkömmlichen mechanischen Verschlusssystemen standgehalten werden.In addition, a higher cavity pressure can be withstood than conventional mechanical closure systems.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Um den angestrebten Temperaturverlauf (7) zu gewährleisten ist das in 4 dargestellte Element entwickelt worden.To the desired temperature course ( 7 ) to ensure that is in 4 shown element has been developed.

Durch eine aktive Kühlung (9) wird die Angussbuchse lokal gekühlt und ermöglicht damit die Unterbrechung des Masseflusses im Angusskanal. In diesem Ausführungsbeispiel wurde eine CO2-Kühlung genutzt.Through active cooling ( 9 ), the sprue bushing is cooled locally, thus allowing the interruption of the mass flow in the runner. In this embodiment, a CO2 cooling was used.

Der sich im Querschnitt verringernde Angusskanal (8) erlaubt die Entformbarkeit des eingefrorenen Bereiches.The cross-section reducing sprue ( 8th ) allows the demoulding of the frozen area.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Fig. 1

1: Plastifizieraggregat
2: Angusskanal
3: Werkzeugkavität
4: Spritzgießwerkzeug

Fig. 2

a: Start Produktionszyklus
b: Start Einspritzen
c: Start Nachdruck
d: Ende Nachdruck
e: Zeitfenster der aktiven Kühlung

Fig. 3

f: Verschlusszeitpunkt
5: Temperaturverlauf der Angusskanalwand
6: Betriebszustand der Kühlung
7: Werkzeugtemperatur

Fig. 4

8: Im Querschnitt verringernder Angusskanal
9: Aktive Kühlung

Fig. 1

1: plasticizing
2: runner
3: mold cavity
4: injection mold

Fig. 2

a: Start production cycle
b: Start injection
c: Start reprint
d: End reprint
e: Time window of active cooling

Fig. 3

f: Closing timing
5: Temperature profile of the sprue channel wall
6: Operating state of cooling
7: mold temperature

Fig. 4

8th: Cross-section reducing sprue
9: Active cooling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005014566 B4 [0007]
DE 000010340108 B3 [0008]
DE 19918428 C1 [0009]

Claims

Method for the tool-side closure of the gate during injection molding and injection-compression molding characterized in that the plastic melt is actively frozen in the runner and thus achieved a preferably complete interruption of the material flow and the frozen sprue (eg., With the molding) is removed from the mold.

A method according to claim 1, characterized in that the temperature of the sprue channel wall can be controlled or regulated relative to the mold temperature.

A method according to claim 1 and 2, characterized in that the molding composition is preferably cooled after injection to solidification of the entire sprue cross-section.

A method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the temperature of the gate wall is actively changed over the entire sprue length or only over a partial area.

The method of claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that a dynamic temperature is used, which achieves a temperature change with one or a plurality of Temperierimpulsen.

The method of claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that a near-contour temperature of the sprue is used.

A method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that the body of the sprue consists of a thermally conductive material (such as steel or other metals).