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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Spritzgießteilen aus zum Spritzgießen geeignetem Werkstoff mit mindestens einem ersten vorzugsweise ortsfest installierten Formteil, mindestens einem zweiten vorzugsweise beweglichen Formteil, welches zum ersten Formteil hin und von diesem weg verstellbar ist, wobei zwischen beiden Formteilen eine Kavität in Form des zu erzeugenden Spritzgießteiles geformt ist, einer Heizung zur Aufheizung der Wandung des zweiten Formteiles im Bereich der Kavität und gegebenenfalls einer Kühlung zur Kühlung der aufgeheizten Wandung der Kavität.
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Derartige Vorrichtungen zum Spritzgießen von Teilen aus Kunststoff oder auch aus Metall sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere bei Spritzgießteilen, die eine Hochglanzoberfläche erhalten sollen, ist es bekannt, dass eine entsprechende Wandung der Kavität, in der das Spritzgießteil geformt wird, mit einer Heizung kombiniert ist. Hiermit wird es ermöglicht, die entsprechende Wandung der Kavität nach dem Spritzgießvorgang oder während des Spritzgießvorganges aufzuheizen, um eine entsprechende Beeinflussung der Schmelze und damit der Oberfläche des Spritzlinges zu erreichen. Um den Spritzzyklus durch die zusätzliche Beheizung nicht übermäßig zu verlängern, kann eine zusätzliche Kühlung vorgesehen sein, die dazu dient, die aufgeheizte Wandung der Kavität anschließend zu kühlen, bevor der Spritzling durch Öffnen des Werkzeuges aus der Kavität entnommen wird.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, dass beim Spritzen von Spritzlingen eine Bindenaht entsteht. Dieses Erscheinungsbild der Bindenaht ist unerwünscht und soll vermieden werden.
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Ausgehend von dem Eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei der mit geringem Aufwand und ohne wesentliche Beeinträchtigung des Spritzzyklusses das Erscheinungsbild einer Bindenaht an dem Spritzling zumindest weitgehend vermieden wird oder bei der aus anderen Gründen eine partielle Erwärmung, z.B. von dünneren Fließwegen, erforderlich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Heizung aus einem Heizelement besteht, welches zum Zwecke der Beheizung an die Kavitätswandung des zweiten Formteiles angelegt ist und zum Zwecke der Kühlung von der Kavitätswandung des zweiten Formteiles beabstandet ist, sodass zwischen Heizelement und Kavitätswandung ein Kühlspalt gebildet ist.
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Gemäß der Erfindung ist ein Heizelement vorgesehen, welches in zwei Positionen verstellbar ist, nämlich in eine Position, in der das Heizelement an der Kavitätswandung in dem entsprechenden Bereich anliegt, und in eine zweite Position, in der das Heizelement von der Kavitätswandung abgehoben ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass zum Zwecke der Aufheizung der Kavitätswandung, insbesondere im Bereich der am Spritzling gebildeten Bindenaht, das Heizelement an die Kavitätswandung angelegt wird, sodass die Kavitätswandung durch das Heizelement entsprechend beheizt und erhitzt wird. Nach einem Zeitablauf, der zur Entfernung der Bindenaht ausreichend ist (dieser Zeitaufwand beträgt einige Sekunden), wird das Heizelement von der Kavitätswandung abgehoben und hiermit erreicht, dass eine weitere Einwirkung des Heizelementes auf die Kavitätswandung nicht mehr erfolgt. Die Kavitätswandung kann sich dem zufolge sehr schnell abkühlen, in dem Bereich, an welchen das Heizelement angelegt war. Schon allein durch die Beabstandung des Heizelementes wird ein Kühlspalt gebildet, der zur Abkühlung der Kavitätswandung ausreichend sein kann, sodass sehr schnell eine Abfuhr der Wärmeenergie erreicht wird und eine schnelle Abkühlrate die Folge ist.
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Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die an die Kavitätswandung anlegbare Fläche des Heizelementes etwa der Abmessung (Länge und Breite) einer Bindenaht oder eines anderen partiell zu erwärmenden Bereichs des in der Kavität geformten Spritzgießteiles entspricht.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass das Heizelement nur eine geringe Abmessung haben muss, was kostengünstig ist und auch bezüglich der einzubringenden Leistung des Heizelementes vorteilhaft ist. Da die Kavitätswandung nur in dem Bereich der Bindenaht oder z.B. im Bereich eines dünnen Fließweges zusätzlich erhitzt wird, ist es auch in einfacher Weise und sehr schnell möglich, nach Abheben des Heizelementes die Kühlung dieses Bereiches zu erreichen, was für den Spritzzyklus vorteilhaft ist.
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Um die Masse des zweiten Formteiles, die durch das Heizelement zu beheizen ist, um z. B. die Bindenaht zu entfernen, gering zu halten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Wandstärke der Kavitätswandung im Bereich des zweiten Formteiles mindestens im Anlagebereich des Heizelementes nur wenige Millimeter beträgt, vorzugsweise 3 bis 5 mm.
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Durch die punktuelle oder linienförmige Erwärmung mittels des Heizelementes in Verbindung mit der geringen Wandstärke wird einerseits eine schnelle Aufheizung in dem gewünschten Bereich der Kavitätswandung erreicht und andererseits eine schnelle Abkühlung dieses Bereiches gefördert.
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Eine zudem bevorzugte Ausgestaltung wird darin gesehen, dass das Heizelement einen Temperaturspeicherkörper aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Kupfer, einer Kupfer-Beryllium-Legierung oder ähnlichem Metall aufweist, der eine Anlagefläche an die Kavitätswandung bildet oder aufweist.
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Gemäß dieser Ausgestaltung weist das Heizelement einen Temperaturspeicherkörper auf. Der Sinn dieser Ausgestaltung ist, dass das Heizelement in der Position, in der es von der Wandung der Kavität abgehoben ist, auf eine Solltemperatur erhitzt werden kann. Zum Zwecke der Entfernung der Bindenaht kann dieses Heizelement und/oder der Temperaturspeicherkörper des Heizelementes an den entsprechenden Wandungsbereich der Kavität angelegt werden, wodurch die gespeicherte Temperatur sehr schnell punkt- oder linienförmig auf die Kavitätswandung und damit auf den Spritzling übertragen werden kann. Die Zykluszeit wird hierdurch verringert, da die Zeit, in der das Heizelement von der Kavitätswandung abgehoben ist, dazu genutzt wird, das Heizelement auf eine entsprechende Temperatur aufzuheizen, sodass die Temperaturübertragung der gewünschten Temperatur sofort bei Anlage des Heizelementes oder des Temperaturspeicherkörpers an die Kavitätswandung erreicht wird, ohne dass dann noch eine Aufheizung und damit eine zeitliche Verzögerung erfolgt.
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Um die entsprechende Betriebsweise des Heizelementes zu vereinfachen, ist zudem vorgesehen, dass das Heizelement mit einem Stellantrieb gekoppelt ist, mittels dessen es zeitgesteuert an die Kavitätswandung anlegbar und von dieser entfernbar ist.
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Eine zudem bevorzugte Ausgestaltung wird darin gesehen, dass das Heizelement als elektrisches Heizelement ausgebildet ist, wobei es vorzugsweise in der von der Kavitätswandung entfernten Lage eingeschaltet ist und somit aufheizbar ist und in der an die Kavitätswandung angelegten Lage ausgeschaltet ist, oder das Heizelement dauernd, also in beiden Lagen, eingeschaltet ist.
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Es ist also auch möglich, das Heizelement ständig eingeschaltet zu lassen und somit dauerhaft zu beheizen.
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Auch hierdurch wird der schnelle Wärmeübergang vom Heizelement auf die Kavitätswandung gefördert, sodass auch dadurch die Zykluszeit nur geringfügig verlängert wird.
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Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Zeitdauer der Anlage des Heizelementes an die Kavitätswandung bis zu 8 Sekunden, vorzugsweise 2 bis 4 Sekunden beträgt.
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Da die Wärmeübertragung vom Heizelement auf die Kavitätswandung bei entsprechender Aufheizung des Heizelementes oder des Speicherelementes mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60° Kelvin pro Sekunde erfolgt, ist nur eine relative kurze Zeitspanne von vorzugsweise bis zu 4 Sekunden erforderlich, um die entsprechende Erwärmung der Kavitätswandung sicherzustellen. Der Kühlvorgang nach Abheben des Heizelementes von der Kavitätswandung dauert etwa über den gleichen Zeitraum an.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass je höher die Heizleistung des Heizelementes ist oder je höher die gespeicherte Wärmemenge des Speicherelementes ist, desto kleiner das Heizelement beziehungsweise das Speicherelement ausgebildet sein kann, um dennoch die schnelle Aufheizung zu erreichen und somit kürzere Zykluszeiten sicherzustellen.
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Unter Umständen ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen Heizelement und Kavitätswandung eine den Wärmefluss verlangsamende Sperre, zum Beispiel eine Folie oder ein Blech, angeordnet ist.
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Insbesondere dann, wenn aus bestimmten Gründen eine Verzögerung der Aufheizkurve der Kavitätswandung gewünscht ist, kann zwischen Heizelement und Kavitätswandung eine entsprechende Sperre beispielsweise in Form einer Folie oder eines Bleches angeordnet sein. Hierdurch ist eine Verzögerung der Aufheizkurve zu erreichen, die in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft ist.
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Um die Kühlung der Kavitätswandung zu beschleunigen, wenn das Heizelement von dieser Kavitätswandung abgehoben ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Kavitätswandung, die mittels des Heizelementes erhitzbar ist, Kühlkanäle aufweist.
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Bevorzugt ist aber eine Ausgestaltung, bei der auf solche Kühlkanäle verzichtet werden kann, weil durch die Anordnung der Kühlkanäle in der Kavitätswandung die gewünschte Wärmeübertragung von dem Heizelement auf den Spritzling beeinträchtigt werden kann und eine mechanische Schwächung der Kavitätswandung vorliegt.
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Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass eine ein Kühlmittel, insbesondere Kühlluft, vorzugsweise Kühlgas wie CO2 oder Stickstoff, zuführende Einrichtung vorgesehen ist, mittels derer Kühlmittel in den Kühlspalt und/oder in die Kühlkanäle einbringbar ist.
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Solches Kühlmittel, beispielsweise kühle Umgebungsluft oder auch flüssiges CO2 oder Stickstoff kann unmittelbar in den Kühlspalt eingebracht werden, um die Abkühlung der Kavitätswandung zu erreichen, wobei der Kühlspalt nur einige Millimeter betragen muss, um einerseits einen Abstand zwischen Heizelement und Kavitätswandung zu erreichen und andererseits einen ausreichenden Durchlass für ein Kühlmittel zu bilden. Alternativ oder zusätzlich kann solches Kühlmittel auch durch die Kühlkanäle geführt werden, um die Abkühlung der Kavitätswandung zu erreichen.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Kühlmittel zuführende Einrichtung ein Druckgasspeicher und eine in den Kühlspalt zielende und/oder an die Kühlkanäle angeschlossene Düse oder Düsenkombination ist.
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Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass das Heizelement eine elektrische Heizpatrone, ein keramischer Heizkörper oder ein induktiv aufheizbarer Speicherkörper ist.
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Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, bei der eine Heizeinheit und eine Kühleinheit voneinander thermisch getrennt sind. Während der Heizphase wird die Heizeinheit gegen die Kavitätswandung gepresst. Um bei ausreichender Stabilität der Kavitätswand einen guten Wärmeübergang sicherzustellen, kann auf Kühlbohrungen in der Kavitätswand verzichtet werden. Bei den Heizelementen handelt es sich um Hochleistungsheizelemente, die bei relativ geringem Energieeinsatz eine hohe Temperatur in den punktuellen, linienförmigen oder flächigen Bereich der Bindenaht übertragen können.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Spritzgießen von Spritzgießteilen aus zum Spritzgießen geeignetem Werkstoff, wobei in eine Kavität eines mehrteiligen Spritzgießwerkzeuges schmelzflüssige Werkstoffmasse eingespritzt wird und während des Einspritzvorganges oder bevorzugt nach dem Einspritzvorgang eine Wandung der Kavität aufgeheizt wird, anschließend die aufgeheizte Wandung gekühlt wird und der in der Kavität geformte Spritzling nach Öffnen des Spritzgießwerkzeuges entnommen oder ausgeworfen wird.
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Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist verfahrensmäßig vorgesehen, dass zum Zwecke der Aufheizung der Kavitätswandung an die zu beheizende Zone ein Heizelement angelegt wird und die Zone hierdurch mit einer Aufheizgeschwindigkeit von bis zu 60° Kelvin pro Sekunde aufgeheizt wird, dass nach dem Ende des Aufheizvorganges des Heizelement von der Kavitätswandung unter Bildung eines Kühlspaltes abgehoben wird und vorzugsweise nachfolgend gasförmiges Kühlmittel in den Kühlspalt eingeblasen wird.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass mittels des Heizelementes partiell nur der Bereich der Kavitätswandung aufgeheizt wird, hinter dem sich eine Bindenaht des Spritzlings ausgebildet hat oder hinter dem eine partielle Erwärmung z. B. von dünnen Fließwegen erforderlich ist.
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Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Heizelement durch einen thermischen Speicher gebildet ist oder einen solchen beinhaltet, der in einer Vorheizlage mit Abstand von der Kavitätswandung positioniert wird und in dieser Position auf eine Solltemperatur aufgeheizt wird, dass das vorgeheizte Heizelement dann an die Wandung der Kavität in dem Bereich, der partiell aufgeheizt werden soll, angedrückt wird, und nachfolgend abgehoben und in die Vorheizlage zurückgestellt wird.
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Zudem ist vorgesehen, dass die Beheizung der Kavitätswandung nur über eine Zeitspanne von wenigen Sekunden vorgenommen wird.
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Die Zeitspanne kann vorzugsweise bis zu 8 Sekunden, vorzugsweise bis zu 4 Sekunden betragen.
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Auch kann vorgesehen sein, dass der thermische Speicher induktiv aufgeladen und auf Solltemperatur gebracht wird.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In den Zeichnungen ist schematisch eine entsprechende Vorrichtung dargestellt.
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Es zeigt:
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1 eine entsprechende Vorrichtung in der Aufheizposition;
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2 desgleichen in der Kühlposition;
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3 eine Variante mit Kühlkanälen in der Kavitätswandung entsprechend Abbildung 1 gesehen;
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4 desgleichen in der Position gemäß 2 gesehen.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Spritzgießteilen aus Kunststoff streng schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung weist mindestens ein erstes ortsfest installiertes Formteil 1 und mindestens ein zweites bewegliches Formteil 2 auf. Die beiden Formteile 1, 2 sind in eine Position verstellbar, in der die von den Formteilen umschlossene Kavität 3 geöffnet ist, sodass der dort befindliche Spritzling entnommen werden kann, oder in eine Position überführt werden, in der die Kavität durch die Formteile 1, 2 geschlossen ist, sodass der Spritzvorgang erfolgen kann, bei welchem die Kavität mit Kunststoff gefüllt wird. Zusätzlich ist eine Heizung 4 zur Aufheizung der Wandung des zweiten Formteiles 2 im Bereich der Kavität 3 vorgesehen, sowie eine Kühlung zur Kühlung der aufgeheizten Wandung der Kavität 3.
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Erfindungsgemäß besteht die Heizung aus einem Heizelement 4, welches zum Zwecke der Beheizung analog der Darstellung in 1 und 3 an die Kavitätswandung des zweiten Formteiles 2 angelegt ist und zum Zwecke der Kühlung von der Kavitätswandung des zweiten Formteiles 2 beabstandet ist, wie in 2 beziehungsweise 4 gezeigt ist, sodass zwischen dem Heizelement 4 und der Kavitätswandung ein Kühlspalt 5 gebildet ist.
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Die an die Kavitätswandung der Kavität 3 anlegbare Fläche des Heizelementes 4 entspricht etwa der Abmessung hinsichtlich der Länge und Breite einer Bindenaht des in der Kavität 3 geformten Spritzgießteiles. Die Erwärmung und Kühlung erfolgt also im Wesentlichen nur im Bereich der Bindenaht des Spritzlinges.
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Die Wandstärke der Kavitätswandung im Anlagebereich des Heizelementes 4 beträgt vorzugsweise etwa 3 bis 5 Millimeter.
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Vorzugsweise ist das Heizelement 4 mit einem Stellantrieb gekoppelt, mittels dessen es zeitgesteuert an die Kavitätswandung der Kavität 3 anlegbar und von dieser entfernbar ist, wie durch den Bewegungspfeil 6 gezeigt ist.
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Bei der Ausführungsform nach 3 und 4 weist die Kavitätswandung der Kavität 3, die Mittels des Heizelementes 4 erhitzbar ist, Kühlkanäle 7 auf. Hierdurch ist es möglich, Kühlluft oder Kühlmittel nicht nur durch den Spalt 5 zuzuführen, sondern zusätzlich oder alternativ auch durch die Kühlkanäle 7, sofern eine Verbesserung der Kühlleistung notwendig sein sollte. Vorzugsweise ist aber eine Anordnung nach 1 und 2 vorgesehen, bei der die ohnehin relativ dünne Kavitätswandung nicht noch durch Kühlkanäle 7 geschwächt ist. Auch für die gewünschte Wärmeübertragung ist die Anordnung von Kühlkanälen 7 eher hinderlich als vorteilhaft.
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Um bei dem in der Kavität 3 befindlichen Spritzling das Entstehen einer Bindenaht zu vermeiden, wird zum Zwecke der Aufheizung der Kavitätswandung an die zu beheizende Zone, in der sich die Bindenaht des Spritzlinges befindet, das Heizelement 4 angelegt, wie in 1 und 3 gezeigt, wobei die Zone hierdurch auf eine Temperatur von vorzugsweise mehr als 140 °C, vorzugsweise mehr als 160 °C aufgeheizt wird. Nach Ende des Aufheizvorganges wird das Heizelement 4 von der Kavitätswandung unter Bildung eines Kühlspaltes 5 abgehoben. Allein durch den so gebildeten Kühlspalt 5 ist eine Kühlung der beheizten Zone möglich, die für die Abkühlung ausreichen kann. Sofern dies nicht ausreicht, kann ein gasförmiges Kühlmittel in den Kühlspalt 5 eingeblasen werden, beispielsweise Luft oder auch extrem gekühltes CO2 oder Stickstoff. Dadurch, dass mittels des Heizelementes 4 nur der Bereich der Kavitätswandung aufgeheizt wird, hinter dem sich eine Bindenaht des Spritzlinges befindet, ist nur eine geringe elektrische Energie zur Aufheizung erforderlich, sodass der Energieeinsatz minimiert ist. Gefördert werden kann die schnelle Temperaturübertragung noch dadurch, dass das Heizelement 4 durch einen thermischen Speicher gebildet ist oder einen solchen beinhaltet, der in einer Vorheizlage, der der Lage gemäß 2 und 4 entspricht, mit Abstand von der Kavitätswandung positioniert wird und in dieser Position auf eine Solltemperatur von beispielsweise bis zu 400 °C aufgeheizt wird. Anschließend kann das derart vorgeheizte Heizelement 4 oder der Speicher dann an die Wandung der Kavität 3 im Bereich der Bindenaht des Spritzlinges angedrückt werden. Dies ist in 1 und 3 gezeigt. Anschließend kann das Heizelement wieder abgehoben werden und in die Position gemäß 2 beziehungsweise 4 verstellt werden. In dieser Lage kann es erneut aufgeheizt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Aufheizung des Heizelementes 4 in einer Zeit erfolgt, in der das Heizelement nicht an der Kavitätswandung anliegt. Die Zeitdauer der Kühlung der Kavitätswandung kann dem zufolge zur Vorheizung des Heizelementes genutzt werden, sodass dies beim nächsten Spritzvorgang auf entsprechende Temperatur vorgeheizt ist und zur schnellst möglichsten Beheizung der Kavitätswandung in dem gewünschten Bereich zur Verfügung steht.
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Die Beheizung der Kavitätswandung erfolgt vorzugsweise nur über eine Zeitspanne von wenigen Sekunden, insbesondere 2 bis 4 Sekunden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
