DE102018122982A1

DE102018122982A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern aus spritzgegossenem Kunststoffmaterial

Info

Publication number: DE102018122982A1
Application number: DE102018122982.8A
Authority: DE
Inventors: Maurizio Bazzo; Massimo Rossi
Original assignee: Inglass SpA
Current assignee: Inglass SpA
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: US11938664B2; DE102018122982B4; US20220402181A1; CN109514805A; JP6881844B2; US20190084202A1; IT201700105306A1; CN109514805B; JP2019055586A; US11458659B2

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern (C) aus spritzgegossenem Kunststoffmaterial durch ein Formwerkzeug (1) mit einer Matrize (3), in das ein Kern (4) eingebracht ist, und zumindest einen Injektor (6), der ein Ventilstift (8) umfasst, welches zwischen einer Verschlussposition und einer Öffnungsposition zum Einspritzen des druckbeaufschlagten Kunststoffmaterials in den Raum zwischen der Matrize (4) und dem Kern (4) verschiebbar ist. Während des Einspritzens wird eine etwaige Biegeverformung des Kerns (4) erfasst und das Ventilstift (8) des oder jedes Injektors (6) wird auf gesteuerte Weise verschoben, um den Druck und die Durchsatzmenge des eingespritzten Kunststoffmaterials einzustellen, sodass die Verformung verringert oder beseitigt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Spritzgießen von Kunststoffmaterial und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern aus spritzgegossenem Kunststoffmaterial.
Stand der Technik
Üblicherweise wird das Spritzgießen von Hohlkörpern aus Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs durchgeführt, das eine Matrize aufweist, welche einen Hohlraum definiert, in den ein Kern eingebracht ist. Mindestens ein Injektor, der ein Ventilstift umfasst, welches zwischen einer Verschlussposition und einer Öffnungsposition verschiebbar ist, spritzt das druckbeaufschlagte Kunststoffmaterial in den Raum zwischen dem Formwerkzeug und dem Stempel ein. Die Verschiebung des Ventilstifts des Injektors erfolgt durch ein fluidisches oder elektrisches Stellglied, im zweiten Fall beispielsweise durch einen Drehmotor, wie im Dokument US 9.102.085 des Anmelders beschrieben.
Beim Spritzgießen von Hohlkörpern tritt, vor allem bei Hohlkörpern mit länglicher Form und dünnen Wänden, das Problem auf, dass während der Beschickung des Raums zwischen dem Formwerkzeug und dem Kern letzterer Verschiebungen oder Biegeverformungen aufgrund von unvermeidlichen Ausgleichsbewegungen des eingespritzten Kunststoffmaterials ausgesetzt sein kann, die auf unausgewogene Weise auf eine Seite und die entgegengesetzte Seite des Stempels wirken.
Die Verschiebung oder Verbiegung des Stempels ruft verschiedene Nachteile hervor, wie beispielsweise ein mögliches Brechen des Kerns, ästhetische Beeinträchtigungen der Formteile und vor allem strukturelle Mängel dieser Komponenten aufgrund der nicht erfüllten Anforderungen an die vorgesehenen Solldicken.
Derzeit setzen Spritzgussexperten verschiedene Sensoren im Kern und in der Matrize ein und begrenzen die Einspritzung anhand der Druckdifferenz zwischen einander gegenübergestellten Sensoren oder eines von einem Sensor erreichten Höchstwerts. Dies dient jedoch nur dem Zweck, Schäden in der Einspritzphase und nach der Einspritzung - etwa weil das Formteil nicht extrahiert werden kann - zu verhindern, und nicht einer Kontrolle der Verbiegung des Stempels.
Der Anmelder hat in den letzten Jahren ein servogesteuertes Verschlusssystem mit dem Namen FLEXFlow® entworfen und entwickelt, das eine genaue Steuerung des Drucks und der Strömung des während des Gussverfahrens eingespritzten Materials gewährleistet. Insbesondere wird das Stellglied des oder jedes Injektors elektronisch gesteuert, so dass die Position, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Ventilstifts auf programmierbare Weise eingestellt wird, um den Druck und die Durchsatzmenge des eingespritzten Kunststoffmaterials einzustellen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das oben beschriebene technische Problem zu lösen, indem das zuvor genannte servogesteuerte Verschlussverfahren beim Spritzgießen von Hohlkörpern angewandt wird, und zwar auf effiziente Weise und derart, dass die zuvor genannten Nachteile beseitigt werden.
Zur Erreichung dieses Ziels stellt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Spritzgussverfahren des eingangs beschriebenen Typs bereit, dessen Haupteigenschaft darin besteht, dass während der Einspritzung eine Biegeverformung des Kerns erfasst wird und die gesteuerte Verschiebung des Ventilstifts des oder jedes Injektors derart durch Einstellen der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und/oder des Hubs des Ventilstifts ausgeführt wird, dass die Verformung verringert oder beseitigt wird.
Zum Erfassen der Biegeverformung des Kerns stellt die Erfindung das Messen einer etwaigen Verformung des Kerns oder der Position seines freien Endes, gegebenenfalls in Kombination mit der Erfassung des Drucks des eingespritzten Kunststoffmaterials, bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Einspritzen des Kunststoffmaterials unter Verwendung von mindestens einem Paar von Injektoren, die in Bezug auf den Kern auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind.
Dank dieses Lösungsansatzes werden in der Phase der gesteuerten Beschickung des Raums zwischen der Matrize und dem Kern Ungleichgewichte und somit Biegeverformungen des Kerns beseitigt, wodurch mögliche Schäden verhindert und ästhetische wie strukturelle Mängel der Formteile vermieden werden. Insbesondere können so die vorgesehenen Solldicken genau eingehalten werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensor umfasst, der ausgebildet ist, die Biegeverformung des Kerns während der Einspritzung zu erfassen, und der mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, welche dazu ausgestaltet ist, die gesteuerte Verschiebung des Ventilstifts des oder jedes Injektors durch Einstellen der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und/oder des Hubs des Ventilstifts derart zu betätigen, dass die etwaige Verformung verringert oder beseitigt wird.
Zur Durchführung der Erfindung kann die Gussvorrichtung eine oder mehrere Einspritzstellen, d. h. einen oder mehrere Injektoren, umfassen, dessen/deren Ventilstift durch eine pneumatische, hydraulische oder elektrische Stelleinrichtung betätigt wird, wobei die Erfassung der Verbiegung des Kerns unter Verwendung von mindestens einem Verformungsaufnehmer der Basis des Kerns und/oder einem Positionsaufnehmer des freien Endes des Kerns, gegebenenfalls in Kombination mit einem Druckaufnehmer des eingespritzten Kunststoffmaterials, erfolgt. Der Positionsaufnehmer, etwa vom Induktionstyp oder von einem äquivalenten Typ, kann in der Nähe des freien Endes des Kerns oder auf der Matrize oder im Raum zwischen der Matrize und dem Kern angeordnet sein.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die rein beispielhaft und nicht einschränkend sind, detailliert beschrieben, wobei:

- 1 eine schematische und teilweise Querschnittsdarstellung einer Spritzgussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
- die 2, 3, 4, 5 und 6 Diagramme sind, die Einspritzverfahren und entsprechende Nachteile gemäß dem Stand der Technik veranschaulichen,
- die 7, 8, 9, 10 und 11 Diagramme sind, die zu denen der 2-6 analog sind, sich allerdings auf die Erfindung beziehen, und
- 12 eine schematische perspektivische Ansicht eines beispielhaften Hohlkörpers ist, der durch ein Spritzgussverfahren und eine entsprechende Vorrichtung der Erfindung erhalten wurde.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf die Herstellung mittels eines Verfahrens zum Spritzgießen von Hohlkörpern aus Kunststoffmaterial, wie schematisch in 12 dargestellt und mit „C“ gekennzeichnet: Es handelt sich hierbei um einen Behälter mit länglicher Form (Länge beispielweise gleich 350 mm) und einer dünnen Wand (Solldicke beispielsweise gleich 2 mm).
Zur Herstellung des Behälters C wird eine Vorrichtung eingesetzt, die in 1 schematisch dargestellt ist, umfassend ein Formwerkzeug 1 mit einem Hohlraum 2, einer Matrize 3, einem Kern 4, der mit der Matrize (3) koppelbar ist, um einen Raum zu definieren, der den Umrissen des Behälters C entspricht, und ein System zum Einspritzen des Kunststoffmaterials in das Innere dieses Raums.
Das Einspritzsystem umfasst typischerweise einen Verteiler oder eine Wärmekammer 5, der/die durch eine Presse versorgt wird und im Fall des gezeigten Beispiels mit einem Paar von Injektoren 6 verbunden ist, die in Bezug auf den Hohlraum 2 des Formwerkzeugs 1 auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Es versteht sich, dass Anzahl und Anordnung der Injektoren sich von den im Beispiel veranschaulichten unterscheiden können.
Jeder Injektor 6 umfasst - auf per se bekannte Weise - eine Düse 7, in der ein axial bewegbarer Ventilstift 8 zwischen einer vollständig verschlossenen Position und einer maximal geöffneten Position verschiebbar ist, zur Einspritzung des druckbeaufschlagten Kunststoffmaterials in den Raum zwischen der Matrize 3 und dem Kern 4. Die Verschiebung jedes Ventilstifts 8 wird durch ein entsprechendes Stellglied 9 gesteuert, das fluidisch oder bevorzugt elektrisch, beispielsweise rotatorisch, angetrieben ist und durch eine elektronische Steuereinheit 10 angesteuert wird.
Die Steuereinheit 10 ist derart programmiert, dass sie jedes Stellglied 9 und somit jeden Injektor 6 ansteuert, um den Druck und die Durchsatzmenge des durch den letzteren eingespritzten Kunststoffmaterials einzustellen. Das Steuern kann insbesondere eine Anpassung der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und des Hubs des Ventilstifts 8 während der Beschickungsphase bereitstellen.
Die Diagramme in den 2 und 3 zeigen vom Stand der Technik zum Formen von Produkten wie dem Behälter C bereitgestellte Einspritzverfahren. Diese Verfahren stellen die erwähnte Steuerung der Injektoren durch die Elektronikeinheit 10 nicht bereit, weshalb das Kunststoffmaterial hinsichtlich Durchsatzmenge und Druck durch beide Injektoren auf identische Weise eingespritzt wird. Insbesondere das Diagramm von 2 (in dem die beiden Injektoren sich der Veranschaulichung halber zu unterschiedlichen Zeitpunkten öffnen, während sie sich in Wahrheit gleichzeitig öffnen) zeigt die Position der Ventilstifte beider Injektoren im Laufe der Öffnungsphase als Funktion der Zeit, der eine Verbiegung, d. h. eine nicht gesteuerte Biegeverformung, des Kerns 4 entspricht, welche über der Zeit zunimmt. Am Ende der Einspritzung weist der Kern 4 die verbogene Konfiguration auf, die zur Veranschaulichung in 4 vergrößert dargestellt ist, mit einer Abweichung von beispielsweise mehr als 0,3 mm gegenüber seinem unverformten Zustand. Aufgrund dieser Verformung weist der Behälter C, der nach Abschluss der Einspritzung aus dem Formwerkzeug extrahiert wird, die in den 5 und 6 veranschaulichten strukturellen Defekte auf: Seine Hauptwand, die der Innenseite des biegeverformten Kerns 4 entspricht (5), weist eine Dicke auf, die von ihrer Außenkante weg in Richtung der Unterseite progressiv abnimmt, während die andere Hauptwand, die der Außenseite des biegeverformten Kerns 4 entspricht, eine Dicke aufweist, die dementsprechend von ihrer Außenkante weg in Richtung der Unterseite progressiv zunimmt. Bei einer Wandsolldicke von 2 mm kann somit die Dickenschwankung nach oben und nach unten weitaus über 10 % liegen, was als inakzeptabel zu betrachten ist.
Die 7-11 sind die den 2-6 entsprechenden Diagramme in Bezug auf die Erfindung, d. h. den Einsatz einer gesteuerten Verschiebung des Ventilstifts 8 jedes von der Elektronikeinheit 10 angetriebenen Injektors 6. Diese Steuerung, die für jedes Stellglied 9 unabhängig erfolgt, ist relativ zu Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Hub des entsprechenden Ventilstifts 8 und basiert auf Signalen von Aufnehmern, die ausgebildet sind, Biegeverformungen des Kerns 4 während der Einspritzung zu erfassen.
Diese Aufnehmer können von verschiedenem Typ und in unterschiedlichen Bereichen angeordnet sein. In Bezug auf den Typ können ein oder mehrere Verformungsaufnehmer der Basis des Kerns, etwa jene, die in 1 mit 11 gekennzeichnet sind, oder ein oder mehrere Positionsaufnehmer des freien Endes des Kerns (beispielsweise Induktionssensoren), gegebenenfalls auch in Kombination miteinander oder auch mit einem oder mehreren Druckaufnehmern des eingespritzten Kunststoffmaterials, verwendet werden. Hinsichtlich ihrer Position können die Aufnehmer, zusätzlich zu den Stellen, die bereits genannt wurden, auf dem Kern 4, auf der Matrize 3 oder im Raum zwischen der Matrize 3 und dem Kern 4 angeordnet sein.
Die auf diese Weise durch die Elektronikeinheit 10 durchgeführte Steuerung ist derart, dass die etwaig erfasste Verbiegung des Kerns 4 korrigiert und beseitigt wird, wodurch der Kern 4 wieder in seinen unverformten Zustand versetzt wird, indem auf die Durchsatzmenge und den Druck des durch den einen und/oder den anderen Injektor 6 zugeführten Kunststoffmaterials eingewirkt wird.
Das Diagramm von 8 zeigt ein Beispiel für eine solche Korrektur: Die erfasste Verformung des Kerns 4 wird, sobald ein Höchstwert erreicht ist, gegen Ende der Einspritzung ausgeglichen und beseitigt, so dass der Kern 4 wieder in seinen in 9 dargestellten unverformten Ausgangszustand versetzt wird. Auf diese Weise bleibt die Dicke der Hauptwände des Behälters C, wie in den 10 und 11 angezeigt, beinahe konstant und entspricht im Wesentlichen dem vorgesehenen Sollwert (2 mm).
Die Einzelheiten der Konstruktion und die Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung lassen sich natürlich im Vergleich zu dem Beschriebenen und Veranschaulichten weitgehend variieren, ohne dadurch vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den nun folgenden Ansprüchen definiert ist. So werden beispielsweise, wie bereits erwähnt, Anzahl und Position der Injektoren von den Formen und Dimensionen der zu formenden Artikel abhängen. Im Fall von Produkten mit geringen Abmessungen kann auch nur ein einziger Injektor vorliegen.
Obwohl die Beschreibung sich ausdrücklich auf ein rein automatisches Steuerverfahren bezieht, umfasst die Erfindung ferner auch ein halbautomatisches oder auch ein manuelles Verfahren, in dem beispielsweise eine erste Einspritzung erfolgt, bei der eine etwaige Verformung erfasst wird, anschließend eine zweite Einspritzung durchgeführt und erneut eine etwaige Verformung erfasst wird, und bei Bedarf weitere Anpassungen der Einspritzungsparameter vorgenommen werden, bis die Verformung gänzlich beseitigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9102085 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern (C) aus spritzgegossenem Kunststoffmaterial durch ein Formwerkzeug (1), das eine Matrize (3) aufweist, welche einen Hohlraum (2) definiert, in den ein Kern (4) eingebracht ist, und zumindest einen Injektor (6), der ein Ventilstift (8) umfasst, welcher zwischen einer Verschlussposition und einer Öffnungsposition verschiebbar ist, um das druckbeaufschlagte Kunststoffmaterial in den Raum zwischen der Matrize (3) und dem Kern (4) einzuspritzen, und wobei die Verschiebung des Ventilstifts (8) des oder jedes Injektors (6) auf gesteuerte Weise durchgeführt wird, um den Druck und die Durchflussmenge des eingespritzten Kunststoffmaterials einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einspritzens eine Biegeverformung des Kerns (4) erfasst wird und dass die gesteuerte Verschiebung des Ventilstifts (8) des oder jedes Injektors (6) durch Einstellen der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und/oder des Hubs des Ventilstifts (8) derart durchgeführt wird, dass die Verformung verringert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Biegeverformung des Kerns (4) die Verformung der Basis des Kerns (4), die Position des freien Endes des Kerns (4), der Druck des eingespritzten Kunststoffmaterials oder eine Kombination davon gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen über zumindest ein Paar von Injektoren (6, 6) erfolgt, die in Bezug auf den Kern (4) auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind.
Kunststoffmaterialspritzgussvorrichtung, umfassend ein Formwerkzeug (1) mit einer Matrize (3), die einen Hohlraum (2) definiert, in den ein Kern (4) eingebracht ist, zumindest einen Injektor (6), der ein Ventilstift (8), welcher zwischen einer Verschlussposition und einer Öffnungsposition zum Einspritzen des druckbeaufschlagten Kunststoffmaterials in den Raum zwischen der Matrize (3) und dem Kern (4) verschiebbar ist, ein Stellglied (9) zum Steuern der Verschiebung des Ventilstifts und eine Elektronikeinheit (10) umfasst, die mit dem Stellglied (9) wirkverbunden ist, um den Ventilstift (8) auf gesteuerte Weise zu verschieben und den Druck und/oder die Durchflussmenge des eingespritzten Kunststoffventils einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Sensor (11) umfasst, der ausgebildet ist, eine Biegeverformung des Kerns (4) während des Einspritzens zu erfassen, und mit der Elektronikeinheit (10) verbunden ist, die ausgestaltet ist, die gesteuerte Verschiebung des Ventilstifts (8) des oder jedes Injektors (6) durch Einstellen der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und/oder des Hubs des Ventilstifts (8) derart durchzuführen, dass die Verformung verringert oder beseitigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor ausgewählt ist aus einem Verformungsaufnehmer (11) der Basis des Kerns (4), einem Positionsaufnehmer des freien Endes des Kerns (4), einem Druckaufnehmer des eingespritzten Kunststoffmaterials oder Kombinationen davon.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsaufnehmer des freien Endes des Kerns (4) vom Induktionstyp ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor auf dem Kern (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor auf der Matrize (3) installiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor im Raum zwischen der Matrize (3) und dem Kern (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Paar von Injektoren (6, 6) umfasst, die in Bezug auf den Kern (4) auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind.