DE102018219039A1

DE102018219039A1 - Verfahren zum Verhindern einer Freistrahlbildung während des Spritzgießens

Info

Publication number: DE102018219039A1
Application number: DE102018219039.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Geyer; Fabian Willems
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen (7), welche durch Einspritzen einer Formmasse in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug (1) geformt werden, das in einem geschlossenen Zustand eine dem Kunststoff-Spritzling (7) formgebende Kavität (4) bildet, welche einen gegenüber dem Umgebungsdruck (d) erhöhten Werkzeuginnendruck (D) aufweist, der mittels eines in die Kavität (4) eingebrachten, von der Formmasse separaten Fluides einstellbar ist, wobei die Formmasse mit einem größeren Druck (E) als dem eingestellten Werkzeuginnendruck (D) in die Kavität (4) eingespritzt wird, und der Werkzeuginnendruck (D) während des Einspritzens der Formmasse in die Kavität (4) bis zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Füllen der Kavität (4) mit der Formmasse durch Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der Formmasse und/oder durch Ablassen von in der Kavität (4) vorhandenem Fluid während des Einspritzens der Formmasse gesteuert und/oder geregelt wird, derart, dass die Formmasse sich während der gesamten Dauer des Einspritzens innerhalb der Kavität (4) ausschließlich in Form einer Quellströmung ausbreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen, welche durch Einspritzen einer Formmasse in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug geformt werden, das in einem geschlossenen Zustand eine dem Kunststoff-Spritzling formgebende Kavität bildet, welche einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Werkzeuginnendruck aufweist, der mittels eines in die Kavität eingebrachten, von der Formmasse separaten Fluides einstellbar ist.
Die DE 600 25 949 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung geformter thermoplastischer Polyurethanprodukte, gekennzeichnet durch die Verwendung von Gasunterstütztem Spritzgießen zusammen mit Gasgegendruck, wobei das Polymer zur Herstellung der geformten Polyurethanprodukte dehnbare Mikrokügelchen enthält.
Die EP 0 894 603 A1 beschreibt ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen wobei nacheinander wenigstens zwei verschiedene Fluide in eine Form eingebracht werden, und wenigstens der die Oberfläche des Gegenstandes bildende Kunststoff ein vernetzbares Material ist.
Die DE 198 48 151 C2 beschreibt ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, das die Schritte aufweist des Herstellens von thermoplastischer Kunststoffschmelze durch Rotation einer Plastifizier- und Einspritzschnecke in einem Schneckenzylinder; des Versetzen der thermoplastischen Kunststoffschmelze mit einem Fluid durch Eingabe des Fluids in den Schneckenzylinder; des Durchmischen der mit Fluid versetzten thermoplastischen Kunststoffschmelze durch Ausführung einer Rotationsbewegung der Plastifizier- und Einspritzschnecke; und des Einspritzens des Gemisches aus thermoplastischer Kunststoffschmelze und Fluid in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs durch translatorische Verschiebung der Plastifizier- und Einspritzschnecke, wobei das Fluid an einer axialen Position in den Schneckenzylinder eingeleitet wird, an der sich zumindest zeitweise die Schneckengänge der Plastifizier und Einspritzschnecke befinden, wobei während der Eingabe des Fluids in den Schneckenzylinder gemäß Schritt die Druckdifferenz zwischen dem Druck des Fluids und dem Druck in der thermoplastischen Kunststoffschmelze in geregelter Weise weitgehend konstant gehalten wird.
Die DE 10 2011 105 768 A1 beschreibt ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, das die Schritte aufweist: des Herstellens von Kunststoffschmelze mittels einer Plastifizierschnecke in einem Schneckenzylinder; des Versetzens der Kunststoffschmelze mit einem Gas; des Durchmischens der mit Gas versetzten Kunststoffschmelze durch Ausführung einer Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke; und des Einspritzens des Gemisches aus Kunststoffschmelze und Gas in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs, wobei das Gas an einer axialen Position in den Schneckenzylinder eingeleitet wird, an der sich zumindest zeitweise die Schneckengänge der Plastifizierschnecke befinden. Um eine hohe Qualität der herzustellenden Formteile zu sichern, ist in diesem Stand der Technik vorgesehen, dass während der Eingabe des Gases zumindest über einen Teil der Gaseinspritzzeit der Volumenstrom des in den Schneckenzylinder eingebrachten Gases gemessen wird und dass der Verlauf des gemessenen Volumenstrom des Gases auf einem Display einer Steuerung dargestellt wird und/oder dass der Verlauf des gemessenen Volumenstrom des Gases in einem Speichermittel der Steuerung gespeichert wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen zu schaffen, welches eine Freistrahlbildung beim Spritzgießen ungeschäumter Kunststoff-Spritzlinge verhindert.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen, welche durch Einspritzen einer Formmasse in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug geformt werden, das in einem geschlossenen Zustand eine dem Kunststoff-Spritzling formgebende Kavität bildet, welche einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Werkzeuginnendruck aufweist, der mittels eines in die Kavität eingebrachten, von der Formmasse separaten Fluides einstellbar ist, wobei die Formmasse mit einem größeren Druck als dem eingestellten Werkzeuginnendruck in die Kavität eingespritzt wird, und der Werkzeuginnendruck während des Einspritzens der Formmasse in die Kavität bis zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Füllen der Kavität mit der Formmasse durch Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der Formmasse und/oder durch Ablassen von in der Kavität vorhandenem Fluid während des Einspritzens der Formmasse gesteuert und/oder geregelt wird, derart, dass die Formmasse sich während der gesamten Dauer des Einspritzens innerhalb der Kavität ausschließlich in Form einer Quellströmung ausbreitet.
Ungeschäumte Kunststoff-Spritzlinge sind im Allgemeinen homogene Kunststoffmaterialen, die ohne Treibmittel verarbeitet werden. Im Gegensatz zu einem Kunststoffgranulat das ein Treibmittel aufweist, welches meist in Form eines so genannten Masterbatchgranulates zugegeben wird und durch Wärmezufuhr einen flüchtigen Bestandteil, das Treibmittel, abspaltet, was zum Aufschäumen der Schmelze führt, enthalten ungeschäumte Kunststoff-Spritzlinge von sich aus kein Treibmittel.
Beim Einspritzen einer Formmasse, insbesondere einer thermoplastischen Formmasse in ein Werkzeug kann es passieren, dass beispielsweise aufgrund eines sehr hohen Einspritzdruckes, einer sehr großen Kavität und/oder einer sehr großen Einspritzmenge, sich keine kontinuierlich fortschreitende Fließfront einstellt, sondern sich ein freier Strahl ausbildet. Ein solcher Freistrahl ist meist unerwünscht, weil die Formmasse sich dann unkontrolliert in der Kavität ausbreitet. Dies kann zur Folge haben, dass die eingespritzte Formmasse an verschiedenen Stellen unterschiedlich schnell abkühlt, im Inneren der Kavität sich unerwünschte Oberflächenhäute bilden und/oder im fertigen Spritzling Schlieren sichtbar und/oder Lufteinschlüsse vorhanden sind, die ebenfalls meist nicht gewünscht sind. Besonders bei der Herstellung von sehr dickwandigen Spritzlingen ist die Gefahr einer unerwünschten Freistrahlbildung gegeben, da eine relativ große Menge an Formmasse ist sehr kurzer Zeit in die Kavität eingebracht werden muss, was jedoch oft nur mit sehr hohen Spritzdrücken und/oder sehr großen Spritzdurchsätzen möglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll deshalb das Werkzeug in einem geschlossenen Zustand eine dem Kunststoff-Spritzling formgebende Kavität bilden, welche einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Werkzeuginnendruck aufweist.
Der gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhte Werkzeuginnendruck wird mittels eines in die Kavität eingebrachten, von der Formmasse separaten Fluides eingestellt. Wenn der Werkzeuginnendruck ausreichend hoch ist, wird auf die in die Kavität einspritzende Formmasse ein entsprechender Gegendruck auf die sich ausbreitende Oberfläche der Formmasse ausgeübt, sodass das Risiko, dass die einspritzende Formmasse einen freien Strahl ausbildet, verringert wird. In Abhängigkeit von der Höhe des gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Werkzeuginnendrucks kann die Formmasse unter höheren Drücken und mit höheren Durchsätzen in die Kavität eingebracht werden, ohne dass eine Freistrahlbildung auftritt.
Die Formmasse wird mit einem größeren Druck eingespritzt, als der eingestellte Werkzeuginnendruck in der Kavität.
Der Werkzeuginnendruck wird während des Einspritzens der Formmasse in die Kavität bis zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Füllen der Kavität mit der Formmasse gesteuert und/oder geregelt.
Eine solche Steuerung und/oder Regelung kann durch Ablassen von in der Kavität vorhandenem Fluid während des Einspritzens der Formmasse erfolgen. Ein Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid und ein Ablassen von in der Kavität vorhandenem Fluid kann zeitlich nacheinander, abwechselnd, intermittierend und/oder nur in kurzen Zeitabschnitten oder über die gesamte Zeitdauer des Einspritzens der Formmasse stattfinden.
Alternativ oder ergänzend kann eine Steuerung und/oder Regelung ggf. auch durch Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der Formmasse erfolgen.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Einspritzen der Formmasse und/oder ein Ablassen von in der Kavität vorhandenem Fluid während des Einspritzens der Formmasse derart gesteuert und/oder geregelt, dass die Formmasse sich während der gesamten Dauer des Einspritzens innerhalb der Kavität ausschließlich in Form einer Quellströmung ausbreitet.
Der Spritzling ist das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches je Spritzgießzyklus geformt und zum Ende des Spritzgießzyklus bereitstellt wird.
Der Kunststoffwerkstoff ist ausgebildet den Spritzling zu bilden. Dazu kann der Kunststoffwerkstoff eine Mischung oder Verbindung mehrerer unterschiedlicher Kunststoffe sein oder eine einzelne Kunststoffart sein. Insbesondere kann wenigstens eine der Kunststoffwerkstoff ein Thermoplast sein. Die Formmasse kann in allen Ausführungsformen insoweit eine thermoplastische Formmasse sein. Der Kunststoffwerkstoff d.h. die Formmasse kann aber auch ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer sein. Der jeweilige Kunststoffwerkstoff kann ein gefüllter Kunststoffwerkstoff sein, d.h. er kann mit anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Glas, insbesondere Glasfasern, Keramik, insbesondere Keramikfasern und/oder Holz, insbesondere Holzspäne oder Holzmehl gefüllt bzw. verstärkt sein.
Das Werkzeug ist ausgebildet, die Formmasse aufzunehmen. Beispielsweise ist das Werkzeug ausgebildet, die Formmasse für ein diskontinuierliches Verfahren aufzunehmen.
Die Kavität stellt den inneren Hohlraum des Werkzeuges dar und gibt insoweit die spätere Form für den Spritzling vor. Die Kavität ist ausgebildet, die Formmasse aufzunehmen.
Das Fluid kann beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, welches zum Erzeugen des Gegendrucks in die Kavität eingeleitet wird.
Als Quellströmung wird die gewünschte Einströmart der Formmasse in die Kavität bezeichnet. Die Quellströmung zeichnet sich durch eine konstant quellende Ausbreitung der Formmasse in der Kavität aus, derart, dass die Formmasse sich aufquellend in der Kavität bis zum Erreichen einer der Einspritzstelle gegenüber liegenden Werkzeuginnenwand ausbreitet.
Beim Spritzgießen werden in seinem vom Ursprung her bekannten Spritzgießzyklus Schmelzen von Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomeren in eine formgebende Kavität eingespritzt, dort verdichtet, abgekühlt und/oder zur Reaktion gebracht, um sie dann als Spritzling aus dem verwendeten Werkzeug auszuwerfen.
Dabei wird zu Beginn das Werkzeug geschlossen und bildet die Kavität aus. Die Formmasse wird einer Plastifiziereinheit, wie beispielsweise einem Extruder aufgegeben, welche als ein Fördermittel zum Einspritzen der Formmasse in die Kavität verwendet wird. Im Folgenden wird die Kavität mit dem Fluid gefüllt und beeinflusst auch den Werkzeuginnendruck. Die Plastifiziereinheit kann mit ihrer Austrittsöffnung an eine Eintrittsöffnung des Werkzeugs zum Einspritzen der Formmasse in das Werkzeug angeschlossen werden. Zum Einspritzen der Formmasse in die Kavität muss ein Einspritzdruck verwendet werden, welcher höher ist als der Werkzeuginnendruck. Nach dem Eindrücken der Formmasse in die Kavität hält die Plastifiziereinheit eine Zeit lang den Einspritzdruck aufrecht. Während einer Restkühlzeit erstarrt die Formmasse in der Kavität. Nach der Restkühlzeit wird das Werkzeug zum Auswerfen des Spritzlings geöffnet und das Fluid entweicht aus der Kavität.
Die Freistrahlbildung stellt einen Effekt dar, welcher beispielsweise durch eine sichtbare schlangenförmige Strangbildung der zuerst eingeflossenen Formmasse ausgebildet ist. Dabei verliert die Formmasse den Kontakt zur Werkzeugwand und es kann sich keine Quellströmung ausbilden.
Durch den erfindungsgemäß erhöhten Werkzeuginnendruck, welcher durch das separate Fluid erzeugt wird, kann die Freistrahlbildung beim Spritzgießen unterbunden werden. Dabei begünstigt das Verfahren die Nutzung von beliebigen Werkzeugen zum Formen der Spritzlinge und ermöglicht zusätzliche Freiheiten bei der Wahl der Einspritzgeschwindigkeit und Viskositätszahl der Formmasse, die bisher nicht möglich waren.
Vor dem Einspritzen der Formmasse in die Kavität kann der Werkzeuginnendruck über den Einspritzdruck der Formmasse erhöht werden und zum Zeitpunkt des Beginns des Einspritzens der Formmasse kann dabei der Werkzeuginnendruck durch Ablassen von in der Kavität vorhandenem Fluid unter den Einspritzdruck der Formmasse eingestellt werden.
Während des Einspritzens der Formmasse kann der Werkzeuginnendruck reduziert werden, indem das sich in der Kavität befindliche Fluid zumindest teilweise oder vollständig abgelassen wird.
Während des Einspritzens der Formmasse kann der Werkzeuginnendruck erhöht werden, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an Formmasse in der Kavität sich ergebende Druckerhöhung aufrechterhalten wird, insbesondere indem nur ein unterproportional kleinerer Anteil des in der Kavität befindlichen Fluids abgelassen wird oder kein Fluid aus der Kavität abgelassen wird.
Der Werkzeuginnendruck kann während des Einspritzens der Formmasse variabel an den Einspritzvorgang angepasst werden, indem in wenigstens einem ersten Zeitabschnitt der Einspritzdauer der Werkzeuginnendruck erhöht wird und in wenigstens einem zweiten Zeitabschnitt der Einspritzdauer, der wahlweise vor oder nach dem ersten Zeitabschnitt liegen kann, der Werkzeuginnendruck reduziert wird.
Das variable Anpassen des Werkzeuginnendrucks kann während des Einspritzens der Formmasse in Abhängigkeit von der Fließfront der einfließenden Formmasse und/oder der Form oder Kontur der Kavität und/oder je nach Anfangszustand des Innendrucks in der Kavität erfolgen.
Zumindest während wenigstens einem Zeitabschnitt der Einspritzdauer des Einspritzens der Formmasse oder während der gesamten Einspritzdauer des Einspritzens der Formmasse kann der Werkzeuginnendruck konstant gehalten werden, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an Formmasse in der Kavität sich ansonsten ergebende Druckerhöhung durch unmittelbares Ablassen eines entsprechenden Anteils des sich in der Kavität befindlichen Fluids ausgeglichen wird.
Der Werkzeuginnendruck kann während des Einspritzens der Formmasse auf einem Druck gehalten werden, der stets über einem vorgegebenen Mindestinnendruck liegt.
Das Fluid kann vor dem Einleiten in die Kavität auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur erwärmt werden oder auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur niedrigere Temperatur abgekühlt werden, bevor das Fluid in einem erwärmten Zustand oder abgekühlten Zustand in die Kavität eingeleitet wird.
Der Temperaturwert der höheren Temperatur des Fluids oder der niedrigeren Temperatur des Fluids kann in Abhängigkeit von der Temperatur der thermoplastischen Formmasse, die in die Kavität eingeleitet wird und/oder in Abhängigkeit von dem in der Kavität herrschenden Werkzeuginnendruck eingestellt werden.
Der Werkzeuginnendruck kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen verwendeten Kunststoffwerkstoffen in einer unterschiedlichen Höhe ausgebildet sein, wobei beispielsweise bei hochviskoseren Kunststoffwerkstoffen ein höherer Werkzeuginnendruck verwendet wird, als bei niederviskoseren Kunststoffwerkstoffen, derart, dass eine erfindungsgemäße Ausbreitung der Formmasse als Quellströmung auftritt.
Zum Einleiten des Fluids in die Kavität kann beispielsweise ein Ventil verwendet werden. Das Ventil kann ausgebildet sein das Fluid in die Kavität einzuleiten.
Wird das beispielhafte Ventil verwendet, kann sich der Werkzeuginnendruck des Werkzeuges durch das Einspritzen der Formmasse ändern, derart, dass der Druck im Verhältnis zum Ausgangsdruck steigt.
Zum Einleiten des Fluids in die Kavität kann beispielsweise ein Überdruckventil verwendet werden. Das Überdruckventil kann ausgebildet sein das Fluid in die Kavität einzuleiten und ab einem festgelegten Maximaldruck das Fluid aus der Kavität auszuleiten.
Wird das beispielhafte Überdruckventil verwendet, kann sich der Werkzeuginnendruck des Werkzeuges durch das Einspritzen der Formmasse ändern, derart, dass der Druck im Verhältnis zum Druck mit dem Ausgangswert bis zu dem festgelegten Maximaldruck steigt. Die Druckänderung kann durch die Funktion des Überdruckventils auf den Maximaldruck begrenzt werden.
Zum Einleiten des Fluids in die Kavität kann beispielsweise ein steuerbares Ventil verwendet werden. Das steuerbare Ventil kann ausgebildet sein das Fluid in die Kavität einzuleiten und auszuleiten. Das steuerbare Ventil kann ausgebildet sein von einer Steuereinheit angesteuert zu werden.
Wird das beispielhafte steuerbare Ventil verwendet, kann sich der Werkzeuginnendruck des Werkzeuges während des Einspritzens der Formmasse variabel ändern, derart, dass der Druck im Verhältnis zum Druck mit dem Ausgangswert steigen oder sinken kann. Die Druckänderung kann durch eine Steuereinheit, welche das beispielsweise steuerbare Ventil ansteuert, eingestellt werden.
Die Änderung der Temperatur des Fluids kann zum vorzeitigen Abkühlen oder zum Warmhalten der Formmasse genutzt werden. Durch Änderung der Temperatur des Fluids kann Einfluss auf die Oberflächenstruktur und/oder auf die Kristallisationsstruktur des Spritzlings genommen werden.
Der Werkzeuginnendruck kann die sich in der Quellströmung ausbreitende Formmasse in ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit gegenüber der Einspritzgeschwindigkeit verlangsamen, derart, dass eine quellende Ausbreitung der Formmasse begünstigt wird und die Freistrahlbildung vermieden wird.
Es zeigen:

1 einen beispielhaften Spritzgießzyklus des Spritzgießens, und
2 eine schematische Darstellung in drei Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens im Spritzgießzyklus.

Die 1 zeigt einen beispielhaften Spritzgießzyklus am Beispiel der Verarbeitung einer thermoplastischen Formmmasse, welcher Spritzgießzyklus in fünf Phasen unterteilt ist. Der Spritzgießzyklus ist ausgelegt wiederholend abzulaufen und startet in einer ersten Phase P1 mit dem Schließen des Werkzeuges 1. Eine Plastifiziereinheit, wie beispielsweise einExtruder 3, welcher zum Einspritzen der Formmasse in eine Kavität 4 des Werkzeuges 1 verwendet wird, beinhaltet beispielsweise eine Schnecke 2, die für das Mischen, Plastifizieren und Einspritzen der Formmasse vorgesehen ist. Während einer zweiten Phase P2 wird ein Schneckenkopf 5 des Extruders 3 formschlüssig mit einer Zuführöffnung 6 des Werkzeugs 1 für die Formmasse reversibel derart verbunden, dass die Formmasse in die Kavität 4 eingespritzt werden kann. Anschließend wird auch in der zweiten Phase P2 die Formmasse in die Kavität 4 eingespritzt. In einer dritten Phase P3 wird ein Nachdruck mittels der Schnecke 2 aufrechterhalten und der Spritzling 7 beginnt auszuhärten. Eine vierte Phase P4 stellt die Restkühlzeit des Spritzlings 7 dar. Dabei wird die Schnecke 2 von dem Werkzeug 1 wieder getrennt. Während einer fünften Phase P5 wird das Werkzeug 1 geöffnet und der Spritzling 7 wird ausgeworfen. Der Spritzgießzyklus ist nach den fünf Phasen P1 bis P5 abgeschlossen und dabei wiederholbar ausgelegt, d. h. ein folgender Spritzgießzyklus beginnt zur erneuten Durchführung wieder mit der ersten Phase P1.
Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen 7, welche durch Einspritzen einer beispielhaften thermoplastischen Formmasse in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug 1 geformt werden. Die 2 zeigt in der linken Darstellung das Werkzeug 1 in einem geschlossenen Zustand, in dem das Werkzeug 1 eine dem Kunststoff-Spritzling 7 formgebende Kavität 4 bildet. Die Kavität 4 weist erfindungsgemäß einen gegenüber dem Umgebungsdruck d erhöhten Werkzeuginnendruck D auf, wie dies in 2 in der mittleren Darstellung durch eine dunklere Tönung als in der linken Darstellung aufgezeigt ist. Der gegenüber dem Umgebungsdruck d erhöhte Werkzeuginnendruck D ist mittels eines in die Kavität 4 eingebrachten, von der thermoplastischen Formmasse separaten Fluides einstellbar. Die thermoplastische Formmasse wird, wie in der rechten Darstellung der 2 aufgezeigt ist, mit einem größeren Druck E als dem eingestellten Werkzeuginnendruck D in die Kavität 4 eingespritzt. Der Werkzeuginnendruck D wird während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse in die Kavität 4 bis zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Füllen der Kavität 4 mit der thermoplastischen Formmasse durch Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse und/oder durch Ablassen von in der Kavität 4 vorhandenem Fluid während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse gesteuert und/oder geregelt, derart, dass die thermoplastische Formmasse sich während der gesamten Dauer des Einspritzens innerhalb der Kavität 4 ausschließlich in Form einer Quellströmung ausbreitet.
Das Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse und das Ablassen von in der Kavität 4 vorhandenem Fluid während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse kann durch ein Ventil 8 gesteuert und/oder geregelt werden. Das Ventil 8 kann insbesondere automatisch angesteuert sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird optional vor dem Einspritzen der thermoplastischen Formmasse in die Kavität 4 der Werkzeuginnendruck D über den Einspritzdruck E der thermoplastischen Formmasse erhöht und zum Zeitpunkt des Beginns des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse der Werkzeuginnendruck D durch Ablassen von in der Kavität 4 vorhandenem Fluid unter den Einspritzdruck der thermoplastischen Formmasse eingestellt.
Während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse kann gegebenenfalls der Werkzeuginnendruck D reduziert werden, indem das sich in der Kavität 4 befindliche Fluid zumindest teilweise oder vollständig über das Ventil 8 abgelassen wird.
Es kann optional vorgesehen sein, dass während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse der Werkzeuginnendruck D erhöht wird, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an thermoplastischer Formmasse in der Kavität 4 sich ergebende Druckerhöhung aufrechterhalten wird, insbesondere indem nur ein unterproportional kleinerer Anteil des in der Kavität 4 befindlichen Fluids abgelassen wird oder kein Fluid aus der Kavität 4 abgelassen wird.
Der Werkzeuginnendruck D kann während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse variabel an den Einspritzvorgang angepasst werden, insbesondere indem in wenigstens einem ersten Zeitabschnitt der Einspritzdauer der Werkzeuginnendruck D erhöht wird und in wenigstens einem zweiten Zeitabschnitt der Einspritzdauer, der wahlweise vor oder nach dem ersten Zeitabschnitt liegen kann, der Werkzeuginnendruck D reduziert wird.
Das variable Anpassen des Werkzeuginnendrucks D kann gegebenenfalls während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse in Abhängigkeit von der Fließfront der einfließenden thermoplastischen Formmasse und/oder der Form oder Kontur der Kavität 4 erfolgen.
Zumindest während wenigstens einem Zeitabschnitt der Einspritzdauer des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse oder während der gesamten Einspritzdauer des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse kann der Werkzeuginnendruck D auch konstant gehalten werden, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an thermoplastischer Formmasse in der Kavität 4 sich ansonsten ergebende Druckerhöhung durch unmittelbares Ablassen eines entsprechenden Anteils des sich in der Kavität 4 befindlichen Fluids ausgeglichen wird.
Der Werkzeuginnendruck D kann während des Einspritzens der thermoplastischen Formmasse auf einem Druck gehalten werden, der stets über einem vorgegebenen Mindestinnendruck liegt.
Das Fluid kann vor dem Einleiten in die Kavität 4 auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur erwärmt werden oder auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur niedrigere Temperatur abgekühlt wird, bevor das Fluid in einem erwärmten Zustand oder abgekühlten Zustand in die Kavität 4 eingeleitet wird.
Der Temperaturwert der höheren Temperatur des Fluids oder der niedrigeren Temperatur des Fluids kann in Abhängigkeit von der Temperatur der thermoplastischen Formmasse, die in die Kavität 4 eingeleitet wird und/oder in Abhängigkeit von dem in der Kavität 4 herrschenden Werkzeuginnendruck D eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeug
2: Schnecke
3: Extruder
4: Kavität
5: Schneckenkopf
6: Zuführöffnung
7: Spritzling
8: Ventil
P1: erste Phase
P2: zweite Phase
P3: dritte Phase
P4: vierte Phase
P5: fünfte Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60025949 T2 [0002]
EP 0894603 A1 [0003]
DE 19848151 C2 [0004]
DE 102011105768 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen von ungeschäumten Kunststoff-Spritzlingen (7), welche durch Einspritzen einer Formmasse in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug (1) geformt werden, das in einem geschlossenen Zustand eine dem Kunststoff-Spritzling (7) formgebende Kavität (4) bildet, welche einen gegenüber dem Umgebungsdruck (d) erhöhten Werkzeuginnendruck (D) aufweist, der mittels eines in die Kavität (4) eingebrachten, von der Formmasse separaten Fluides einstellbar ist, wobei die Formmasse mit einem größeren Druck (E) als dem eingestellten Werkzeuginnendruck (D) in die Kavität (4) eingespritzt wird, und der Werkzeuginnendruck (D) während des Einspritzens der Formmasse in die Kavität (4) bis zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Füllen der Kavität (4) mit der Formmasse durch Einbringen zusätzlicher Mengen an Fluid während des Einspritzens der Formmasse und/oder durch Ablassen von in der Kavität (4) vorhandenem Fluid während des Einspritzens der Formmasse gesteuert und/oder geregelt wird, derart, dass die Formmasse sich während der gesamten Dauer des Einspritzens innerhalb der Kavität (4) ausschließlich in Form einer Quellströmung ausbreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einspritzen der Formmasse in die Kavität (4) der Werkzeuginnendruck (D) über den Einspritzdruck der Formmasse erhöht wird und zum Zeitpunkt des Beginns des Einspritzens der Formmasse der Werkzeuginnendruck (d) durch Ablassen von in der Kavität (4) vorhandenem Fluid unter den Einspritzdruck (E) der Formmasse eingestellt wird.
Verfahren nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einspritzens der Formmasse der Werkzeuginnendruck (D) reduziert wird, indem das sich in der Kavität (4) befindliche Fluid zumindest teilweise oder vollständig abgelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einspritzens der Formmasse der Werkzeuginnendruck (D) erhöht wird, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an Formmasse in der Kavität (4) sich ergebende Druckerhöhung aufrechterhalten wird, insbesondere indem nur ein unterproportional kleinerer Anteil des in der Kavität (4) befindlichen Fluids abgelassen wird oder kein Fluid aus der Kavität (4) abgelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuginnendruck (D) während des Einspritzens der Formmasse variabel an den Einspritzvorgang angepasst wird, indem in wenigstens einem ersten Zeitabschnitt der Einspritzdauer der Werkzeuginnendruck (D) erhöht wird und in wenigstens einem zweiten Zeitabschnitt der Einspritzdauer, der wahlweise vor oder nach dem ersten Zeitabschnitt liegen kann, der Werkzeuginnendruck (D) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Anpassen des Werkzeuginnendrucks (D) während des Einspritzens der Formmasse in Abhängigkeit von der Fließfront der einfließenden Formmasse und/oder der Form oder Kontur der Kavität (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während wenigstens einem Zeitabschnitt der Einspritzdauer des Einspritzens der Formmasse oder während der gesamten Einspritzdauer des Einspritzens der Formmasse der Werkzeuginnendruck (D) konstant gehalten wird, indem eine durch die Zunahme der eingespritzten Menge an Formmasse in der Kavität (4) sich ansonsten ergebende Druckerhöhung durch unmittelbares Ablassen eines entsprechenden Anteils des sich in der Kavität (4) befindlichen Fluids ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuginnendruck (D) während des Einspritzens der Formmasse auf einem Druck gehalten wird, der stets über einem vorgegebenen Mindestinnendruck liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid vor dem Einleiten in die Kavität (4) auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur höhere Temperatur erwärmt wird oder auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur niedrigere Temperatur abgekühlt wird, bevor das Fluid in einem erwärmten Zustand oder abgekühlten Zustand in die Kavität (4) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturwert der höheren Temperatur des Fluids oder der niedrigeren Temperatur des Fluids in Abhängigkeit von der Temperatur der thermoplastischen Formmasse, die in die Kavität (4) eingeleitet wird und/oder in Abhängigkeit von dem in der Kavität (4) herrschenden Werkzeuginnendruck (D) eingestellt wird.