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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spritzgießen von
Formkörpern
aus Kunststoff, bestehend aus einer Spritzgießmaschine und aus einem zu
derselben gehörenden
Werkzeug, bei welcher in dem Werkzeug mindestens zwei den Abmessungen
von herzustellenden Formkörpern
entsprechende Kavitäten
vorhanden sind, bei welcher das Werkzeug aus mindestens drei relativ
zueinander bewegbaren Teilen besteht, einem vorderen Teil, einem
mittleren Teil und einem hinteren Teil, die in Arbeitsstellung entlang
von rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Teile und parallel zueinander
verlaufenden Trennebenen, einer ersten Trennebene und einer zweiten
Trennebene, fest aneinander liegen, und bei welcher im Werkzeug
mindestens ein Kanal zum Zuführen
von geschmolzenem Kunststoff angebracht ist, der einerseits in den
Kavitäten
und andererseits im Bereich einer Eintrittsstelle an der Oberfläche des
vorderen Teils des Werkzeugs endet, die in Arbeitsstellung an die
Spritzgießmaschine
angeschlossen ist (DE-Zeitschrift „Kunststoffe 84" (1994) 10, Seiten
1375 bis 1382).
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Spritzgießmaschinen
werden zum Herstellen von Formkörpern
mit nahezu beliebiger Formgebung eingesetzt. In dem zugehörigen Werkzeug
müssen nur
Kavitäten
vorhanden sein, in welche geschmolzener Kunststoff eingespritzt
werden kann. Die durch eine Trennebene getrennten Teile des Werkzeugs werden
in Arbeitsposition beispielsweise hydraulisch fest zusammengedrückt. Nach
dem Einspritzen des Kunststoffs in die Kavitäten des Werkzeugs bleibt dasselbe
in herkömmlicher
Technik noch so lange geschlossen, bis die in den Kavitäten befindlichen Formkörper ausreichend
abgekühlt
und dadurch so fest geworden sind, daß sie aus dem Werkzeug entnommen
werden können.
Dazu wird das Werkzeug in der Trennebene geöffnet, wobei seine Teile voneinander
entfernt werden. Während
der Zeit, in welcher der Kunststoff der Formkörper in den Kavitäten abkühlt, wird
die Spritzgießmaschine
nicht genutzt. Dieser Nachteil ist besonders gravierend, wenn relativ dickwandige
Formkörper
mit langer Abkühlzeit
hergestellt werden sollen.
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Die
Leistung einer Spritzgießmaschine
läßt sich
steigern, wenn ein in Tandemtechnik arbeitendes Werkzeug gemäß der eingangs
erwähnten DE-Zeitschrift „Kunststoffe
84" eingesetzt wird.
Bei einer mit einem solchen Werkzeug arbeitenden Spritzgießmaschine öffnen sich
die drei Teile des Werkzeugs abwechselnd in zwei Trennebenen. Während der
Kühlzeit
der Formkörper
in der Kavität
der einen Trennebene, können
die Formkörper
aus der Kavität
der zweiten Trennebene entformt und wieder gefüllt werden. Das Spritzmaterial
wird den Kavitäten über zwei
Heißkanäle zugeführt, die
im mittleren Teil des Werkzeugs getrennt voneinander angebracht sind.
Die Spritzgießmaschine
wird abwechselnd zwischen den beiden Heißkanälen, die seitwärts aus dem
Werkzeug herausgeführt
sind, hin- und herbewegt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte
Vorrichtung so zu gestalten, daß eine
vereinfachte Führung
des Spritzmaterials im Werkzeug möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
- – daß im vorderen
Teil des Werkzeugs eine einen Teil des Kanals bildende, erste Heißkanaldüse angeordnet
ist, die in Arbeitsstellung mit der Spritzgießmaschine verbunden ist und
deren Düsenseite
an einer Kavität
endet, welche in der ersten Trennebene liegt,
- – daß im mittleren
Teil des Werkzeugs eine an beiden axialen Enden mit einer Düse versehene, zweite
Heißkanaldüse angeordnet
ist, die als zweiter Teil des Kanals der mit ersten Heißkanaldüse fluchtend,
in deren Verlängerung
liegend mit ihrer einen Düse
an der Kavität
der ersten Trennebene und mit ihrer anderen Düse an einer in der zweiten
Trennebene liegenden Kavität
endet, und
- – daß im Bereich
der Kavität
der ersten Trennebene um dieselbe herum erwärmbare Elemente im Werkzeug
angebracht sind, die zur Regelung der Temperatur im Bereich der
Kavität
dienen.
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Das
Wort „Kavität" soll in erster Linie
einen Hohlraum bezeichnen, in dem ein mit der Vorrichtung nach der
Erfindung herzustellender Formkörper
entsteht. „Kavität" können aber
auch ein Unterverteiler, von dem Kaltkanäle zu weiteren Kavitäten ausgehen, oder
ein Kaltkanal selbst sein. Stellvertretend für alle Möglichkeiten der Ausführungsform
einer Kavität wird
im folgenden nur das Wort „Kavität" selbst verwendet.
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Das
Werkzeug dieser Vorrichtung ist ohne Umbau und besondere Zusatzmaßnahmen
für herkömmliche,
handelsübliche
Spritzgießmaschinen einsetzbar.
Es braucht nur ein bisher verwendetes Einfachwerkzeug mit nur zwei
durch eine Trennebene getrennten Teilen durch das neue, aus drei
Teilen mit zwei Trennebenen bestehende Werkzeug ersetzt zu werden. Ähnlich wie
bei der geschilderten Tandemtechnik wird mit diesem Werkzeug der
Ausstoß an
Formkörpern
erhöht,
wobei während
der Entformung im Bereich der einen Trennebene das in die Kavität der anderen
Trennebene eingespritzte Spritzmaterial abkühlt. Dabei ist das als Heißkanalwerkzeug
ausgebildete Werkzeug sehr einfach gestaltet, da es nur einen geradlinig
verlaufenden Kanal zum Zuführen
des Spritzmaterials an die jeweilige Kavität hat. Der Kanal wird dabei
durch die beiden bei geschlossenem Werkzeug hintereinander liegenden und
miteinander fluchtenden Heißkanaldüsen sowie die
zwischen denselben befindliche Kavität der ersten Trennebene gebildet.
Von besonderer Bedeutung hierbei ist, daß die Kavität der zweiten Trennebene durch
die mit Spritzmaterial gefüllte
Kavität
der ersten Trennebene hindurch mit schmelzflüssigem Spritzmaterial gefüllt wird.
Das in der Kavität
der ersten Trennebene vorhandene Spritzmaterial wird dabei durch
die sie umgebenden erwärmbaren
Elemente – im
folgenden als „Heizelemente" bezeichnet – bei einer
ausreichend hohen Temperatur gehalten, die den Durchtritt des Spritzmaterials
für die
Kavität
der zweiten Trennebene störungsfrei
ermöglicht.
In der zweiten Heißkanaldüse vorhandenes
Spritzmaterial wird durch dieselbe auf der erforderlichen Temperatur
gehalten. Vor dem Entformen des Formkörpers der Kavität der ersten
Trennebene wird die Temperatur der Heizelemente rechtzeitig so eingestellt,
daß das Spritzmaterial
in dieser Kavität
fest werden kann, wobei ein wegen des Durchtritts des Spritzmaterials
für die
Kavität
der zweiten Trennebene möglicherweise entstandenes
Loch im Formkörper
wieder verschlossen ist.
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Von
Bedeutung für
diese Vorrichtung ist auch die für
die drei Teile des Werkzeugs während
der jeweiligen Abkühlungsphase
verwendete Verriegelung. Sie ist auf einfache Weise zwischen zwei
Positionen verstellbar. Während
durch die Verriegelung jeweils zwei Teile des Werkzeugs beim Abkühlen der
Formkörper
unter Erhalt einer dieselben fest zusammenhaltenden Restkraft untereinander
verriegelt sind, kann gleichzeitig die Trennebene zum dritten Teil
zur Entformung von fertigen Formkörpern geöffnet werden. Nach dem folgenden
Verschließen
dieser Trennebene und dem Einspritzen von Spritzmaterial in deren
Kavität
wird die Verriegelung bei noch fest verschlossenem Werkzeug in ihre
zweite Position gebracht. Die beiden Teile des Werkzeugs mit der
neu gefüllten
Kavität
bleiben dann dicht aneinander liegend miteinander verriegelt, während jetzt
die vorher verriegelte Trennebene zum Entformen des inzwischen abgekühlten Formkörpers geöffnet werden kann,
sobald die auf das Werkzeug während
des Spritzvorgangs einwirkende Anpreßkraft aufgehoben ist.
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Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 die Vorrichtung nach der
Erfindung in schematischer Darstellung teilweise im Schnitt in der Schließstellung.
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2 und 3 eine Einzelheit der Vorrichtung nach 1 in zwei unterschiedlichen
Ausführungsformen
in vergrößerter Darstellung.
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4 und 5 zwei unterschiedliche Offenstellungen
der Vorrichtung nach 1.
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In
den Zeichnungen sind nur die für
das Verständnis
der Erfindung erforderlichen Teile einer Spritzgießvorrichtung
dargestellt. Grundsätzlich
bekannte Elemente derselben, wie beispielsweise der Öffnungs-
und Schließmechanismus
oder Kühlkanäle, sind
nicht gezeigt.
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Die
Spritzgießvorrichtung
nach 1 besteht aus einer
Spritzgießmaschine 1 und
einem an dieselbe anschließbaren
Werkzeug 2. Die Spritzgießmaschine 1 kann eine herkömmliche,
handelsübliche Maschine
mit einer Steuerung für
einen Tandemzyklus sein. Sie ist in Richtung des Doppelpfeils 3 verschiebbar.
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Das
Werkzeug 2 besteht aus drei Teilen, einem vorderen Teil 4,
einem mittleren Teil 5 und einem hinteren Teil 6.
Es ist am hinteren Teil 6 mit einer Druckplatte 7 abgeschlossen,
die mit einem Druckerzeuger 8 verbunden ist. Als Druckerzeuger 8 kann beispielsweise
eine elektrische oder hydraulische Presse eingesetzt werden. Die
drei Teile des Werkzeugs 2 sind durch zwei parallel zueinander
verlaufende Trennebenen, eine erste Trennebene 9 und eine
zweite Trennebene 10, voneinander getrennt. Im Bereich
jeder der beiden Trennebenen 9 und 10 ist mindestens
eine Kavität 11 bzw. 12 des
Werkzeugs 2 vorhanden, deren lichte Abmessungen der geometrischen
Gestalt von herzustellenden Formkörpern entsprechen. Von den
Kavitäten 11 und 12 ausgehend,
können
auch weitere Kavitäten 13 und 14 bzw. 15 und 16 vorhanden
sein, die mit den Kavitäten 11 bzw. 12 über Teilkanäle verbunden
sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind pro Trennebene 9 bzw. 10 drei Kavitäten eingezeichnet.
Die Druckplatte 7 ist mit dem daran angebrachten hinteren
Teil 6 des Werkzeugs 2 und dem Druckerzeuger 8 in
Richtung des Doppelpfeils 17 verstellbar.
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Zentral
im Werkzeug 2 ist ein in 1 durch eine
gestrichelte Doppellinie angedeuteter Kanal K angebracht, welcher
zum Zuführen
von geschmolzenem Spritzmaterial zu den Kavitäten 11 und 12 bzw. zu
den mit denselben verbundenen Kavitäten 13 bis 16.
Der Kanal K beginnt an einer an der Oberfläche des vorderen Teils 4 des
Werkzeugs 2 liegenden, nach außen offenen Eintrittsstelle 18.
Er erstreckt sich zunächst
im Teil 4 des Werkzeugs 2 bis zur Kavität 11 der
ersten Trennebene 9, danach durch die Kavität 11 hindurch
und dann weiterführend
im mittleren Teil 5 des Werkzeugs 2 bis zur zweiten
Trennebene 10. Der Kanal K wird bei der Vorrichtung nach
der Erfindung bzw. bei dem in derselben eingesetzten Werkzeug 2 in
dessen Teilen 4 und 5 durch zwei fluchtend hintereinander
liegende Heißkanaldüsen gebildet.
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Die
Heißkanaldüsen sind
in 1 nur angedeutet,
aber in den 2 und 3 genauer dargestellt. Es
sind vorzugsweise elektrisch beheizbare Bauteile mit einem in Längsrichtung
durchgehenden, rohrförmigen
Hohlraum H, der zumindest an einem axialen Ende durch eine Düse D abgeschlossen
ist. Derartige Heißkanaldüsen sind grundsätzlich bekannt
und auf dem Markt käuflich
zu erwerben. Sie werden in die in den Teilen 4 und 5 der
Vorrichtung angebrachten Bereiche des Kanals K eingesetzt. Bei der
vorliegenden Vorrichtung handelt es sich um eine im vorderen Teil 4 des
Werkzeugs 2 angeordnete erste Heißkanaldüse 19 und eine im
mittleren Teil 5 des Werkzeugs 2 befindliche zweite
Heißkanaldüse 20, die
als Doppeldüse
ausgebildet ist und an beiden axialen Enden eine Düse D hat.
Die erste Heißkanaldüse 19 liegt
mit ihrer Düse
D an der Kavität 11 der
ersten Trennebene 9. Die zweite Heißkanaldüse 20 liegt bei geschlossenem
Werkzeug 2 mit ihrer einen Düse D an der Kavität 11 der
ersten Trennebene 9 und mit ihrer anderen Düse D an
der Kavität 12 der
zweiten Trennebene 10. Um die Kavität 11 der ersten Trennebene 9 herum
sind im Werkzeug 2, d. h. in dessen Teilen 4 und 5,
Heizelemente 21 angebracht, die in den 2 und 3 durch
Kreise angedeutet sind. Die Heizelemente 21 sind vorzugsweise
als elektrische Heizelemente ausgeführt. Es kann sich aber auch
um andere, der Erwärmung
dienende Elemente bzw. Temperaturführungen handeln. Sie dienen
der gezielten Temperierung von in der Kavität 11 vorhandenem Spritzmaterial.
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Die
Vorrichtung nach 1 arbeitet
beispielsweise wie folgt:
Der Einfachheit halber wird im folgenden
eine Vorrichtung beschrieben, in der nur die Kavitäten 11 und 12 vorhanden
sind. Es wird außerdem
angenommen, daß der
vordere Teil 4 des Werkzeugs 2 mit einer ihn begrenzenden
Halteplatte 24 fest steht. Zur Erzeugung von Formkörpern in
den Kavitäten 11 und 12 wird
die Spritzgießmaschine 1 bis
an die Eintrittstelle 18 des Kanals K bzw. der ersten Heißkanaldüse 19 an
das Werkzeug 2 herangefahren. In der Spritzgießmaschine 1 vorhandenes,
aufgeschmolzenes Spritzmaterial, bei dem es sich in der Regel um
Kunststoff handelt, kann dann in den Kanal K eingepreßt werden.
Es füllt
bei Erstbenutzung der Vorrichtung über den Kanal K, der hier von
den beiden Heißkanaldüsen 19 und 20 gebildet
wird, die Kavitäten 11 und 12. Wenn
die Kavitäten 11 und 12 unter
Anwendung von ausreichendem Druck gefüllt sind, wird die Spritzgießmaschine 1 geschlossen.
Das im Werkzeug 2 vorhandene Spritzmaterial – im folgenden „Kunststoff" genannt – kühlt dann
ab.
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Nach
ausreichender Kühlzeit
wird das Werkzeug 2 beispielsweise in der Trennebene 10 geöffnet (4). Seine Teile 4 und 5 bleiben
miteinander verriegelt. Der hintere Teil 6 wird dabei nach
Abschaltung der vom Druckerzeuger 8 erzeugten Anpreßkraft mit
der beweglich gelagerten Druckplatte 7 in die aus 4 ersichtliche Position
gebracht. Die Verriegelung ist mit Vorteil so ausgeführt, daß nach Fortfall
der Anpreßkraft
des Druckerzeugers 8 eine die beiden Teile 4 und 5 des
Werkzeugs 2 zusammenhaltende Restkraft erhalten bleibt.
Der in der Kavität 12 erzeugte
Formkörper
kann jetzt aus dem Werkzeug 2 entnommen werden. Der in
der Heißkanaldüse 20 noch
vorhandene Kunststoff bleibt in derselben. Er wird in der Heißkanaldüse 20 bei
einer vorgegebenen Temperatur gehalten. Das gilt auch für den in
der ersten Heißkanaldüse 19 vorhandenen
Kunststoff.
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Danach
wird das Werkzeug 2 wieder in seine aus 1 ersichtliche Schließ- bzw. Arbeitsstellung gebracht,
in welcher die Teile 4, 5 und 6 desselben durch
den Druckerzeuger 8 fest zusammengedrückt werden. Die Spritzgießmaschine 1 wird
wieder aktiviert und die Kavität 12 wird
wieder mit Kunststoff gefüllt,
und zwar durch den in der Kavität 11 vorhandenen
Kunststoff hindurch. Das wird einerseits durch die beiden Heißkanaldüsen 19 und 20 ermöglicht,
in denen bei gezielter Temperierung der Kunststoff in schmelzflüssigen Zustand
gebracht wird, und andererseits durch die um die Kavität 11 herum
angebrachten Heizelemente 21 sowie gegebenenfalls durch Öffnen der
Nadel einer aus 3 ersichtlichen Nadelverschlußdüse Z. Sie
kann insbesondere dann, wenn in der Kavität 11 Formkörper mit
größerer Wandstärke hergestellt
werden sollen, in die Heißkanaldüse 11 eingebaut
werden. Mittels der Heizelemente 21 kann der in der Kavität 11 vorhandene, schon
festere Kunststoff so relativ weich eingestellt werden, daß der zum
Füllen
der Kavität 12 zu
fördernde
schmelzflüssige
Kunststoff ungehindert hindurchtreten kann. Der in der gefüllten Kavität 11 vorhandene,
festere Kunststoff verhindert dabei, daß der schmelzflüssige Kunststoff
seitwärts
aus dem Kanal „ausbrechen" kann. Nach Füllung der
Kavität 12 auf die
beschriebene Weise wird die Spritzgießmaschine 1 wieder
geschlossen. Gleichzeitig wird die von den Heizelementen 21 erzeugte
Temperatur geregelt. Der schon kühlere
Formkörper
in der Kavität 11 kann dann
schnell auf seine Entformungstemperatur abkühlen. Ein in demselben beim
Durchtritt des Kunststoffs für
die Kavität 11 möglicherweise
entstandenes Loch wird dabei verschlossen. Der in den Heißkanaldüsen 19 und 20 verbleibende
Kunststoff bleibt temperiert.
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Die
Verriegelung der Teile der Vorrichtung wird jetzt in ihre zweite
Position gebracht, in welcher die Teile 5 und 6 des
Werkzeugs 2 so wie oben beschrieben miteinander verriegelt
sind. Das Werkzeug 2 wird dann in der Trennebene 9 geöffnet, wobei
der mittlere Teil 5 und der hintere Teil 6 desselben
zusammen mit der Druckplatte 7 bis in die aus 5 ersichtliche Position
bewegt werden. Der fertige Formkörper
der Kavität 11 kann
dann entnommen werden. Er löst
sich jeweils problemlos von dem Kunststoff, der in den beiden Heißkanaldüsen 19 und 20 stehen bleibt.
An diesen Stellen möglicherweise
verbleibende, durch die Düsen
hervorgerufene Markierungen sind so unauffällig, daß sie in den meisten Fällen nicht
stören.
Sie können
durch Nachbearbeitung gegebenenfalls entfernt werden.
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Das
Werkzeug 2 wird dann wie schon beschrieben wieder in seine
Schließ-
bzw. Arbeitsstellung gemäß 1 gebracht. Die Spritzgießmaschine 1 wird
daraufhin erneut aktiviert. Die Kavität 11 wird wieder mit
Kunststoff gefüllt
und die Teile 4 und 5 werden miteinander verriegelt.
Inzwischen ist der Formkörper
in der Kavität 12 abgekühlt, so
daß das
Werkzeug 2 – wie
weiter oben beschrieben – in
der Trennebene 10 geöffnet
werden kann. Auf diese Weise werden ständig abwechselnd die Kavitäten 11 und 12 mit
Kunststoff gefüllt
und nach Abkühlung
entformt.
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Die
beschriebene Arbeitsweise mit der Füllung der Kavität 12 durch
den Formkörper
der Kavität 11 hindurch
kann – wie
bereits erwähnt – insbesondere
dann, wenn der Formkörper
eine größere Wandstärke hat,
durch die Nadelverschlußdüse Z unterstützt werden,
die dann in der ersten Heißkanaldüse 19 als
Düse verwendet
wird. Sie garantiert eine verbesserte Führung des schmelzflüssigen Kunststoffs.