DE19613134C2

DE19613134C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE19613134C2
Application number: DE1996113134
Authority: DE
Inventors: Helmut Eckardt; Juergen Ehritt
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2016-04-02
Also published as: DE19613134A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffge genständen mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte auf weist:

- Schließen eines Formwerkzeugs mit mindestens einer Kavität;
- Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die mindestens eine Kavität des Formwerkzeugs entlang eines Schmel zefließwegs, der sich von einer Kunststoffplastifiziereinheit durch ei ne Kunststoffeinspritzdüse bis ins Formwerkzeug erstreckt;
- Gleichzeitiges und/oder anschließendes Eingeben eines ersten Druck fluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze mittels mindestens einer Fluideinspritzdüse, so daß die ins Formwerkzeug eingebrachte Schmelze unter Hohlraumbildung in der Kavität verteilt und an die Kavitätswandungen des Formwerkzeugs angepreßt wird;
- Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Kunststoffschmelze;
- Entlastung der Kavität vom Druck des Druckfluids; und
- Entformen des Formteils,

wobei in die mindestens eine Kavität (

2

) des Formwerkzeugs (

1

) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (p_GG

) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (

2

) entgegenwirkt.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Als vorteilhaftes Fertigungsverfahren für Kunststoff-Formteile hat sich das sog. Gasinnendruck-Verfahren durchgesetzt, wie es beispielsweise aus der US 4,101,617 bekannt ist. Hierbei wird Kunststoffschmelze in die Kavität eines Formwerkzeugs eingespritzt. Vor der Erstarrung wird Druckgas in die Schmelze injiziert, so daß sich in der Schmelze ein Hohlraum bildet.

Formteile werden beim Gasinnendruckverfahren üblicherweise also so hergestellt, daß zunächst eine bestimmte Menge Kunststoff eingespritzt wird, die nicht ausreichend ist, das Formnest vollständig zu füllen. Un mittelbar danach oder mit entsprechender zeitlicher Überlappung wird das Gas in die Schmelze eingespritzt. Das Gas treibt die zuerst einge spritzte Schmelze voran und bewirkt dadurch die vollständige Füllung, d. h. die vollständige Kontaktnahme der Schmelze mit der Kavitätsober fläche.

Aufgrund des großen Viskositätsunterschieds zwischen Schmelze und Gas neigt das Gas dazu, schnellstmöglich zum Ende der Fließfront zu gelangen, wo der Druck der Schmelze dem Atmosphärendruck ent spricht. Das hat eine starke Beschleunigung der Schmelzefront zur Fol ge, es besteht die Gefahr, daß aufgrund des Geschwindigkeitsunterschie des Umschalt- und Fließmarkierungen sichtbar werden bzw. das inji zierte Gas durch die Schmelze durchbricht. Formteile mit ungleichmäßi ger Oberflächenstruktur sind die Folge.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es bekannt, das Formteil zunächst vollständig mit Schmelze zu füllen und danach mit Hilfe des Gases die durch das Gas verdrängte Schmelze in eine Nebenkavität auszutreiben.

Ein Verfahren dieser Art ist in der DE 39 13 109 C2 beschrieben. Dort wird eine Produktionsweise von hohlen Kunststoffkörpern offenbart, bei der der Formhohlraum zunächst vollständig mit Kunststoffschmelze ausgefüllt und nach dem Einsetzen des Erstarrens der Schmelze an den Wänden des Formhohlraums die noch schmelzflüssige Seele des Kunst stoffkörpers mittels des Fluids in mindestens eine außerhalb des Form hohlraums angeordnete und mit diesem verbundene entformbare Neben kavität ausgetrieben wird. Damit ist es möglich, Kunststoffkörper herzu stellen, die auch bei komplizierter geometrischer Form eine einwand freie Oberfläche, insbesondere ohne Fließmarkierungen, aufweisen, die auch im Falle weniger, verhältnismäßig enger Hohlräume in einem weit gehend massiven Kunststoffkörper keine Einfallstellen in der Oberfläche zeigen.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß das in die Nebenkavität ver drängte Material 'Abfall' ist und vor einer erneuten Verarbeitung wieder eingemahlen werden muß. Weiterhin bedeutet der Einsatz eines Über laufs (= Nebenkavität), daß ein zusätzlicher kostentreibender Prozeß schritt notwendig wird, nämlich das Entformen der Nebenkavität nach jedem Spritzgießzyklus.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist zwar bereits aus der DE 28 00 482 A1 bekannt, bei dem vorgeschlagen wird, in die Werk zeugkavität ein Druckgas mit einem Druck einzugeben, der größer als der Atmosphärendruck ist. Dabei wirkt das Druckgas auf die Kunststoff schmelze und der Ausbreitung der Schmelze in der Kavität entgegen. Es finden sich dort jedoch keine Hinweise darauf, in welcher Form die Steuerung des Gegengases erfolgen soll, um eine stabile und vorteilhafte Spritzgießfertigung zu bewerkstelligen.

Zur Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine gute Kontrolle des Schmelzeflusses und der Gasausbreitung beim Ein spritzen erlaubt, fertige und gute Formteile ohne 'Abfall', also ohne Ein satz von Nebenkavitäten, liefert und Teile mit einwandfreier Oberflä chenqualität einem stabilen Spritzgießprozeß erzeugt.

In Verbindung mit den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bis 7 wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit der Zeit nach dem Start des Spritzgießzyklus gesteuert oder geregelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des in die Ka vität (2) eingespritzten Schmelzevolumens gesteuert oder geregelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit der Schnec kenposition gesteuert oder geregelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Werkzeug gesteuert oder gere gelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Schneckenvorraum (p_SV) ge steuert oder geregelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der die Schnecke axialverschiebenden Hydraulik gesteuert oder geregelt wird, oder
daß der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks des ersten Druckfluids (p_GI) gesteuert oder geregelt wird.

Das gesetzte Ziel wird also auf die Weise erreicht, daß zunächst vor dem Einspritzen der Schmelze in der Kavität ein Gasdruck erzeugt wird, der höher ist als der Atmosphärendruck. Gegen diesen Gasdruck erfolgt nun die Schmelzeeinspritzung. Der Gasdruck, gegen den die Schmelzefront fließt, bewirkt, daß am Ende der Schmelzefront der Massedruck dem Gasdruck entspricht. Dadurch wird bewirkt, daß das in die Schmelze eingespritze Gas nicht so leicht zur Schmelzefront gelangt, da dort der Schmelzedruck < 1 bar ist. Die Steuerung oder Regelung des Gegen druckes erfolgt in Abhängigkeit der angegebenen Parameter.

Außerdem wird erreicht, daß insbesondere bei dickwandigen Formteilen und Formteilen mit Wanddickenveränderungen und Rippen infolge des über den Gasgegendruck aufgebauten Widerstands, gegen den die Schmelze fließen muß, die Schmelze beim Füllen der Kavität immer Wandkontakt behält und gegen die Werkzeugwand mit ausreichend ho hem Druck gepreßt wird. Deshalb werden sonst ggf. auftretende Falten, Markierungen und Glanzunterschiede sicher vermieden. Die exakte Steuerung des Gegendruckes ist bei diesen Formteilen von entscheiden der Bedeutung.

Gemäß einer ersten Weiterbildung ist vorgesehen, daß das zweite Druck fluid an einer möglichst weit von der Schmelzeeingabestelle entfernten Stelle oder an mehreren Stellen in die Kavität (2) eingegeben wird.

Der Druck (p_GG) des zweiten Druckfluids kann gemäß einem vorgegebe nen Profil gesteuert oder geregelt werden. Hierfür sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar:
Der Druck des zweiten Druckfluids (p_GG) kann in einem vorgegebenen Verhältnis zum Druck des ersten Druckfluids (p_GI) stehen. Er kann klei ner als der Druck des ersten Druckfluids (p_GI) sein. Er liegt vorteilhaf terweise im wesentlichen in einem Bereich zwischen 5 und 100 bar. Häufig wird er im wesentlichen konstant sein.

Der Druck des zweiten Druckfluids (p_GG) kann gemäß einem vorgegebe nen Profil zu- oder abnehmen. Er kann bei der Einspritzung von Schmelze in die Kavität (2) zunächst ansteigen und anschließend gemäß einem vorgegebenen Profil abfallen. Umgekehrt kann er zunächst auch abfallen und anschließend gemäß einem vorgegebenen Profil wieder an steigen.

Als zweites Druckfluid kann - wie auch für das erste - Luft, Stickstoff, Argon oder ein anderes flüchtiges Medium zum Einsatz kommen.

Alternativ kann es vorteilhaft sein, daß der Druck des ersten Druckfluids (p_GI) in Abhängigkeit des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) gesteu ert oder geregelt wird.

Das zweite Druckfluid kann temperiert, also aufgeheizt oder abgekühlt, werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch gut beim Einsatz zweier oder mehrerer Kavitäten in einem Werkzeug. Dann kann vorge sehen werden, daß Kunststoffschmelze gleichzeitig in mehrere Kavitä ten (2) eingespritzt wird und daß der Druck des zweiten Druckfluids (p_GG) in allen Kavitäten gleich groß ist. Alternativ dazu kann in diesem Falle der Druck des zweiten Druckfluids (p_GG) in den einzelnen Kavitä ten auch unterschiedlich groß sein.

Im Falle mehrerer Kavitäten ist es angezeigt, daß der Druck des zweiten Druckfluids (p_GG) in jeder Kavität unabhängig voneinander gesteuert oder geregelt wird.

Zwecks sparsamen Einsatz (Recycling) von zweitem Druckfluid, das normalerweise aus einer Gaserzeugungs- bzw. -versorgungseinheit stammt, ist fortbildungsgemäß vorgesehen, daß das zweite Druckfluid nach seinem Gebrauch in einen Zwischenspeicher verbracht wird und für nachfolgende Spritzgießzyklen wiederverwendet wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist folgende Ele mente auf:

- ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (1) mit mindestens einer Kavität (2),
- eine Kunststoffplastifiziereinheit (4, 5) und eine Kunststoffeinspritz düse (3),
- mindestens eine Fluideinspritzdüse (7) zur Eingabe eines ersten Druckfluids,
- Mittel (8) zum Einspritzen mindestens eines zweiten Druckfluids in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) mit einem Druck (p_GG), der größer als der Atmosphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoffschmelze wirkt und der Aus breitung der Kunststoffschmelze in der Kavität (2) entgegenwirkt.

In Verbindung mit den Oberbegriffen der Patentansprüche 25 bis 31 wird die Auf gabe hinsichtlich der Vorrichtung gelöst
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (p_GG) in Abhängigkeit der Zeit nach dem Start des Spritzgießzyklus, oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (p_GG) in Abhängigkeit des in die Kavität (2) eingespritzten Schmelze volumens, oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (p_GG) in Abhängigkeit der Schneckenposition, oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) in Abhängigkeit des Drucks der Kunst stoffschmelze im Werkzeug, oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) in Abhängigkeit des Drucks der Kunst stoffschmelze im Schneckenvorraum (pSV), oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) in Abhängigkeit des Drucks der die Schnecke axialverschiebenden Hydraulik, oder
durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) in Abhängigkeit des Drucks des ersten Druckfluids (p_GI).

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Mittel (8) zum Ein spritzen des zweiten Druckfluids an einer möglichst weit von der Schmelzeeingabestelle entfernten Stelle oder an mehreren Stellen in der Kavität (2) angeordnet sind.

Ferner kann vorgesehen sein, daß Mittel für die Steuerung oder Rege lung des Drucks des zweiten Druckfluids (p_GG) gemäß einem vorgege benen Profil vorhanden sind.

Schließlich ist vorgesehen, daß Abdichtmittel (11) vorhanden sind zum gasdichten Abdichten der Werkzeugteile (1) gegen den Atmosphären druck.

In der Zeichnung sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele darge stellt:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Spritzgießvorrichtung, in

Fig. 2 ist die Abfolge des erfindungsgemäßen Verfah rens zu vier Zeitpunkten skizziert,

Fig. 3 zeigt die Anwendung des Verfahrens beim Einsatz von zwei Kavitäten in einem Werkzeug,

Fig. 4 stellt den Fall dar, wenn mit dem Verfahren spezi elle Formteile gefertigt werden sollen, in

Fig. 5 ist die zeitliche Abfolge bei der Herstellung eines Rippenteils zu sehen, wobei das Rippenteil in der Seitenansicht skizziert ist,

Fig. 6 zeigt den Schnitt A-B durch dieses Teil, in

Fig. 7 ist die zeitliche Abfolge bei der Herstellung des Rippenteils gemäß Fig. 5 zu sehen, wenn ein kon ventionelles Verfahren zum Einsatz kommt,

Fig. 8 zeigt den entsprechenden Schnitt C-D zu Fig. 6, in

Fig. 9 ist schließlich die Schnittansicht durch ein Werkzeug in der Vorderansicht skizziert.

In Fig. 1 ist eine Spritzgießvorrichtung zu sehen. Ein zweiteiliges Formwerkzeug 1 beinhaltet eine Kavität 2, also einen Hohlraum, der die äußere Oberfläche eines herzustellenden Formteils 6 definiert. Die bei den Formhälften sind mit einer Dichtung 11 versehen, so daß sie gas dicht abgeschlossen sind. An das Werkzeug ist eine Kunststoffplastifi ziereinheit 4, 5 angeschlossen, die aus einem Schneckenzylinder 4 und aus einer darin rotatorisch und axial bewegbaren Schnecke 5 besteht. Die Verbindung zwischen Formwerkzeug 1 und Kunststoffplastifi ziereinheit 4, 5 wird durch eine Kunststoffeinspritzdüse 3 hergestellt.

In der Kavität 2 ist eine Fluideinspritzdüse 7 angeordnet, die gegebenen falls derart beweglich ist, daß sie aus dem Formhohlraum herausfahrbar ist, was u. U. für die Entformung des fertigen Formteils wichtig ist. Mit dieser Fluideinspritzdüse wird ein erstes Druckfluid, im vorliegenden Fall unter Druck stehender Stickstoff aus einer nicht dargestellten Quelle bzw. Versorgungseinheit, in die Kavität 2 eingegeben. Dieses Druckgas dient zur Verteilung der Schmelze in der Kavität 2 und drückt sie an die bzw. Versorgungseinheit, in die Kavität 2 eingegeben. Dieses Druckgas dient zur Verteilung der Schmelze in der Kavität 2 und drückt sie an die Wandungen des Werkzeugs 1. Die Fluideinspritzdüse 7 kann an einer beliebigen Stelle des Werkzeugs angebracht werden; sie kann z. B. auch konzentrisch mit der Kunststoffeinspritzdüse 3 angeordnet sein, wodurch Schmelze und erstes Fluid durch dieselbe Werkzeugöffnung eingegeben werden. Anstelle der direkt in die Kavität ragenden Fluideinspritzdüse können also alternativ oder additiv auch andere bekannte Begasungs elemente vorgesehen sein, z. B. Fluiddüsen, die in die Kunststoffein spritzdüse 3 oder in den Anguß integriert sind. Sinnvoll kann es auch sein, mehrere Fluideinspritzdüsen 7 zu verwenden.

Weiterhin sind zwei Mittel 8 zum Einspritzen eines zweiten Druckfluids vorgesehen. Als Druckfluid kommt im gegenständlichen Falle wieder Stickstoff zum Einsatz. Diese Mittel 8 können Düsen nach ähnlicher Art der Fluideinspritzdüsen 7 sein. Es kann auch vorgesehen werden, daß diese Mittel aus kleinen Bohrungen bestehen, die in der Wand der Ka vität 2 eingearbeitet sind. Im skizzierten Fall befinden sich Verbin dungskanäle 10 zwischen den Mitteln 8 und der Kavität 2, so daß ein zweites Druckfluid - injiziert über die Mittel 8 - in die Kavität 2 wirk sam werden kann.

Der Produktionsverlauf eines Formteils 6 sieht folgendermaßen aus, s. Fig. 2:

Zuerst wird die Kavität 2 über die Mittel 8 und die Kanäle 10 mit Druckgas beaufschlagt, s. Teilfigur a). Der zur Anwendung kommende Druck p_GG (Gegendruck des zweiten Druckfluids) wird durch die - nicht dargestellte - Maschinensteuerung bestimmt. Der Druck p_GG liegt in je dem Falle über dem Atmosphärendruck (1 bar), vorzugsweise zwischen 5 und 100 bar.

Dann wird Kunststoffschmelze in für die Herstellung des Formteils 6 ausreichender Menge von der Kunststoffplastifiziereinheit in die Kavität 2 eingespritzt, s. Teilfigur b). Im Angußbereich herrscht im wesentlichen der Schmelzedruck im Schneckenvorraum p_SV, s. Fig. 1. Die Schmelze füllt - zumindest teilweise - die Kavität 2 aus. Der Druck p_GG bewirkt, daß auf die Schmelze, die in ihrem Endbereich den Schmelzedruck p_SE (s. Fig. 1) aufweist, ein Gegendruck ausgeübt wird, so daß sie sich nicht ungehindert in der Kavität ausbreiten kann (s. Pfeile).

Im nächsten Prozeßschritt, s. Teilfigur c), wird in das Innere der Schmelze das erste Druckfluid injiziert, dessen Druck der Gasinnen druck p_GI ist, s. Fig. 1. Anschließend wird also Druckgas in die Schmelze mittels der Fluideinspritzdüse 7 injiziert. Diese ist im vorliegenden Fall als Fluideinspritzdüse ausgebildet, die im Angußbereich des herzustel lenden Artikels wirksam ist. Alternativ ist es genauso möglich - dieser Fall ist jedoch nicht dargestellt -, daß die Begasungsdüse 7 in die Kunst stoffeinspritzdüse 3 integriert ist, z. B. als torpedoförmiger Düsenkörper.

Die Gaseingabe hat die beim Gasinnendruck-Verfahren üblichen Grün de: Zum einen wird das Formteil hohl und damit leichter, andererseits wird Kunststoffmaterial eingespart. Vor allem wird dadurch aber er reicht, daß das Gas die Schmelze an die Kavitätswand drückt und so die abkühlungsbedingte Schrumpfungsneigung des sich verfestigenden Kunststoffs ausgleicht, wodurch eine gute Oberfläche ohne Einfallstellen erreicht wird. Durch die Fluideingabe in die Schmelze bildet sich also eine Gasblase aus, deren Entwicklung mit dem Gegendruck p_GG gesteu ert werden kann: Ist der Gegendruck p_GG groß genug, wird die Gasblase im Inneren der Schmelze komprimiert, wäre er Null, könnte es sogar zu einem Durchbrechen des Gases durch die Schmelze kommen.

Durch entsprechende Beeinflussung des Gegendruckes p_GG wird er reicht, daß sich die Gasblase in gewünschter Weise ausbildet, wie es für das Zyklusende in der Teilfigur d) zu sehen ist.

Wenn die das Formteil 6 formende Schmelze genügend abgekühlt ist, kann das Formwerkzeug 1 entformt werden, das Formteil 6 wird also entnommen. Vor der Öffnung der beiden Werkzeughälften muß jedoch sowohl der erste als auch der zweite Fluiddruck abgebaut sein. Hierzu wird z. B. mittels geeigneter Ventile - nicht dargestellt - der jeweilige Gasfließweg freigegeben. Der Abbau des Drucks des zweiten Druck fluids wird in der Regel bereits mit der vollständigen Kontaktnahme der Schmelze mit der Kavitätswandung abgeschlossen sein.

In Fig. 3 ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines Mehrkavitätenwerkzeugs dargestellt. Das Werkzeug 1 weist im vorliegenden Falle zwei Kavitäten 2 auf, die geometrisch gleich sind. Diese werden von einem gemeinsamen Schmelzeanguß mit Kunststoff schmelze versorgt. Im Angußbereich sind zwei Fluideinspritzdüsen 7 angeordnet, mit denen das erste Druckfluid, also das Gas für das 'Auf blasen' der Schmelze, injiziert wird. Der Gasinnendruck p_GI ist im vor liegenden Falle für beiden Kavitäten gleich, da geometrische Ähnlich keit beider Kavitäten gegeben ist. Ebenfalls gleich ist der durch die In jektionsmittel 8 bzw. 10 aufgebaute Druck p_GG in den Kavitäten 2.

Allerdings ist es im Falle geometrisch ungleicher Kavitäten 2 sinnvoll, nicht mit denselben Druckwerten p_GI bzw. p_GG zu arbeiten. In diesem Falle empfiehlt es sich, den jeweiligen Gegendruck p_GG und auch ggf. den Gasinnendruck p_GI den spezifischen Verhältnissen in den Kavitäten anzupassen, so daß jeweils ein optimaler Schmelzefluß erzielt wird. Unterschiedliche Drücke (p_GG) können aber auch bei geometrisch glei chen Kavitäten 2 angezeigt sein, wenn nämlich Unterschiede im Fül lungsverhalten der Kavitäten mit Schmelze gegeben sind.

In Fig. 4 ist der Fall dargestellt, daß ein komplexes Formteil 6 gefertigt werden soll, das insgesamt vier langgestreckte Bereiche aufweist. Im vorliegenden Falle ist vorgesehen, daß das erste Druckfluid (Gas für Ga sinnendruck p_GI) über den Schmelzefließweg eingespritzt wird, daß die Fluideinspritzdüse 7 sich also im Anguß- oder Düsenbereich befindet.

Im unteren Bereich von Fig. 4 sind drei langgestreckte Bereiche des Formteils bzw. der Kavität zu erkennen. Damit die Schmelze und das sich in ihr befindliche Gas (Druck p_GI) den gewünschten Flußverlauf nimmt, sind drei Gasgegendrücke p_GG1, p_GG2 und p_GG3 in den jeweiligen Armen der Kavität wirksam. Damit wird erreicht, daß sich trotz unter schiedlicher Randbedingungen in der Rheologie in den drei Armen ein optimaler Schmelzefluß und eine optimale Gasblasenausbildung ergibt.

In Fig. 5 ist für vier aufeinanderfolgende Prozeßzeitpunkte der Flußver lauf von Gas und Schmelze für ein rippenförmiges Formteil skizziert, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. In der Ka vität 2 herrscht vor und/oder während der Schmelzeeinspritzung der Ge gendruck p_GG, der größer als der Umgebungsdruck (Atmosphärendruck 1 bar) ist. Die Schmelzefront breitet sich - trotz des stark unterschiedlichen Querschnitts des Formteils - gleichmäßig aus, wie es in den Teilfiguren a) und b) zu sehen ist. Wie aus Teilfigur b) hervorgeht, ist dort bereits mit der Injektion des ersten Druckfluids begonnen worden.

Wie aus den weiteren Teilfiguren c) und d) hervorgeht, breitet sich unter Anwendung des Gegendruckes p_GG sowohl die Schmelze als auch die Gasblase wunschgemäß aus, die Gasblase bleibt also auf den Dickstel lenbereich im oberen Abschnitt des rippenförmigen Teils beschränkt.

In Fig. 6 ist der Querschnitt des Formteils entlang der Schnittlinie A-B (s. Fig. 5d) zu sehen. Wie zu erkennen ist, beschränkt sich die Gasblase auf den dicken oberen Teil des Werkstücks.

Anders ist es, wenn ohne das erfindungsgemäße Verfahren gearbeitet wird. Dieser Fall ist in den Fig. 7 und 8 skizziert. Ohne Gegendruck p_GG, also bei p = 1 bar in der Kavität, strömt die Schmelze im oberen Dickstellenbereich schneller voran als im unteren Rippenbereich, s. Teil figur 7b). Bei Gaseingabe mittels der Fluideinspritzdüse 7 breitet sich die Gasblase nicht nur wunschgemäß im Dickstellenbereich aus, sondern es kommt zu einem unerwünschten Eintritt des Gases in den Rippenbe reich, s. Teilfiguren c) und d). Wie anhand des Schnitts C-D (s. Teilfigur 7d) in Fig. 8 zu sehen ist, hat sich die Gasblase unerwünschter Weise auch in die Rippe erstreckt.

In Fig. 9 ist schließlich eine alternative vorrichtungsmäßige Ausbildung der Erfindung dargestellt. In einem gewünschten Querschnitt des Werk zeugs, der in Fig. 9 skizziert ist, ist in das Formwerkzeug 1 ein Gaskanal 9 eingearbeitet, der mit dem zweiten Druckfluid (Gegengas) beauf schlagt ist. Dieser Kanal steht über Verbindungskanäle 10 mit der Kavi tät 2 des Werkzeugs 1 in Verbindung, so daß sich der Gasgegendruck (p_GG) in gewünschter Höhe in die Kavität auswirken kann. Die Abmes sungen der Verbindungskanäle - hier wie auch in Fig. 1 ff - sind so ge wählt, daß das zweite Druckfluid aus dem Gaskanal 9 in die Kavität 2 hinein voll wirksam werden kann (Druck p_GG), daß jedoch nach dem Einspitzen von Schmelze in die Kavität 2 durch die Schmelzeein trittsöffnung 3 aufgrund einer geringen Dicke der Kanäle 10 keine Schmelze aus der Kavität 2 in die Kanäle 10 hinein austreten kann.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein - dieser Fall ist jedoch nicht dargestellt -, daß das zweite Druckfluid für den Gasgegendruck an belie bigen Stellen des Werkzeugs hinein gebracht werden kann, wobei bei spielsweise Fluideinspritzdüsen ähnlich der in Fig. 1 dargestellen (Be zugszeichen 7) zum Einsatz kommen. Der zur Wirkung kommende Gas druck (p_GG) kann unterschiedlich hoch gewählt werden (s. Ausführungen zu Fig. 4). Entsprechende Begasungsdüsen werden an geeigneten Orten des Werkzeugs plaziert. In der Regel kommen die Stellen bevorzugt in Betracht, die möglichst weit von der Schmelzeeingabestelle entfernt sind.

Die Mittel 8 zum Einspritzen des zweiten Druckfluids dienen dabei wie der sowohl für den Druckaufbau in der Kavität 2 als auch für den Druckabbau, wozu übliche Ventilelemente zu Einsatz kommen. Ein Austreten des Gases nach außen wird wieder durch geeignete Dichtun gen unterbunden.

Bezugszeichenliste

1

Formwerkzeug

2

Kavität des Formwerkzeugs

3

Kunststoffeinspritzdüse

4

Schneckenzylinder

5

Schnecke

4

,

5

Kunststoffplastifiziereinheit

6

Formteil

7

Fluideinspritzdüse für das erste Druckfluid

8

Mittel zum Einspritzen des zweiten Druckfluids

9

Kanal für zweites Druckfluid

10

Verbindungskanal

11

Dichtung
p_SV

Schmelzedruck im Schneckenvorraum
p_SE

Schmelzedruck im Endbereich der Schmelze
p_GI

Gasinnendruck
p_GG

Gegendruck des zweiten Druckfluids

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

a) Schließen eines Formwerkzeugs (1) mit mindestens einer Kavität (2);
b) Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) ent lang eines Schmelzefließwegs, der sich von einer Kunststoff plastifiziereinheit (4, 5) durch eine Kunststoffeinspritzdüse (3) bis ins Formwerkzeug (1) erstreckt;
c) Gleichzeitiges und/oder anschließendes Eingeben eines er sten Druckfluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze mittels mindestens einer Fluideinspritzdüse (7), so daß die ins Formwerkzeug eingebrachte Schmelze unter Hohlraumbildung in der Kavität (2) verteilt und an die Kavitätswandungen des Formwerkzeugs (1) angepreßt wird;
d) Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils (6) auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Kunststoff schmelze;
e) Entlastung der Kavität (2) vom Druck des Druckfluids; und
f) Entformen des Formteils;

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit der Zeit nach dem Start des Spritzgießzyklus gesteuert oder geregelt wird.

2. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des in die Kavität (2) eingespritzten Schmelzevolumens gesteuert oder geregelt wird.

3. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit der Schneckenposition gesteuert oder geregelt wird.

4. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Werkzeug gesteuert oder geregelt wird.

5. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Schneckenvorraum (pSV) gesteuert oder geregelt wird.

6. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks der die Schnecke axialverschiebenden Hydraulik gesteuert oder geregelt wird.

7. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgegenständen (6) mit einer oder mehreren Hohlstellen, das die Schritte aufweist:

wobei in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) zumin dest zeitweise mindestens ein zweites Druckfluid, insbesondere Druck gas, mit einem Druck (pGG) eingegeben wird, der größer als der Atmo sphärendruck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Ka vität (2) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pGG) des zweiten Druckfluids in Abhängigkeit des Drucks des ersten Druckfluids (pGI) gesteuert oder geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß das zweite Druckfluid an einer möglichst weit von der Schmel zeeingabestelle entfernten Stelle oder an mehreren Stellen in die Kavität (2) eingegeben wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) gemäß einem vorgegebenen Profil gesteuert oder geregelt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) in einem vorgegebenen Verhältnis zum Druck des ersten Druckfluids (pGI) steht.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) kleiner ist als der Druck des ersten Druckfluids (pGI).

12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) im wesentlichen in einem Bereich zwischen 5 und 100 bar liegt.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) im wesentlichen konstant ist.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) gemäß einem vorgegebenen Profil zunimmt.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) gemäß einem vorgegebenen Profil abnimmt.

16. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) bei der Einspritzung von Schmelze in die Kavität (2) zunächst ansteigt und anschließend gemäß einem vorgegebenen Profil abfällt.

17. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zweiten Druckfluids (pGG) bei der Einspritzung von Schmelze in die Kavität (2) zunächst abfällt und anschließend gemäß einem vorgegebenen Profil ansteigt.

18. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Druckfluid Luft, Stickstoff, Ar gon oder ein anderes flüchtiges Medium ist.

19. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des ersten Druckfluids (pGI) in Abhängigkeit des Drucks des zweiten Druckfluids (pGG) gesteuert oder geregelt wird.

20. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Druckfluid temperiert, also auf geheizt oder gekühlt, wird.

21. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffschmelze gleichzeitig in mehre re Kavitäten (2) eingespritzt wird und daß der Druck des zweiten Druck fluids (pGG) in allen Kavitäten gleich groß ist.

22. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffschmelze gleichzeitig in mehre re Kavitäten (2) eingespritzt wird und daß der Druck des zweiten Druck fluids (pGG) in den einzelnen Kavitäten unterschiedlich groß ist.

23. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffschmelze gleichzeitig in mehre re Kavitäten (2) eingespritzt wird und daß der Druck des zweiten Druck fluids (pGG) in jeder Kavität unabhängig gesteuert oder geregelt wird.

24. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Druckfluid nach seinem Ge brauch in einen Zwischenspeicher verbracht wird und für nachfolgende Spritzgießzyklen wiederverwendet wird.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

- ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (1) mit mindestens einer Kavität (2),
- eine Kunststoffplastifiziereinheit (4, 5) und eine Kunststoffe inspritzdüse (3),
- mindestens eine Fluideinspritzdüse (7) zur Eingabe eines er sten Druckfluids,
- Mittel (8) zum Einspritzen mindestens eines zweiten Druck fluids in die mindestens eine Kavität (2) des Formwerkzeugs (1) mit einem Druck (pGG), der größer als der Atmosphären druck ist, wobei das zweite Druckfluid auf die Kunststoff schmelze wirkt und der Ausbreitung der Kunststoffschmelze in der Kavität (2) entgegenwirkt,

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit der Zeit nach dem Start des Spritzgießzy klus.

26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit des in die Kavität (2) eingespritzten Schmelzevolumens.

27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit der Schneckenposition.

28. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Werkzeug.

29. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit des Drucks der Kunststoffschmelze im Schneckenvorraum (pSV).

30. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit des Drucks der die Schnecke axialver schiebenden Hydraulik.

31. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 24, die aufweist:

gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druck fluids (pGG) in Abhängigkeit des Drucks des ersten Druckfluids (pGI).

32. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 25 bis 31, da durch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zum Einspritzen des zweiten Druckfluids an einer möglichst weit von der Schmelzeeingabestelle ent fernten Stelle oder an mehreren Stellen in der Kavität (2) angeordnet sind.

33. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 25 bis 32, ge kennzeichnet durch Mittel für die Steuerung oder Regelung des Drucks des zweiten Druckfluids (pGG) gemäß einem vorgegebenen Profil.

34. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 25 bis 33, ge kennzeichnet durch Abdichtmittel (11) zum gasdichten Abdichten der Werkzeugteile (1) gegen den Atmosphärendruck.