DE19631209A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffteilen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von KunststoffteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von
Kunststoffteilen, bei dem eine vorbestimmte Menge einer Kunst
stoffschmelze über einen Angußkanal in mindestens einen Formhohl
raum eines Werkzeugs eingebracht wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Spritzgießen
von Kunststoffteilen, mit einem Werkzeug, mit mindestens einem
Formhohlraum im Werkzeug, mit einem an das Werkzeug anschließ
baren Spritzgießaggregat zum Einbringen von Kunststoffschmelze,
und mit mindestens einem Kanal, der den mindestens einen
Formhohlraum mit dem Spritzgießaggregat verbindet.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorstehend genannten
Art sind allgemein bekannt.
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, wird sie
bevorzugt zum Spritzgießen von sehr flachen Gegenständen,
insbesondere von sogenannten Smart-Cards oder Compact-Discs
eingesetzt. Unter einer Smart-Card versteht man eine ein- oder
doppelseitig kaschierte Kunststoffkarte, die üblicherweise mit
Hinweis- und/oder Werbeaufdrucken und/oder mit Sicherheits
merkmalen, z. B. einem Hologramm, einem Magnetstreifen, einem
Foto des Karteninhabers oder dergleichen, versehen ist. In die
Smart-Card ist ein sogenanntes Modul eingebettet. Das Modul
besteht aus einem elektronischen Schaltkreis (Chip) sowie
üblicherweise einem Trägerplättchen, auf dem der Chip sitzt.
Das Plättchen bildet bei bestimmten Karten mit mehreren Ober
flächensegmenten elektrische Kontakte, die von außen zugänglich
sind. Derartige Smart-Cards werden als Telefonkarten, Berechti
gungskarten für mobile Nachrichtengeräte, als Scheckkarten im
Geldverkehr, als Berechtigungsnachweis für Krankenkassen oder
dergleichen, als Berechtigungsnachweis für den Zugang in
bestimmte Gebäude oder Gebäudeteile und für andere Zwecke, z. B.
zur Warensicherung, eingesetzt.
Zum Herstellen der Smart-Cards wird ein Kunststoff-Spritzgieß
verfahren eingesetzt. Hierzu dient ein Werkzeug, das üblicher
weise aus zwei oder mehreren Teilen, sogenannten Werkzeughälften,
besteht. Ein im Werkzeug vorgesehener Hohlraum hat die flache,
quaderförmige Gestalt der Smart-Card. Herkömmlicherweise wird
das Kunststoffmaterial in einem üblichen Spritzgießaggregat
verflüssigt, und die Kunststoffschmelze wird dann über eine
Öffnung in den Hohlraum eingebracht. Das Spritzgießaggregat
umfaßt üblicherweise eine Schnecke zum Verflüssigen und Fördern
des Kunststoffs. Die Kunststoffschmelze wird mittels der Schnecke
in das Werkzeug und damit in den Formhohlraum eingebracht. Dies
kann entweder nur durch Drehung der Schnecke geschehen oder
auch durch ein schnelles axiales Verfahren der Schnecke. Im
letztgenannten Fall spricht man von "Einspritzen".
In diesem Zusammenhang befaßt sich die vorliegende Erfindung
mit den folgenden beiden Problemen:
Ein erstes Problem besteht generell beim Spritzgießen von Kunststoffteilen darin, daß die in den Formhohlraum eingebrachte Kunststoffschmelze beim Erstarren schrumpft, also eine Volumen verminderung zeigt. Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird dieser Effekt dadurch kompensiert, daß man die Kunststoff schmelze "nachdrückt". In der Praxis geht man so vor, daß die beim Einbringvorgang vorfahrende Schnecke des Spritzgießaggrega tes kurz vor Erreichen des Endanschlages angehalten wird, so daß noch eine gewisse Menge an flüssiger Kunststoffschmelze in Reserve gehalten wird. Diese Menge wird dann nach einem vorbestimmten Zeitprogramm nachgeschoben, also zusätzlich in den Formhohlraum hineingedrückt, um die durch den Schrumpfungs vorgang verursachte Volumenverminderung der erstarrenden Kunststoffschmelze zu kompensieren.
Ein erstes Problem besteht generell beim Spritzgießen von Kunststoffteilen darin, daß die in den Formhohlraum eingebrachte Kunststoffschmelze beim Erstarren schrumpft, also eine Volumen verminderung zeigt. Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird dieser Effekt dadurch kompensiert, daß man die Kunststoff schmelze "nachdrückt". In der Praxis geht man so vor, daß die beim Einbringvorgang vorfahrende Schnecke des Spritzgießaggrega tes kurz vor Erreichen des Endanschlages angehalten wird, so daß noch eine gewisse Menge an flüssiger Kunststoffschmelze in Reserve gehalten wird. Diese Menge wird dann nach einem vorbestimmten Zeitprogramm nachgeschoben, also zusätzlich in den Formhohlraum hineingedrückt, um die durch den Schrumpfungs vorgang verursachte Volumenverminderung der erstarrenden Kunststoffschmelze zu kompensieren.
Bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen läßt sich dieser
Nachdrückvorgang nicht oder nur in grober Näherung reproduzierbar
einstellen bzw. regeln. Dies liegt daran, daß die während des
Nachdrückvorganges zurückgelegte Wegstrecke der Schnecke sehr
gering ist, weil sich bei einem typischen Durchmesser der
Schnecke von 32 mm nur ein Hubweg von z. B. 0,2 mm ergibt, der
in Verbindung mit dem Schneckendurchmesser dem benötigten Volumen
der Menge von Kunststoffschmelze entspricht, die zum Nachdrücken
benötigt wird. Hinzu kommt, daß beim Spritzgießen stets sehr
kurze Zykluszeiten angestrebt werden, was wiederum zu hohen
Verfahrgeschwindigkeiten der Schnecke im Spritzgießaggregat
führt. Berücksichtigt man ferner, daß beim Einbringvorgang auch
relativ große Massen bewegt werden, so ist leicht einzusehen,
daß diese großen Massen in Verbindung mit den hohen Geschwindig
keiten es nicht gestatten, innerhalb eines Nachdrückhubes von
beispielsweise nur 0,2 mm eine auch nur einigermaßen genaue
Regelung von Lage und/oder Zeitablauf zu ermöglichen.
Das zweite Problem besteht darin, daß es bei herkömmlichen
Verfahren und Vorrichtungen oftmals schwierig ist, Kunststoff
teile mit sehr geringem Volumen zu spritzen. Dies liegt daran,
daß die Schnecken von üblichen Spritzgießaggregaten nicht mit
beliebig kleinem Durchmesser gebaut werden können, weil das
üblicherweise eingesetzte Granulat eine bestimmte Körnung
aufweist, die dem Durchmesser der Schnecke bzw. dem axialen
Abstand der Gänge der Schnecke nach unten hin gewisse Grenzen
setzt.
Wenn daher bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen mit
derartigen Schnecken nur sehr geringe Mengen an Kunststoff
schmelze eingebracht werden sollen, ergeben sich wiederum sehr
kleine Hübe, und zwar sowohl für den Einbringvorgang selbst
wie auch insbesondere für das erforderliche Nachdrücken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter
zubilden, daß die vorstehend genannten Probleme gelöst werden.
Insbesondere soll es möglich sein, beim Nachdrücken eine präzise
Lage- oder Zeitregelung der für die Förderung der nachzu
drückenden Menge an Kunststoffschmelze zuständigen Elemente
zu erreichen. Darüber hinaus soll es möglich sein, genaue und
reproduzierbare Einspritzvorgänge auch bei extrem kleinen
Volumina einzuspritzender Kunststoffschmelze zu ermöglichen.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil der
Menge zunächst in einen im Werkzeug angeordneten Reserve-Hohlraum
eingebracht und dann in den mindestens einen Formhohlraum
überführt wird.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der
Kanal ferner mit einem Reserve-Hohlraum in Verbindung steht,
und daß Mittel zum überführen von Kunststoffschmelze aus dem
Reserve-Hohlraum in den Formhohlraum vorgesehen sind.
Die Erfindung löst damit die zugrunde liegende Aufgabe voll
kommen.
Erfindungsgemäß trennt man sich nämlich von dem herkömmlichen
Konzept, wonach das Einspritzen der flüssigen Kunststoffschmelze
ausschließlich durch das Spritzgießaggregat selbst, d. h. die
üblicherweise darin angeordnete Schnecke, ausgeführt wurde.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen hatte dies zur Folge,
daß man auch bei besonders schwierigen Einspritzvorgängen stets
auf die Konstruktion des Spritzgießaggregates und insbesondere
der Schnecke Rücksicht nehmen mußte.
Die Erfindung löst sich von diesem herkömmlichen Konzept
vollkommen, indem ein Reserve-Hohlraum im Werkzeug vorgesehen
wird, in dem entweder die gesamte für das Spritzgießen des
Kunststoffteils erforderliche Menge an Kunststoffschmelze oder
auch nur ein Teil davon zwischengelagert werden kann. Wird nur
ein Teil der benötigten Menge zwischengelagert, so kann dieser
Teil insbesondere zum Nachdrücken verwendet werden.
Bei der Dimensionierung des Reserve-Hohlraums und insbesondere
bei der Dimensionierung der zum überführen der Kunststoffschmelze
in den Formhohlraum erforderlichen Mittel kann man sich dann
völlig von der Konstruktion des Spritzgießaggregates bzw. der
Schnecke lösen.
Auf diese Weise ist es möglich, unterschiedliche Einspritz
vorgänge flexibel zu gestalten, ohne Veränderungen am Spritzgieß
aggregat vornehmen zu müssen.
Dadurch, daß Teilaufgaben, insbesondere das Nachdrücken, nunmehr
von Elementen übernommen werden, die unabhängig vom Spritzgieß
aggregat sind, ergibt sich zusätzlich ein Zeitvorteil. Sobald
nämlich das Spritzgießaggregat die benötigte Menge an Kunststoff
schmelze in das Werkzeug und damit auch den Reserve-Hohlraum
eingespritzt hat, kann das Spritzgießaggregat vom Werkzeug
abgetrennt werden. Im Spritzgießaggregat kann dann bereits der
nächste Einspritzvorgang durch Plastifizieren des Granulats
eingeleitet werden, und zwar während einer Zeitspanne, in der
der Einspritzvorgang inclusive Nachdrücken im Werkzeug erst
noch beendet wird. Auf diese Weise läßt sich die Zykluszeit
des gesamten Einspritzvorganges gegenüber bekannten Verfahren
deutlich verringern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Druck
spitzen abgebaut werden, die bei herkömmlichen Anordnungen zu
dem Zeitpunkt auftreten, zu dem der Formhohlraum vollständig
befüllt ist. Da die Druckspitzen abgebaut werden, tritt kein
Schlag im Werkzeug auf, und es können daher die Zuhaltekräfte
des Werkzeugs niedriger dimensioniert werden. Dies wiederum
führt zu einer Vereinfachung in der mechanischen Konstruktion
des Werkzeugs.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist das Volumen des Reserve-Hohlraums in etwa gleich
dem Volumen der vorbestimmten Menge.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Reserve-Hohlraum
insgesamt zum Einspritzen der benötigten Menge an Kunststoff
schmelze in den Formhohlraum oder die Formhohlräume genutzt
werden kann. Man kann dann beispielsweise auch sehr kleine
Formhohlräume ausspritzen, weil der Vorgang der Überführung
von der Funktion des Spritzgießaggregates unabhängig ist.
Entsprechendes gilt auch für eine alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Volumen des
Reserve-Hohlraums wesentlich kleiner als das Volumen der Menge
ist, und der in den Reserve-Hohlraum eingespritzte Teil der
Menge zum Nachdrücken von Kunststoffschmelze in den mindestens
einen Formhohlraum eingesetzt wird.
In beiden Fällen ergeben sich die bereits geschilderten Vorteile
hinsichtlich größerer Flexibilität und vor allem auch hinsicht
lich einer Verkürzung der Zykluszeit.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Reserve-Hohlraum als Zylinderbohrung einer
ersten Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, dessen Kolben Teil
der Überführungsmittel ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Elemente eingesetzt werden,
wie sie in Spritzgießwerkzeugen bekannt und bewährt sind.
Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn der Kolben an
einer den Formhohlraum mit dem Kanal verbindenden Öffnung
angeordnet und so verschiebbar ist, daß eine Steuerkante des
Kolbens über die Öffnung führbar ist.
Diese Maßnahme hat den zusätzlichen Vorteil, daß ein Kunststoff
teil mit praktisch unsichtbarem Anguß entsteht. Die über die
Öffnung führbare Steuerkante des Kolbens bewirkt nämlich, daß
der durch die Öffnung reichende Kunststoffstrang sauber abge
schert wird, so daß die Kunststoffschmelze im Formhohlraum unter
Anlage am Kolben erstarren kann. Der Anguß ist dann praktisch
nicht mehr sichtbar.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist besonders bevorzugt, wenn
der Kolben als Hohlzylinder ausgebildet ist, der auf einem
Innenkolben läuft.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auch sehr flache Werkstücke
mit einer Durchgangsbohrung relativ großen Durchmessers herge
stellt werden können, beispielsweise Compact-Discs. In diesem
Falle kann der Nachdrückvorgang im wesentlichen durch den
Innenkolben bewirkt werden, während der Hohlzylinder zum
angußfreien Abscheren der Kunststoffschmelze am Rande des
Formhohlraums dient.
Besonders bevorzugt ist ferner, wenn das Spritzgießaggregat
eine axial verschiebliche, in einer Bohrung laufende Schnecke
mit einem ersten wirksamen Förderdurchmesser umfaßt, der
wesentlich größer ist als ein zweiter wirksamer Förderdurchmesser
des Kolbens.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die bereits beschriebene
Lageregelung und damit auch Zeitregelung in wesentlich genauerer
Weise möglich ist. Dies gilt unabhängig davon, ob aus dem
Reserve-Hohlraum der gesamte Formhohlraum ausgefüllt oder nur
eine Teilmenge zum Nachdrücken bereitgestellt wird. Wenn nämlich
der wirksame Förderdurchmesser des Kolbens wesentlich kleiner
ist als der entsprechende Förderdurchmesser der Schnecke, so
wird für die Förderung bzw. Überführung desselben Volumens eine
wesentlich größere Wegstrecke des Kolbens benötigt. Statt der
bereits erwähnten beispielsweise 0,2 mm an Nachdrückhub bei
einer Schnecke eines Spritzgießaggregates kann eine Strecke
von z. B. 10 mm erreicht werden, wenn der wirksame Förder
durchmesser des Kolbens entsprechend klein eingestellt wird.
Auf einer Wegstrecke von 10 mm für den Nachdrückhub kann aber
eine wesentlich genauere Weg- und Zeitsteuerung realisiert
werden, als wenn der Hub nur 0,2 mm beträgt. Dies gilt insbe
sondere auch für die Zeitsteuerung, bei der ein Zeitpunkt
eingestellt werden soll, zu dem der Nachdrückvorgang beginnt.
Während es bei herkömmlichen Vorrichtungen nur sehr schwer
möglich ist, die mit hoher Geschwindigkeit vorlaufende und mit
hoher Masse behaftete Schnecke schnell abzubremsen, kann dies
bei einem kleinen und über eine lange Strecke laufenden Kolben
in wesentlich einfacherer und genauerer Weise erreicht werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfassen die Übertragungsmittel eine Rückstellfeder,
die beim Befüllen des Reserve-Hohlraums gespannt wird und sich
beim Überführen entspannt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Reserve-Hohlraum
selbsttätig "geladen" und dann wieder entladen werden kann,
indem die Rückstellfeder entsprechend gespannt bzw. entspannt
wird. Als Rückstellfeder kann dabei eine übliche Schraubenfeder,
aber auch eine Gasdruckfeder oder dergleichen eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist weiterhin, wenn bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Übertragungsmittel ferner eine zweite Kolben-
Zylinder-Einheit umfassen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ebenfalls robuste und
zuverlässige Elemente eingesetzt werden können, die es darüber
hinaus gestatten, eine präzise Lageregelung oder Zeitregelung
zu realisieren.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beige
fügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Seitenansicht, im Schnitt,
eines Ausschnitts aus einem Kunststoff-Spritzgieß
werkzeug, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung
Verwendung finden kann, und zwar in einer Ausgangs
stellung;
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch in einer ersten
Betriebsstellung;
Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch in einer zweiten
Betriebsstellung;
Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch in einer dritten
Betriebsstellung;
Fig. 5 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch ein zweites
Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellend;
Fig. 6 eine weitere Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch ein
drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffend,
und zwar in einer ersten Betriebsstellung;
Fig. 7 die Darstellung gemäß Fig. 6, jedoch für eine zweite
Betriebsstellung.
In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt ein Werkzeug einer Kunststoff-
Spritzgießmaschine von im übrigen herkömmlicher Bauart. Das
Werkzeug 10 umfaßt eine erste Werkzeughälfte 11 sowie eine zweite
Werkzeughälfte 12, die entlang einer Trennebene 13 aneinander
liegen.
Die Werkzeughälften 11, 12 schließen im dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel zwei Formhohlräume zwischen sich ein, nämlich
einen ersten Formhohlraum 15 sowie einen zweiten Formhohlraum
16. Es versteht sich, daß es ebenso gut möglich ist, nur einen
einzigen Formhohlraum oder mehr als zwei Formhohlräume einzu
setzen. Es versteht sich ferner, daß die dargestellten Formhohl
räume 15, 16 in ihrer Formgebung lediglich beispielhaft zu
verstehen sind. In Fig. 1 ist mit jeweils zwei strichpunktierten
Linien angedeutet, daß die Formhohlräume 15, 16 sich wesentlich
weiter nach oben bzw. unten erstrecken, als dies der Darstellung
entspricht. Die Formhohlräume 15, 16 haben vorzugsweise eine
flache, quaderförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken, die den
Abmessungen und der Formgebung von Scheckkarten bzw. Smart-Cards
entspricht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungs
beispiel beschränkt.
Die Formhohlräume 15, 16 sind über Angußkanäle 17, 18 mit einem
ersten Zuführkanal 19 sowie einem zweiten Zuführkanal 20
verbunden. Die Zuführkanäle 19, 20 liegen koaxial zu einer Achse
21 der Gesamtanordnung.
In der zweiten Werkzeughälfte 12 ist ein Spritzgießaggregat 30
herkömmlicher Bauart angeordnet bzw. an diese angeschlossen.
Das Spritzgießaggregat 30 umfaßt eine Bohrung 31 oder entspre
chende Hülse, in der eine Schnecke 32 läuft. Die Schnecke 32
umfaßt Gänge 33 sowie eine Spitze 34. Die Spitze 34 ist an einen
in seiner Formgebung komplementären Anschlag 35 anlegbar, der
zugleich den Übergang zum ersten Zuführkanal 19 bildet. In den
Zwischenräumen 36 zwischen den Gängen 33 befindet sich bei der
in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung ein mit 37 angedeutetes
Granulat, wie es üblicherweise als Ausgangsmaterial für das
Spritzgießen von Kunststoffteilen eingesetzt wird.
Der zweite Zuführkanal 20 führt zu einer ersten Kolben-Zylinder-
Einheit 40, und zwar zu einer Zylinderbohrung 41 in der ersten
Werkzeughälfte 11. In der Zylinderbohrung 41 läuft ein Kolben
42, der bei Ausführungsbeispielen der Erfindung mit einer Feder
43 vorgespannt sein kann. Der Kolben 42 ist mittels einer
Kolbenstange 44 betätigbar.
In Fig. 1 ist der Raum der Zylinderbohrung 41 zwischen der
rechten Stirnfläche des Kolbens 42 und dem Anschluß zum zweiten
Zuführkanal 20 als Reserve-Hohlraum 45 bezeichnet. Die Funktion
des Reserve-Hohlraums 45 wird weiter unten noch erläutert werden.
Zum Betätigen des Kolbens 42 über die Kolbenstange 44 dient
eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit 50. Diese umfaßt wiederum
eine Zylinderbohrung 51, in der ein Kolben 52 läuft. Mittels
Steuerleitungen 53, 54 kann ein Fluid, inbesondere eine Hydrau
likflüssigkeit, auf der einen oder der anderen Seite des Kolbens
52 in die Zylinderbohrung 51 eingeleitet werden, um eine
Verschiebung des Kolbens 52 und damit auch der Kolbenstange
44 zu bewirken.
In Fig. 2 ist dazu angedeutet, daß ein Längensensor 55 mit dem
Kolben 52 zusammenwirken kann, um dessen jeweilige Lage in der
Zylinderbohrung 51 zu detektieren. Ein entsprechendes Wegesignal
wird vom Längensensor 55 auf einen ersten Anschluß 56 übertragen.
In der Steuerleitung 53 kann ein erster Drucksensor 57 angeordnet
sein, der zu einem zweiten Anschluß 58 führt. In entsprechender
Weise kann ein zweiter Drucksensor 59 in der zweiten Steuer
leitung 54 angeordnet und mit einem dritten Anschluß 60 verbunden
sein.
Die Elemente 55 bis 60 erlauben in an sich bekannter Weise eine
beliebige Lage-, Druck- oder Zeitregelung für eine Verschiebung
des Kolbens 52 in der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 50 und
damit auch für eine Verschiebung des Kolbens 42 in der ersten
Kolben-Zylinder-Einheit 40.
Es versteht sich jedoch, daß die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten
40 und 50 auch baulich vereinigt werden können, indem beispiels
weise der auf der linken Seite des Kolbens 42 liegende Teil
der Zylinderbohrung 41 einmal mit Überdruck und einmal mit
Unterdruck angesteuert wird, um den Kolben 42 in beiden axialen
Richtungen bewegen zu können und ohne dabei auf den Reserve-
Hohlraum 45 einwirken zu müssen. Darüber hinaus ist es auch
möglich, die Feder 43 im Reserve-Hohlraum 45 anzuordnen usw.
Fig. 1 zeigt, wie erwähnt, eine Ausgangsstellung des Werkzeugs
10, bei dem sich das noch ungeschmolzene Granulat 37 in den
Zwischenräumen 36 zwischen den Gängen 33 der Schnecke 32
befindet.
Zum Einleiten eines Einspritzvorganges wird nun das Granulat
37 über eine in der Schnecke 32 oder um die Bohrung 31 herum
angeordnete Heizung erwärmt und dadurch plastifiziert. Die
Schnecke 32 dreht sich dabei und wandert in der Darstellung
der Figuren von links nach rechts.
Schließlich ist die erste Betriebsstellung gemäß Fig. 2 erreicht.
In Fig. 2 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Wo Elemente eine andere Position aufweisen, ist im
Bezugszeichen jeweils ein "a" hinzugefügt.
Die Schnecke 32a hat in Fig. 2 eine rechte Endstellung erreicht,
in der zwischen ihrer Spitze 34 und dem Anschlag 35 ein Raum
für flüssige Kunststoffschmelze 70 vorhanden ist. Das Volumen
dieses Raumes ist durch axiales Positionieren der Schnecke 32a
einstellbar. Das plastifizierte Volumen der Kunststoffschmelze
70 entspricht dann der für den Einspritzvorgang jeweils benötig
ten Menge.
In der ersten Betriebsstellung gemäß Fig. 2 sind die Elemente
in der ersten Werkzeughälfte 11 noch unverändert.
Für den Einspritzvorgang selbst wird nun die Schnecke 32a aus
ihrer Stellung gemäß Fig. 2 in eine zweite Betriebsstellung
gemäß Fig. 3 verfahren. Die Schnecke 32b ist wieder in ihrer
linken Endstellung angelangt, in der ihre Spitze 34b auf dem
Anschlag 35 aufliegt. Die Schnecke 32 wird also im Gegensatz
zum Stand der Technik nicht kurz vor Erreichen des Anschlages
35 angehalten.
Durch das Vorfahren der Schnecke aus der Stellung 32a gemäß
Fig. 2 in die Stellung 32b gemäß Fig. 3 wird die gesamte
Kunststoffschmelze 70 vor der Spitze 34b hergeschoben und in
den ersten Zuführkanal 19 eingedrückt.
Durch geeignete Querschnitte der Kanäle 17, 18, 20 und/oder
durch Vorsehen von Ventilen in diesen Kanälen 17, 18, 20 kann
man nun erreichen, daß die eingespritzte Kunststoffschmelze
70 in vorbestimmter Weise auf die Formhohlräume 15, 16 sowie
- über den zweiten Zuführkanal 20 - in den Reserve-Hohlraum 45b
verteilt wird. Im Extremfall kann man die Anordnung so wählen,
daß die gesamte Kunststoffschmelze 70 in den Reserve-Hohlraum
45b eingespritzt wird und die Formhohlräume 15, 16 noch nicht
befüllt werden.
Durch die Befüllung des Reserve-Hohlraums 45b wird der Kolben
42b in Fig. 3 nach links verschoben. Dies kann alleine unter
der Einwirkung des Drucks in der Kunststoffschmelze 70 geschehen
oder aber dadurch, daß der Kolben 42b mittels der Kolbenstange
44b und des Kolbens 52b nach links verfahren wurde.
In der dritten Betriebsstellung gemäß Fig. 4 ist der zur Schnecke
32c führende zweite Zuführkanal 20 weiterhin durch die Spitze
34c versperrt. Demzufolge kann ab dem Erreichen der Betriebs
stellung gemäß Fig. 3 im Bereich der Schnecke 32 bereits der
nächste Plastifiziervorgang für das Granulat 37 eingeleitet
werden.
Während dies geschieht, wird der Kolben 42c der ersten Kolben-
Zylinder-Einheit 40 unter Einwirkung des Kolbens 52c der zweiten
Kolben-Zylinder-Einheit 50 nach rechts verschoben. Die im
Reserve-Hohlraum 45c befindliche Kunststoffschmelze 70 wird
auf diese Weise über den zweiten Zuführkanal 20 und die Anguß
kanäle 17, 18 in die Formhohlräume 15, 16 überführt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies zum Zwecke
des Nachdrückens, weil die Formhohlräume 15, 16 ja bereits mit
Kunststoffschmelze 70 befüllt waren. In diesem Falle dient das
im Reserve-Hohlraum 45c noch vorhandene Volumen an Kunststoff
schmelze 70 nur dazu, die Volumenverminderung in den Formhohl
räumen 15, 16 infolge der Schrumpfung der erstarrenden Kunst
stoffschmelze 70 zu kompensieren.
Bei anderen Anwendungsfällen der Erfindung kann jedoch das
Volumen des Reserve-Hohlraumes 45 in der ersten Kolben-Zylinder-
Einheit 40 so gewählt werden, daß es alleine ausreicht, um die
Formhohlräume 15, 16 zu befüllen.
Mit 71 ist in Fig. 4 ferner angedeutet, daß im zweiten Zuführ
kanal 20 ein Absperrelement vorhanden sein kann, um die Schnecke
32 vom Formhohlraum 15, 16 zu trennen. Dies ermöglicht, das
Werkzeug 10 entlang der Trennebene 13 öffnen zu können, um das
fertig gespritzte Werkstück zu entnehmen, während zu diesem
Zeitpunkt bereits in der Schnecke 32 das Kunststoffmaterial
für den nächsten Einspritzvorgang plastifiziert werden kann
und ohne daß Kunststoffschmelze über den zweiten Zuführkanal
20 abfließen kann.
In Fig. 1 ist noch veranschaulicht, daß die Schnecke 32 des
Spritzgießaggregates 30 einen verhältnismäßig großen wirksamen
Förderdurchmesser D aufweist. Demgegenüber ist der wirksame
Förderdurchmesser d des Kolbens 42 in der ersten Kolben-Zylinder-
Einheit 40 wesentlich kleiner. Der Kolben 42 muß daher zum
Verdrängen der selben Menge einen wesentlich größeren Weg s
durchmessen, als dies die Schnecke 32 müßte. Da der Weg s infolge
der starren Verbindung über die Kolbenstange 44 direkt auf den
Kolben 52 der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 50 übertragen
wird, kann dort mittels des Längensensors 55 der Verfahrweg s
genau erfaßt und geregelt werden. Die Drucksensoren 57, 59
gestatten es dabei, nicht nur den Verfahrvorgang zu optimieren.
Sie gestatten es ferner, den Druckverlauf im Kanalsystem 17,
18, 19, 20 zu überwachen und durch geeignete Auswertung der
gemessenen Drucksignale die Zeitsteuerung zu optimieren.
Insbesondere kann damit der Zeitpunkt genau erkannt werden,
ab dem es zweckmäßig ist, den Nachdrückvorgang zu beginnen bzw.
wieder zu beenden.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein
Werkzeug 80 wiederum eine erste Werkzeughälfte 81 und eine zweite
Werkzeughälfte 82 auf, die entlang einer Trennebene 83 anein
anderliegen und zwischen sich einen Formhohlraum 88 einschließen.
Ein Angußkanal 89 erstreckt sich senkrecht zur Trennebene 83.
Er steht über eine Öffnung 90 mit dem Formhohlraum 88 in
Verbindung. Die Öffnung 90 kann flächig oder als Spalt ausge
bildet sein. Wenn die Öffnung 90 sich bezüglich des Formhohlraums
88 im Bereich einer abgerundeten Ecke befindet (Anwendungsfall
einer Scheckkarte), so kann der Angußkanal 89 als Durchdringung
dieser abgerundeten Ecke ausgebildet sein.
Im Angußkanal 89 läuft axial eine Stange 92. Die Stange 92 ist
an ihrem rechten freien Ende mit einer Schnecke 93 versehen.
Die Stange 92 ist ferner in der Darstellung gemäß Fig. 5 im
Bereich der ersten Werkzeughälfte 81 mit einem Ringkolben 94
umgeben, der den Zwischenraum zwischen Stange 92 und Angußkanal
89 ausfüllt. Der Raum zwischen dem freien Ende des Ringkolbens
94 und der Schnecke 93 ist hier der Reserve-Hohlraum 95. Wie
mit Pfeilen 96, 97 angedeutet, sind die Stange 92 einerseits
und der Ringkolben 94 andererseits separat in axialer Richtung
bewegbar.
Wenn, wie mit Pfeilen 99 angedeutet, eine Kunststoffschmelze
von rechts in den Angußkanal 89 einströmt, so wird diese zunächst
vermischt und homogenisiert, weil die Kunststoffschmelze zunächst
um die Gänge der Schnecke 93 herum fließen muß. Die Kunststoff
schmelze strömt dann durch die Öffnung 90 in den Formhohlraum
88 ein.
Wenn der Formhohlraum 88 ausgefüllt ist, so wird die Verbindung
zu dem (nicht dargestellten) Spritzgießaggregat versperrt, und
der Ringkolben 94 fährt nach rechts. Diese Bewegung bewirkt
zweierlei:
Zum einen wird dadurch ein Nachdrücken bewirkt, weil Kunststoff schmelze aus dem Reserve-Hohlraum 95 nach unten durch die Öffnung 90 in den Formhohlraum 88 überführt wird, so daß auch in diesem Falle eine Kompensation der Volumenverringerung erreicht wird.
Zum einen wird dadurch ein Nachdrücken bewirkt, weil Kunststoff schmelze aus dem Reserve-Hohlraum 95 nach unten durch die Öffnung 90 in den Formhohlraum 88 überführt wird, so daß auch in diesem Falle eine Kompensation der Volumenverringerung erreicht wird.
Zum anderen überfährt aber eine Steuerkante 98 auf der Stirnseite
am freien Ende des Ringkolbens 94 die Öffnung 90. Dadurch wird
erreicht, daß der durch die Öffnung 90 hindurchreichende Strang
an Kunststoffmaterial sauber abgeschert wird. Im Formhohlraum
88 erstarrt die Kunststoffschmelze, wobei sie sich im Bereich
der Öffnung 90 an die dort bündig anliegende Oberfläche des
Ringkolbens 94 anlegt. Auf diese Weise entsteht im Bereich der
Öffnung 90 kein Anguß, der nach dem Entformen des Kunststoffteils
mit bloßem Auge sichtbar wäre.
In entsprechender Weise ist in Fig. 4 mit 41a angedeutet, daß
die Zylinderbohrung mit ihrem größeren Querschnitt auch über
die Angußkanäle 17, 18 hinaus verlängert sein kann. Dann kann
der Kolben 42c in axialer Richtung über die Position der
Formhohlräume 15, 16 hinaus verschoben werden, so daß auch in
diesem Fall die Kunststoffschmelze im Bereich des Übergangs
zwischen der Zylinderbohrung 41a und den Formhohlräumen 15,
16 abgeschert wird. Auf diese Weise entstehen vollkommen
angußfreie Werkstücke.
In den Fig. 6 und 7 ist noch ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
Ein Werkzeug 110 weist zwei Werkzeughälften 111, 112 auf, wie
dies bereits prinzipiell weiter oben beschrieben wurde.
Ein Formhohlraum 118 zwischen den Werkzeughälften 111, 112 ist
in diesem Fall ebenfalls von sehr flacher Gestalt. Das herzu
stellende Werkstück ist demzufolge ein flaches Werkstück, das
darüber hinaus mit einer Durchgangsbohrung von verhältnismäßig
großem Durchmesser versehen werden soll. Ein typisches Anwen
dungsbeispiel für ein solches Werkstück ist eine Compact-Disc.
Ein Angußkanal 119 führt in der Darstellung gemäß Fig. 6 die
einströmende Kunststoffschmelze 120, wobei ein im Angußkanal
119 angeordnetes Absperrelement 121 geöffnet ist.
Die Kunststoffschmelze 120 strömt in eine Zylinderbohrung 125,
die der Durchgangsbohrung durch das herzustellende Werkstück
entspricht. Die Zylinderbohrung 125 größeren Durchmessers ist
mit dem Angußkanal 119 kleineren Durchmessers über einen
konischen Übergang 126 verbunden.
Die Zylinderbohrung 125 bildet im Bereich des Überganges zu
dem Formhohlraum 118 einen Reserve-Hohlraum 128, der über eine
Öffnung 129 mit dem Formhohlraum 118 in Verbindung steht.
In der Zylinderbohrung 125 läuft als äußerer Kolben ein Hohl
zylinder 130, in dem ein Kolben 131 axial geführt ist. Der Kolben
131 ist an seinem in Fig. 6 und 7 rechten Ende mit einer Spitze
132 versehen. Die Spitze 132 ist komplementär zum konischen
Übergang 126 ausgebildet.
In der ersten Betriebsstellung gemäß Fig. 6 befinden sich der
Hohlzylinder 130 und der Kolben 131 in einer in der Zylinder
bohrung 125 zurückgezogenen Stellung. Die Kunststoffschmelze
120 kann nun durch den Angußkanal 119 und das offene Absperr
element 121 in den Reserve-Hohlraum 128 und von dort über die
Öffnung 129 in den Formhohlraum 118 einströmen.
Wenn der Formhohlraum 118 in vorbestimmter Weise gefüllt ist,
wird der Kolben 131 nach rechts verschoben, so daß Kunststoff
schmelze 120 aus dem Reserve-Hohlraum 128 in den Formhohlraum
118 nachgedrückt wird. Zeitgleich mit der Beendigung dieses
Nachdrückvorganges wird der Hohlzylinder 130 vorgeschoben, so
daß die Kunststoffschmelze 120 im Bereich der Öffnung 129
abgeschert wird. Die Endstellung des Hohlzylinders ist in Fig. 7
mit 130a bezeichnet. Der Kolben 131 wird, wie mit 131a bezeich
net, ebenfalls nach rechts verschoben, bis die Spitze 132a in
ihrer Endstellung 132b in Anlage an den konischen Übergang 126
gerät. Das Absperrelement 121a kann nun verschlossen werden.
Das Werkzeug 110 kann nun geöffnet werden, um die im Formhohlraum
118 hergestellte Compact-Disc zu entnehmen. Da das Absperrelement
121a nun geschlossen ist, kann stromaufwärts im Angußkanal 119,
nämlich im Bereich der (nicht dargestellten) Schnecke der
Plastifizierungsvorgang für den nächsten Einspritzvorgang
eingeleitet werden, während das Werkzeug 110 noch geöffnet ist.
Claims (13)
1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, bei dem
eine vorbestimmte Menge einer Kunststoffschmelze (70; 120)
über einen Angußkanal (19; 119) in mindestens einen
Formhohlraum (15, 16; 88; 118) eines Werkzeugs (10; 80;
110) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens ein Teil der Menge zunächst in einen im Werkzeug
(10; 80; 110) angeordneten Reserve-Hohlraum (45; 95; 128)
eingebracht und dann in den mindestens einen Formhohlraum
(15, 16; 88; 118) überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Volumen des Reserve-Hohlraums (45; 95; 128) in etwa
gleich dem Volumen der vorbestimmten Menge ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Volumen des Reserve-Hohlraums (45; 95; 128) wesentlich
kleiner als das Volumen der Menge ist, und daß der in den
Reserve-Hohlraum (45; 95; 128) eingebrachte Teil der Menge
zum Nachdrücken von Kunststoffschmelze (70; 120) in den
mindestens einen Formhohlraum (15, 16; 88; 118) eingesetzt
wird.
4. Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, mit
einem Werkzeug (10; 80; 110), mit mindestens einem Formhohl
raum (15, 16; 88; 118) im Werkzeug (10; 80; 110), mit einem
an das Werkzeug (10; 80; 110) anschließbaren Spritzgieß
aggregat (30) zum Einbringen von Kunststoffschmelze (70;
120), und mit mindestens einem Kanal (17, 18, 19; 89; 119),
der den mindestens einen Formhohlraum (15, 16; 88; 118)
mit dem Spritzgießaggregat (30) verbindet, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kanal (17, 18, 19; 89; 119) ferner mit
einem Reserve-Hohlraum (45; 95; 128) in Verbindung steht,
und daß Mittel zum Überführen von Kunststoffschmelze (70;
120) aus dem Reserve-Hohlraum (45; 95; 128) in den Formhohl
raum (15, 16; 88; 118) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Reserve-Hohlraum (45; 95; 128) als Zylinderbohrung
(41; 89; 125) einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit (40)
ausgebildet ist, dessen Kolben (42; 94; 130, 131) Teil
der Überführungsmittel ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolben (42c; 94; 130) an einer den Formhohlraum (15,
16; 88; 118) mit dem Kanal (20; 89; 119) verbindenden
Öffnung (90; 129) angeordnet und so verschiebbar ist, daß
eine Steuerkante (98) des Kolbens (42c; 94; 130) über die
Öffnung (90; 129) führbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolben (130) als Hohlzylinder ausgebildet ist, der
auf einem Innenkolben (131) läuft.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießaggregat (30)
eine axial (21) verschiebliche, in einer Bohrung (31)
laufende Schnecke (32) mit einem ersten wirksamen Förder
durchmesser (D) umfaßt, der wesentlich größer ist als ein
zweiter wirksamer Förderdurchmesser (d) des Kolbens (42;
94).
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsmittel eine
Rückstellfeder (43) umfassen, die beim Befüllen des Reserve-
Hohlraums (45; 95) gespannt wird und sich beim Überführen
entspannt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsmittel ferner
eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit (50) umfassen.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsmittel eine
Lageregelung (55, 56) umfassen.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsmittel eine
Druckregelung (57-60) umfassen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsmittel eine
Zeitregelung umfassen.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19614532 | 1996-04-12 | ||
DE19617769 | 1996-05-03 | ||
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Publications (1)
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DE19631209A1 true DE19631209A1 (de) | 1997-10-16 |
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ID=26024691
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19631209A Ceased DE19631209A1 (de) | 1996-04-12 | 1996-08-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffteilen |
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