DE19913526A1 - Anordnung zur Druckbegrenzung in Urformwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Bei Urformverfahren ist die Höhe des Kompressionsniveaus der Formmassen entscheidend für die Schwindung und die Gestaltgenauigkeit des herzustellenden Teils. Bekannte Verfahren verwenden zur Bestimmung des Druckniveaus in der Kavität elektronische Sensortechnik und einen hydraulich, elektrisch oder pneumatisch betätigten Verschlussmechanismus. Die Reproduzierbarkeit des Kompressionsniveaus der Formmasse ist mit den bekannten Verfahren mangelhaft. DOLLAR A Zur Vereinfachung und Verbesserung der Einrichtungen wird in den Verteilerkanal ein bewegliches Teil eingebracht. Bei Massedrücken unter dem angestrebten Kompressionsniveau lässt das bewegliche Teil die Formmasse in den Formhohlraum hinein passieren. Mit der Vorspannung einer dieses bewegliche Teil abstützenden Feder kann der Kompressionsdruck eingestellt werden, bei dem sich das bewegliche Teil verschiebt und einVerschluss des Formhohlraumes realisiert wird. DOLLAR A Das Prinzip der beweglichen Teile in Formwerkzeugen ist auf alle Urformverfahren anwendbar, bei denen die Formmasse im Formhohlraum komprimiert wird. Naheliegende Anwendungsgebiete sind das Spritzen von Thermoplasten, Elastomeren oder Duromeren und Druckgussverfahren für Metalle.

Description

Es ist bekannt, dass beim gängigen Spritzgussverfahren ein künstlicher mechanischer Angussverschluss angewendet werden kann. Damit vermindert man die in "Rheol Acta 30 (1991) S. 284-299" berechneten Schubspannungen, die aufgrund der Wirkung des Nachdruckvolumenstroms in dem im Formhohlraum erkaltenden Material entstehen. Diese Spannungen führen nach der Entformung des Spritzlings zu unerwünschten Verformungen, die unter anderem den Verzug der Formteile verursachen. Weiterhin vermindern vorhandene Zugeigenspannungen die Festigkeit des produzierten Teils.

Es besteht die Möglichkeit, nach einer vorbestimmten Zeit den künstlichen Angussverschluss betätigen zu lassen oder unmittelbar nach dem Erreichen eines bestimmten Kompressionsniveaus den Schmelzekanal durch den Künstlichen Angussverschluss zu versiegeln.

Eine bestimmte Zeit als Steuersignal zur Betätigung des Angussverschlusses verwenden die beispielsweise in "Kunststoffe 79 (1989) 9 S. 852-856", "Plastverarbeiter 40. Jahrgang 1989 Nr. 10 S. 43-50", "Plastverarbeiter 40. Jahrgang 1989 Nr. 11 S. 204-210" und "Plaste und Kautschuk 37. Jahrgang Heft 5/1990 S. 163-169" beschriebenen pvT- und pmT- Reglungsverfahren. Dabei wird der Schmelzedruck in der Kavität gemessen und die Abkühlung der Kunststoffmasse berechnet. Der Angussverschluss erfolgt genau zu dem Zeitpunkt, an dem der den Formling bildende Werkstoff (Fig. 1: 5) einen bestimmten reproduzierbaren Zustand im pvT-Diagramm erreicht hat. Die Zustandsdaten eines polymeren Werkstoffs können beispielsweise "VDMA Verein deutscher Maschinenbauanstalten (hrsg.): Kenndaten für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Teil 1. Thermodynamik; Hanserverlag München Wien 1979" entnommen werden. Die Ermittlung des augenblicklichen Druckwerts wird mit einem elektronischen Drucksensor vorgenommen, mit dem der augenblickliche Druck im Formhohlraum (Fig. 1: 1) ermittelt wird. Die genauen Kenntnisse der pvT-Stoffkennwerte des verarbeiteten Materials ist für die Anwendung der pvT- und pmT-Regelungsstrategien Voraussetzung. Weiterhin ist eine umfangreiche Rechentechnik notwendig. Das Steuersignal zum Angussverschluss wird durch den Rechenalgorithmus ermittelt und vom notwendigen Prozessrechner On-Line an die Steuereinrichtung der Verschlussdüse gegeben.

Beim in "Kunststoffe 81 (1991) 3 S. 211-219" vorgestellten nachdruckfreiem Spritzgießen, erfolgt der Angussverschluss mit dem Erreichen eines bestimmten Kompressionsniveaus der Schmelze in der Kavität (Fig. 1: 5). Zur Bestimmung des Kompressionsniveaus der Schmelze ist ein elektronischer Drucksensor mit Auswerteeinheit notwendig. Beim Erreichen des Druckwertes, bei dem der Angussverschluss erfolgen soll, wird von der Auswerteeinheit On-Line ein Signal an die Steuereinrichtung der Verschlussdüse übermittelt.

Bekannt und verbreitet ist die Realisierung eines künstlichen Angussverschlusses mit einer technischen Vorrichtung, die nach dem Prinzip einer Nadelverschlussdüse funktioniert. Dabei wird der Schmelzekanal (Fig. 1: 7) von einer pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen, in axialer Richtung beweglichen Nadel (Fig. 1: 2 und 6) beim Einspritzen der Schmelze freigegeben. Nach einem Steuersignal erfolgt eine Vorwärtsbewegung der Nadel (Fig. 1: 2) in axialer Richtung, bis ein Verschluss des Angusskanals (Fig. 1: 7) hergestellt ist und die Nadel in der Stellung "Geschlossen" (Fig. 1: 6) positioniert ist. Ein Masseausgleich zwischen der in der Kavität der Form befindlichen polymeren Masse (Fig. 1: 5) und der in der Schmelze im Schneckenvorraum des Spritzaggregats (Fig. 1: 8) aufgrund der Wirkung eines Druckgradienten ist dann nicht mehr möglich. Das Material verbleibt bis zur Formfixierung in der Kavität. Wenn eine hinreichende Aushärtung des Spritzlings gegeben ist, wird die Form geöffnet und das hergestellte Teil ausgeworfen. Die Verschlussnadel wird von Stellung "Geschlossen" (Fig. 1: 6) in Stellung "Offen" (Fig. 1: 2) bewegt. Nach dem Schließen der Form wird der beschriebene Prozess wiederholt. Bei der Konstruktion von Verschlussmechanismen, die nach dem Prinzip einer Nadelverschlussdüse funktionieren, besteht das Problem, die Aushärtung des Kunststoffs im Verteilerkanal (Fig. 1: 7) zu vermeiden, um die Funktion der beweglichen Nadel (Fig. 1: 2 und 6) ihr die folgenden Produktionszyklen zu gewährleisten. Dieses Problem wurde bekannterweise technisch gelöst, indem man den Verteilerkanal (Fig. 1: 7) und die Verschlussnadel (Fig. 1: 2 und 6) auf der Temperatur des fließfähigen Kunststoffs hält. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten gewährleistet man dies durch die bekannten Heisskanäle. Stellt man Teile aus Elastomeren oder duroplastischen Formassen her, muß man sogenannte Kaltkanäle einbauen. Die Notwendigkeit des Einsatzes von temperierten Verteilerkanälen (Fig. 1: 7) bei der Anwendung von Verschlussmechanismen, die nach dem Prinzip der Nadelverschlussdüse funktionieren, erfordert einen zusätzlichen technischen Aufwand und verteuert die zur Produktion von Formteilen verwendeten Werkzeuge. Die eingestellte Temperatur des Verteilerkanals stellt eine zusätzliche technologische Größe dar, die beim Einfahren des Prozesses berücksichtigt werden muss und zusätzlichen Aufwand bei der Bemusterung erfordert. Ein weiterer Nachteil von Verschlussdüsen, die im Schmelzekanal eine axiale Bewegung ausführen, besteht nach "Kunststoftberater 11/1988 S. 30-34" und "Kunststoffe 82 (1992) 7 S. 555-562" in einem Druckimpuls, der durch die Vorwärtsbewegung der Verschlussnadel (Fig. 1: 2 und 6) verursacht wird. Dadurch wird das Kompressionsniveau der Schmelze (Fig. 1: 5) auf einen nicht reproduzierbaren Wert erhöht. Im Material in der Kavität (Fig. 1: 5) breitet sich dieser Druckimpuls wellenförmig aus und bewirkt besonderes bei dem zeitlich verzögerten Angussverschluss der pvT- und pmT-Regelungsstrategien Spannungen im Formteil. Der bei der Produktion von Formteilen entstehende Produktionsabfall ist bei der Verwendung von temperierten Verteilerkanälen (Fig. 1: 7) geringer als bei klassischen Angussverfahren, da hier die temperierte Schmelze beim folgenden Produktionszyklus in den Formhohlsaum (Fig. 1: 1) gedrückt wird und dieses Material ebenfalls zur Teilproduktion verwendet wird. Bei klassischen, nicht temperierten Verteilerkanälen stellt das Material im Angussbereich Produktionsabfall dar. Das Prinzip der Nadelverschlussdüsen kann sowohl zur Realisierung der pvT- und pmT- Regelungskonzepte verwendet werden, als auch zum nachdruckfreiem Spritzgießen eingesetzt werden und erfordert einen hohen technischen Aufwand.

In "Kunststoffberater 11/1988 S. 30-34" und "Kunststoffe 82 (1992) 7 S. 555-562" wird vorgeschlagen, zur Vermeidung des genannten Druckimpulses den Angussverschluss mit einer speziellen Vorrichtung Verschlussbewegung senkrecht zum Schmelzekanal zu realisieren.

Die dafür notwendige Vorrichtung könnte zum Beispiel das Prinzip eines Verschlusshahns (Fig. 2: 16 und 18) verwirklichen. Weiterhin kann diese Überlegung auch durch einen in den Angusskanal eingearbeiteten Schieber (Fig. 2: 10 und 13) realisiert werden, der mit einer Bewegung senkrecht zum Schmelzekanal (Fig. 2: 11 und 14) das in der Kavität befindliche Material von der Schmelze der Palstifiziereinheit trennt. Die oben beschriebene Ansteuerung der Verschlussdüse durch ein elektrisches Signal und der hydraulische oder pneumatische Antrieb ist auch bei der Verwirklichung dieses Prinzips notwendig. Das Prinzip der Verschlussbewegung senkrecht zum Schmelzekanal (Fig. 2: 10 und 13) und das Prinzip des Verschlusshahns (Fig. 2: 16 und 18) kann sowohl zur Realisierung der pvT- und pmT-Regelungskonzepte verwendet werden, als auch zum nachdruckfreiem Spritzgießen eingesetzt werden.

Problematisch ist bei allen genannten Anwendungen die On-Line-Ansteuerung der Verschlussmechanismen. Der Druck in der Kavität muß mit einem elektronischen Drucksensor ermittelt werden. Diese Drucksensoren verursachen zusätzliche Investitionskosten und sind empfindlich gegen mechanische Belastungen. Bei einer notwendigen Demontage des Spritzgusswerkzeugs besteht die Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung des Sensors.

Das vom Drucksensor aufgenommene Signal wird in einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet.

Für die Anwendung eines Angussverschlusses in pvT- oder pmT-Regelungskonzepten, bei denen der Schmelzefluss in die Kavität nach einer variablen Zeit unterbrochen wird, ist diese Auswerteeinheit sehr kompliziert und wird digital aufgebaut. Der Druck in der Kavität muß in mehreren Zeitschritten ermittelt werden. Das Drucksignal eines Zeitschritts fließt in eine von der Auswerteeinheit ausgeführte Rechnung ein. In dieser Berechnung wird der momentane thermodynamische Zustand der in der Kavität befindlichen Masse (Fig. 1: 5, Fig. 2: 12 oder 20) bestimmt. Dazu ist die Kenntnis der momentanen lokalen Temperatur notwendig. Da diese messtechnisch nicht ermittelbar ist, muß man auf Berechnungsmodelle zurückgreifen. Mit dem aus der Messung bekannten Druck und der durch eine Berechnung ermittelten Temperatur kann man den thermodynamischen Zustand des Materials in der Kavität beschreiben. Durch die künstliche Versiegelung des Angusses wird versucht, die aufeinander folgenden Abkühlungsprozesse des Kunststoffs in der Kavität bei der Produktion der einzelnen Teile mit möglichst identischen Zustandsverlauf zu realisieren. Die veränderliche Einstellgröße, um den identischen Zustandsverlauf zu sichern, ist dabei der Zeitpunkt des Angussverschlusses. Weil die Druckregistrierung nur zu bestimmten Zeitschritten erfolgt, ist über den Verlauf der Druckfunktion zwischen den jeweiligen Zeitschritten keine Aussage möglich. Die Zeitschritte können jedoch nicht beliebig eng zusammengelegt werden, da in den jeweiligen Meßpausen die Berechnungen für das momentane Temperaturfeld erfolgen müssen, um den thermodynamischen Zustand des Systems charakterisieren zu können. Wenn durch die Berechnungseinheit der Zeitpunkt zum Verschluss der Kavität ermittelt wurde, wird von dieser ein Signal in Form einer Steuerspannung zur Betätigung der bekannterweise pneumatisch oder hydraulisch betätigten Verschlusseinheit abgegeben.

Soll der Angussverschluss nach dem Erreichen eines bestimmten Kompressionsniveaus erfolgen, kann diese Auswerteeinheit mit einer einfachen analogen Triggerschaltung realisiert werden. Wenn der Druck in der Kavität geringer als der notwendige Kompressionsdruck ist, spricht die Triggerschaltung nicht an. Der Schaltungsaufbau muß so gestaltet werden, dass genau mit dem Erreichen des Konpressionsdrucks die Triggerspannung freigegeben wird. Diese Triggerspannung wird als Steuerspannung zum Auslösen des Verschlussmechanismuses verwendet.

Sowohl bei hydraulischen als auch bei pneumatisch betriebenen Vorrichtungen wird durch die Steuerspannung ein Ventil betätigt, das den Medienstrom zur Füllung des Hydraulik- oder Pneumatikzylinders freigibt. Nach der Öffnung des Ventils strömt Hydrauliköl oder Luft in den Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ein (Fig. 3: 30) und verschiebt den Kolben im Zylinder. Die Bewegung des Kolbens wird mechanisch auf die Verschlusseinheit übertragen und ein Verschluss des Schmelzekanals herbeigeführt.

Der Angussverschluss erfolgt bei der Verwendung der bekannten technischen Systeme immer zeitverzögert, weil zur Ausführung der Hubbewegung des Kolbens (Fig. 3: 25 nach 31), aufgrund der begrenzten Einströmgeschwindigkeit des Hydraulik- oder Pneumatikmediums (Fig. 3: 24 und 26 oder 30 und 32), immer eine bestimmte Zeit notwendig ist. Dieser Verzögerungseffekt ist bei der Verwendung hydraulischer Systeme meist geringer als beim Einsatz von pneumatischen Systemen, da das Hydrauliköl eine geringere Kompressibilität hat als Luft. Die Zeitverzögerung des Angussverschlusses unterliegt statistischen Schwankungen, die unterschiedliche Reaktionszeiten der bekannten Vorrichtungen zum Angussverschluss zwischen der Ausgabe des Schaltimpulses und der endgültigen Angussverriegelung verursachen. Das führt zu unterschiedlichen thermodynamischen Zustandsverläufen der abkühlenden Kunststoffmasse. Aufgrund der zeitverzögerten Ansteuerung des Angussverschlusses treten beim Eisatz bekannter Systeme zum Angussverschluss von Spritz- oder Druckgussformen zusätzliche technologische Schwankungen auf. Folglich sind größere technologische Toleranzen notwendig. Die Produktion von Präzisionsteilen ist mit den bekannten Verfahren zum mechanischen Angussverschluss nicht möglich.

Insgesamt ist der Investitionsaufwand zur Realisierung eines künstlichen Angussverschlusses mit bekannten technischen Möglichkeiten sehr hoch, die Systeme sind mechanisch anfällig und die Maße der hergestellten Teile weisen große technologisch bedingte Schwankungen auf.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den apparatetechnischen Aufwand beim künstlichen Angussverschluss von Spritzgussformen zu vermindern und die Reaktionszeit des Systems nach dem Erreichen eines verfahrenstechnisch bestimmten Kompressionsdrucks zu verkürzen.

Das Problem wird gelöst, indem eine direkte, mechanische Druckbestimmung nach dem technischen Prinzip eines Überdruckventils erfolgt. Dazu wird ausgehend vom Angussverteilerkanal (Fig. 4: 34) ein Seitenkanal (Fig. 4: 36) beispielsweise in Form eins Sackkanals abgezweigt. Das Ende dieses Sackkanals (Fig. 4: 36) wird durch ein bewegliches Teil (Fig. 4: 38) gebildet, das beispielsweise von einer vorgespannten Feder (Fig. 4: 40) abgestützt wird. Die Vorspannung der Feder ist einstellbar und bestimmt das Druckniveau, bei dem der künstliche Angussverschluss erfolgen soll. Auf die ursprüngliche Berührungsfläche des Teils mit der Kunststoffschmelze (Fig. 4: 37) wirkt der Massedruck des Materials (Fig. 4: 42). Aus diesem Druckniveau und der auf die Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Teils (Fig. 4: 38) projizierten ursprünglichen Berührungsfläche des beweglichen Teils mit der Kunststoffschmelze (Fig. 4: 37) ergibt sich die auf das bewegliche Teil (Fig. 4: 38) wirkende Druckkraft. Erfindungsgemäß wird der Druckkraft eine Gegenkraft entgegen gestellt. Diese Gegenkraft wird beispielsweise durch eine vorgespannte Feder (Fig. 4: 40) erzeugt. Beide Kräfte sind additiv verknüpft, entgegen gerichtet und ergeben eine resultierende Kraft (Fig. 4: 39). Wenn das herrschende Druckniveau der im Angusskanal befindlichen Masse (Fig. 4: 34) eine Druckkraft verursacht, die kleiner als die ebenfalls am beweglichen Teil (Fig. 4: 38) angreifende Gegenkraft ist, dann drückt die resultierende Kraft (Fig. 4: 39) das bewegliche Teil (Fig. 4: 38) fest an das Stammwerkzeug und es kommt zu keiner Verschiebung des beweglichen Teils (Fig. 4: 38). Wird die Druckkraft aufgrund eines ansteigenden Druckniveaus der Formmasse größer als die Gegenkraft, kehrt sich der Richtungssinn der resultierenden Kraft um (Fig. 4: 39 nach 46) und das bewegliche Teil führt eine Bewegung aus (Fig. 4: 38 nach 48). Diese Verschiebung des beweglichen Teils wird auf einen angekoppelten Riegel (Fig. 4: 35 nach 44) übertragen. Solange der Riegel in der Stellung "Ofen" (Fig. 4: 35) stand, konnte die Formmasse ungehindert den Angusskanal (Fig. 4: 34) passieren. Mit der Bewegung des Riegels wird ein Verschluss des Angusskanals bewirkt. Wenn der Riegel in der Stellung "Geschlossen" (Fig. 4: 44) steht, ist der Angusskanal unterbrochen (Fig. 4: 43) und ein Massetransport in die Kavität (Fig. 4: 33) hinein oder aus der Kavität (Fig. 4: 33) heraus wird verhindert. Das Kompressionsniveau der Masse in der Kavität (Fig. 4: 42) wird dann nur von ihrem Aushärtungs- und Temperaturniveau bestimmt. Die Gegenkraft wird erfindungsgemäß durch eine vorgespannte Feder (Fig. 4: 40) realisiert. Zum Aufbringen einer Gegenkraft, die entgegen der Druckkraft wirkt, sind erfindungsgemäß auch andere technische Einrichtungen als eine vorgespannte Feder denkbar, beispielsweise entsprechend elastisch gestaltete Werkzeugelemente, die die Aufgabe der Feder übernehmen oder ein das bewegliche Teil (Fig. 4: 38 und 48) abstützendes hydraulisches oder pneumatisches System mit einem besonders gestalteten Überdruckventil, das beim Überschreiten eines wählbaren, durch die Druckkraft verursachten, maximalen Hydraulik- oder Pneumatikdrucks die Hydraulikflüssigkeit oder die Luft aus dem Zylinder vollständig entweichen läßt und damit eine Verschiebung des angekoppelten beweglichen Teils (Fig. 4: 38 nach 48) zuläßt.

Setzt man zur Erzeugung einer Gegenkraft eine Feder ein, wird unmittelbar nach der ersten Verschiebung des beweglichen Teils (Fig. 4: 38 in Richtung 48) die vorgespannte Feder weiter zusammengedrückt (Fig. 4: 40 nach 49). Die Spannung der Feder steigt. Diese Bewegung wird genau dann beendet, wenn das Kräftegleichgewicht wieder hergestellt ist. Bei einem sehr langsamen Anstiegen des Druckniveaus in der Formmasse würde das bedeuten, dass das Zurückschieben des beweglichen Teils (Fig. 4: 38 nach 48) allmählich erfolgt. Um die Erfindung auch für einen allmählichen Anstieg des Kompressionsdrucks anwendbar zu machen, wird erfindungsgemäß eine plötzliche Vergrößerung der Berührungsfläche des Teils mit der Kunststoffschmelze unmittelbar nach der ersten Verschiebung des beweglichen Teils (Fig. 4: 38 in Richtung 48) vorgesehen. Dazu wird der Querschnitt des beweglichen Teils (Fig. 4: 38 und 48) größer dimensioniert als die ursprüngliche Berührungsfläche des beweglichen Teils mit der Kunststoffschmelze (Fig. 4: 37). Diese ursprüngliche Berührungsfläche des beweglichen Teils wird bei Druckniveaus wirksam, die eine geringere Druckkraft verursachen als die sich aus der Vorspannung der Feder ergebende Gegenkraft. Wenn das Druckniveau den Wert des verfahrenstechnisch notwendigen Kompressionsdrucks erreicht und ein minimales Zurückschieben des beweglichen Teils (Fig. 4: 38 nach 48) vorkommt, bildet sich ein Spalt zwischen Werkzeug und dem überdimensionierten Querschnitt des beweglichen Teils (Fig. 4: 38). In diesen Spalt dringt komprimierter Kunststoff ein. Die wirksame Fläche (Fig. 4: 37 nach 47), an der der Druck angreift, vergrößert sich plötzlich. Aufgrund dieser plötzlichen Vergrößerung der druckbeaufschlagten Fläche setzt trotz gleichem oder aufgrund der Expansion der Kunststoffschmelze sogar abfallendem Druckniveau eine plötzliche Vergrößerung der wirkenden Druckkraft ein. Das Kräftegleichgewicht wird dadurch plötzlich zugunsten der Druckkraft verschoben. Die resultierende Kraft (Fig. 4: 46) aus Druckkraft und Vorspannung wirkt dann plötzlich verstärkt in Richtung einstellbaren Federhalter (Fig. 4: 50). Das bewegliche Teil (Fig. 4: 38 nach 48) und der mit ihm verbundene Riegel (Fig. 4: 35 nach 44) werden schlagartig in Richtung des Federhalters (Fig. 4: 50) bewegt und der Angusskanal (Fig. 4: 34 nach 43) durch den mitbewegten Riegel (Fig. 4: 35 nach 44) verschlossen. Danach ist ein Ausströmen oder Einströmen von polymerer Masse in die Kavität hinein oder heraus nicht mehr möglich. Der Druckabbau der komprimierten Masse in der Kavität (Fig. 4: 42) wird dann bei thermoplastischen Polymeren nur durch das materialspezifische Abkühlungsverhalten bestimmt und bei Elastomeren oder duromeren Formmassen nur durch den Verlauf des Aushärtungs- und Temperaturniveaus beeinflußt. Aufgrund der plötzlichen Verschlussbewegung und der konstruktiven Gestaltungsweise der Vorrichtung kann auf ein Temperieren der Verschlussvorrichtung verzichtet werden. Die im verschobenen Abschnitt des Angussverteilers (Fig. 4: 43) verbliebene Schmelze wird nach jedem Produktionszyklus mit einem geeignetem Auswerfersystem als Produktionsabfall aus der Form entfernt. Direkt nach der vollständigen Entfernung mit Hilfe von bekannten Vorrichtungen des nach dem Aushärtungsvorgangs formfixierten Materials aus der Kavität (Fig. 4: 42), aus dem Angussverteiler (Fig. 4: 43), aus dem Sackkanal (Fig. 4: 36) und der Masse, die sich vor dem beweglichen Teil (Fig. 4: 48) befindet, kann der Produktionszyklus erneut beginnen.

Durch die Erfindung ist es möglich, den Angussverschluss in Urformwerkzeugen mit einfachen technischen Mitteln beim Erreichen eines einstellbaren Kompressionsniveaus der Schmelze ohne Zeitverzögerung und plötzlich zu realisieren. Die Ermittlung des Kompressionsniveaus der Schmelze wird mit rein mechanischen Elementen durchgeführt. Auf elektronische Komponenten kann vollständig verzichtet werden. Dadurch werden wesentlich kürzere Ansprechzeiten des Systems und geringere Herstellungskosten realisiert. Die Reproduzierbarkeit der Qualitätsmerkmale der hergestellten Formteile wird durch die wesentlich kürzere Ansprechzeit des Systems gegenüber bekannten Verfahren deutlich verbessert. Dadurch können geringere technologische Toleranzen sichergestellt werden. Die Präzision der hergestellten Produkte wird verbessert. Auf einen extra temperierten Angusskanal kann verzichtet werden.

Fig. 1 Bekannte mechanische Verschlussvorrichtungen nach dem Prinzip der Nadelverschlussdüse.

Fig. 2 Bekannte mechanische Verschlussmechanismen nach dem Prinzip eines Schiebers (links) oder Hahns (rechts).

Fig. 3 Hydraulische oder pneumatische Ansteuerung einer bekannten Verschlussdüse nach dem Prinzip eines Schiebers.

Fig. 4 Anwendungsbeispiel einer Anordnung zur Begrenzung des Kompressionsdrucks im speziellen Fall eines Spritzgusswerkzeugs.

Anordnung zur Druckbegrenzung in Urformwerkzeugen

1

Formhohlraum oder Kavität

2

Verschlussnadel in Stellung "Offen"

3

Schmelze im Schneckenvorraum des Plastifizierzylinders vorm Einspritzen

4

Plastifizierzylinder mit Schneckenkolben

5

komprimierte Schmelze in der Kavität

6

Verschlussnadel in Stellung "Geschlossen"

7

Schmelze im Verteilerkanal

8

Schmelze im Schneckenvorraum des Plastifizierzylinders nach dem Einspritzen und Kompression der Formmasse

9

Formhohlraum oder Kavität

10

schieberförmiges Verschlussteil in Stellung "Offen"

11

geöffneter Angusskanal beim Einspritzen und Komprimieren der Formmasse

12

komprimierte Schmelze in der Kavität

13

schieberförmiges Verschlussteil in Stellung "Geschlossen"

14

verschobenes Stück des Angusskanals nach dem Verschluss der Kavität

15

geöffneter Angusskanal beim Einspritzen und Komprimieren der Formmasse

16

hahnförmiges Verschlussteil in Stellung "Offen"

17

Formhohlraum oder Kavität

18

hahnförmiges Verschlussteil in Stellung "Geschlossen"

19

verdrehtes Stück des Angusskanals nach dem Verschluss der Kavität

20

komprimierte Schmelze in der Kavität

21

schieberförmiges Verschlussteil in Stellung "Offen"

22

geöffneter Angusskanal beim Einspritzen und Komprimieren der Formmasse

23

Formhohlraum oder Kavität

24

passiver Medienabfluss

25

Hydraulik- oder Pneumatikkolben in Stellung "Offen"

26

druckbeaufschlagtes Medium

27

komprimierte Schmelze in der Kavität

28

Verschobenes Stück des Angusskanals nach dem Verschluss der Kavität

29

schieberförmiges Verschlussteil in Stellung "Geschlossen"

30

druckbeaufschlagtes Medium

31

Hydraulik- oder Pneumatikkolben in Stellung "Geschlossen"

32

passiver Medienabfluss

33

Formhohlraum oder Kavität

34

geöffneter Angusskanal beim Einspritzen und Komprimieren der Formmasse

35

verschiebbarer Riegel in Stellung "Offen"

36

vom Angussverteiler abzweigender Sackkanal

37

ursprüngliche Berührungsfläche zwischen beweglichem Teil und Kunststoff (klein)

38

bewegliches Teil in Stellung "Offen"

39

resultierende Kraft aus der durch den Kompressionsdruck verursachten Druckkraft und der aufgebrachten Gegenkraft

40

vorgespannte Feder

41

einstellbarer Federhalter

42

komprimierte Schmelze in der Kavität

43

verschobenes Stück des Angusskanals beim Verschluss der Kavität

44

verschiebbarer Riegel in Stellung "Geschlossen"

45

nach der Öffnung des beweglichen Teils zusätzlich geschaffenes mit Kunststoff ausgefülltes Volumen

46

resultierende Kraft aus der durch den Kompressionsdruck verursachten Druckkraft und der aufgebrachten Gegenkraft

47

Berührungsfläche zwischen beweglichem Teil und Kunststoff nach dem Einsetzen der Verschlußbewegung (groß)

48

bewegliches Teil in Stellung "Geschlossen"

49

zusammengedrückte Feder

50

einstellbarer Federhalter

Claims (7)

1. Anordnung zur Druckbegrenzung in Urformwerkzeugen dadurch gekennzeichnet, dass der konturbildende Formhohlraum durch ein mechanisch angesteuertes bewegliches Teil beim Erreichen eines bestimmten Druckniveaus der in der Kavität beziehungsweise im Verteilerkanal befindlichen Formmasse verschlossen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf das bewegliche Teil in dem einen Richtungssinn eine Kraft wirkt, die durch den Druck hervorgerufen wird, der in der Formmasse im Formhohlraum beziehungsweise im Verteilerkanal herrscht, und im anderen Richtungssinn eine durch eine vorgespannte Feder hervorgerufene mechanische Gegenkraft wirkt, die der durch den herrschenden Werkzeuginnendruck verursachten Kraft entgegen gerichtet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf das bewegliche Teil eine andere mechanische Gegenkraft wirkt, die nicht durch eine vorgespannte Feder verursacht wird, sondern beispielsweise durch Hydrauliksysteme mit einem besonderen Überdruckventil oder durch speziell elastisch gestaltete Bauelemente hervorgerufen wird und die durch den herrschenden Werkzeuginnendruck verursachten Kraft entgegen gerichtet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einem durch den Wert der Gegenkraft bestimmten Massedruck das bewegliche Teil verschiebt und durch die Übertragung dieser Verschiebungsbewegung auf einen beweglichen Riegel die Unterbrechung der Massezuführung aus dem Plastifizieraggregat zum Formhohlraum hin realisiert wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass mit einer variierbaren Gegenkraft das Druckniveau, bei dem die Verschiebung des beweglichen Teils erfolgt, beeinflusst und eingestellt werden kann und damit der Ausgangsmassedruck im Formhohlraum zu Beginn des Aushärtungsprozesses reproduzierbar gesteuert wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Massedruck hervorgerufene Kraft bei einer einsetzenden Verschiebung des beweglichen Teils plötzlich durch die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kunststoff und beweglichen Teil erhöht wird, die aufgebrachte Gegenkraft sich jedoch nicht oder nur in geringem Maße vergrößert und damit eine plötzliche Verschiebung des Kräftegleichgewichts realisiert wird, so dass die Verschlussbewegung ohne Zeitverzögerung plötzlich erfolgt.

7. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Funktionserfüllung auf eine besondere Temperierung des beweglichen Teils oder der Verschlussvorrichtung auf eine ähnliche Temperatur wie der eingespritzte Kunststoff verzichtet werden kann, und die Funktion auch dann gegeben ist, wenn das bewegliche Teil und der Verschlussmechanismus in etwa die Temperatur des Werkzeugs haben.