DE2414819B2

DE2414819B2 - Verfahren zum Spritzgießen von warmformbaren Massen in einer durch Schwingungen beaufschlagten Spritzgießform

Info

Publication number: DE2414819B2
Application number: DE19742414819
Authority: DE
Inventors: Richard 8051 Eching Herbst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-27
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2414819C3; DE2414819A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von warmformbaren Massen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den bekannten Spritzgießverfahren wird die möglichst dünnflüssige Kunststoffmasse unter hohem Druck in den Formhohlraum eingespritzt und abgekühlt. Als Verfahrensparameter sind bekannt: Massetemperatur, Masseviskosität, Spritzdruck, Spritzgeschwindigkeit, Nachdruck, Nachdruckzeit, Abkühlzeit, Werkzeugtemperatur, Angußquerschnitt, Angußanzahl, Angußanordnung und Werkzeugoberflächenqualität.

Um das Verformungsvermögen zu verbessern, wurde bei den Spritzgießmaschinen die Verformungsleistung, die sich aus Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit bestimmt, immer mehr angehoben. Weiter wurden die Fließeigenschaften der Spritzgießmassen verbessert.

Es wurden Verfahren bekannt, wie das Spritzprägeverfahren (Kunststofftaschenbuch, 18. Ausgabe, 1971, S. 85, 86), bei dem das Einspritzen der Masse in den Werkzeughohlraum bei nahezu geschlossenem Werkzeug erfolgt; danach wird das Werkzeug erst ganz geschlossen.

Weiter sind Versuche bekannt, um durch Heizen und Kühlen der Werkzeugoberfläche und durch spezielle Oberflächenbeschichtungen, wie mit Polytryfluorchloräthylen.das Formfüll verfahren zu verbessern.

Die bekannten Verfahren lassen ein bestimmtes Fließwegwandstärkenverhältnis bei gegebener Spritzgießmasse erreichen. Die Grenzwerte sind dabei nur durch besonders unwirtschaftlichen Leistungsaufwand erreichbar. Bestimmte Artikel können erst durch Anordnung von einer Vielzahl von Angüssen geformt werden. Die Wandstärken der Teile sind meist nicht durch die am Artikel auftretenden Belastungen verursacht, sondern werden benötigt, um eine einwandfreie

ίο

Herstellung im Spritzgießverfahren zu ermöglichen.

Die von der Spritzgießmaschine beeinflußten Verfahrensparameter sind, insbesondere beim Nachdruck- und Abkühlvorgang, dem indirekten Einfluß auf das Formteil unterworfen und damit für die Steuerung der Formteilqualität nicht gut geeignet Besonders wird die Wirkung des Nachdruckes meist durch das Einfrieren des Angusses begrenzt und nicht, wie beim Verfahrensablauf erforderlich, durch den Massenschwundausgleich bestimmt

Beim Spritzgießen dünnwandiger Teile mit großem Fließweg-Wandstärkenverhältnis aus hochmolekularen Stoffen, erfolgt eine Orientierung der Moleküle. Durch diese Orientierung werden die Materialeigenschaften verschlechtert.

Bekannt ist weiter grundsätzlich die Anwendung von Schwingungen. So kennt man Ultraschallschweißgeräte beispielsweise für das Fernfeldschweißen von Formteilen, bei dem die Schwingungen durch das der Sonotrode anliegende Fügeteil der weit entfernten Verbindungsstelle zugeleitet werden. Es handelt sich hier nicht um einen Formungsvorgang (Kunststofftaschenbuch, 18. Ausgabe, 1S71.S. 174,175).

Weiter ist die Anwendung von Schwingungen für Entformungsvorgänge bekannt(CH-PS 5 21 836).

Durch die DE-AS 11 13 559 (vergleiche auch die CH-PS 3 92 056) ist ein Verfahren zum planmäßigen Beeinflussen unvermeidbarer Orientierungen bekanntgeworden. Diese Orientierung des Kunststoffes in Fließrichtung kann durch Bewegen des Formkernes oder des Formmantels beispielsweise durch Drehung verändert werden. Diese Beeinflussung erfolgt immer über die gesamte Querschnittsbreite des Kunststoffes, und zwar werden in den dünnen Kunststoffschichten durch Scher- und Reibungskräfte in der Masse höhere Temperaturen erzeugt, die der Abkühlung entgegenwirken und so das Füllen sehr schmaler Formhohlräume mit geringem Einspritzdruck erleichtern. Statt der Drehbewegung kann man auch nach diesem Vorschlag Schwingungen bekannter Art auf das System einwirken lassen. Hierbei handelt es sich um relativ langsame Schwingungen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Masse nur im Grenzschichtbereich der Werkzeugoberfläche (oder Teilen der Werkzeugoberfläche) zu beeinflussen, derart, daß die Haftung an der Werkzeugoberfläche abgebaut und die Viskosität der Masse im Grenzschichtbereich reduziert wird.

Durch die erfindungsgemäße Aufgabenstellung in Verbindung mit dem Lösungsweg ergeben sich beachtliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist das Grenzflächenverhalten zwischen Spritzgußmasse und Werkzeugoberfläche nunmehr exakt steuerbar, also während aller Verfahrensschritte wie z. B. Formfüllung, Nachdruck, Abkühlung, und zwar insgesamt oder partiell, aber auch während des Ausformungsvorganges. Durch eine direkte Eingriffsmöglichkeit bei den vorgenannten einzelnen Arbeitsgängen kann darauf unmittelbar Einfluß ausgeübt werden.

Beim Einspritzvorgang ist das Formfüllvermögen von besonderer Bedeutung. Andern sich Spritzdruck, Spritzgeschwindigkeit, Massetemperatur, Masseviskosität und Werkzeugtemperatur, dann können die Abweichungen durch mechanische Schwingungen ausgeregelt werden. Das erreichbare Fließweg-Wandstärkenverhältnis wird insgesamt vergrößert.

Während des Nachdruckvorganges wird die VoIu-

menkontraktion des abkühlenden Spritzgußteiles durch Nachdrücken von Masse kompensiert. Die Steuerung des Vorganges erfolgt hierbei durch den Massedruck. Durch die Steuerung der Formteilkühlunp über die mechanische Schwingungserzeugung werden Abweichungen von der Solltemperatur ausgeglichen. Durch die Wärmezufuhr bzw. durch die reduzierte Wärmeabfuhr im Bereich des Angusses wird der Einfrierzeitpunkt des Angusses so verschiebbar, wie es für den Verfahrensablauf vorteilhaft ist.

Der Abkühlvorgang des Formteiles ist abhängig von den Masseeigenschaften, den geometrischen Verhältnissen, der Werkzeugtemperatur, der speziellen Wärme und der Lage der Kühlbohrungen. Um den Abkühlvorgang zu steuern, ist der Wärmeübergang durch die mechanischen Schwingungen zu beeinflussen; weiter kann dem Formteil durch hochfrequente Schwingungen Wärme zugeführt werden. Damit kann der Kühlvorgang programmiert werden, z. B. in der Form, daß das Teil zuerst langsam und dann schnell abgekühlt wird, um besondere (z. B. bei Polyamiden ein kristallines) Gefüge zu erhalten. Der Einsatz von Temperiergeräten erübrigt sich, die Zykluszeiten werden verkürzt. Die Eingriffszeit zur Verstellung des Abkühlverhaltens ist sehr kurz und im Zyklus durchführbar.

Beim Werkzeugaufreißvorgang müssen je nach Formteilgestalt mehr oder weniger hohe Aufreißkräfte erbracht werden. Sind die Werkzeuge hierbei in bekannter Weise durch mechanische Schwingungen erregt, werden die erforderlichen Kräfte reduziert. Dies ermöglicht ein wirtschaftlicheres Arbeiten und ht wichtig bei empfindlichen Formteilen, z. B. aus Methacrylat, um Risse oder Sprünge zu vermeiden. Beim Ausstoßvorgang muß das Formteil von der Patrize (abgestreift) gelöst werden. Zur Überwindung der Haftkräfte sind ähnliche, jedoch meist niedrigere Kräfte als beim Aufreißvorgang, aufzubringen. Damit gilt das gleiche wie beim Werkzeugaufreißvorgang. Beim Formteilen mit geringem Gewicht besteht die Gefahr, daß sie an der Patrize hängen oder kleben bleiben. Dies wird durch die mechanischen Schwingungen (nicht Hin- und Herfahren des mechanischen Auswerfers) verhindert.

Beim Spritzgießen von Elastomeren oder Duroplasten wird die Masse durch die Schneckenvorplastifizierung bis um die Reaktionstemperatur erwärmt und in den Werkzeughohlraum gespritzt. Dort wird der Masse durch mechanische Schwingungen soviel Wärme zugeführt, daß eine schnelle Reaktion (Aushärtung, Vulkanisation) erfolgt.

Unter hochfrequenten Schwingungen sollen solche von beispielsweise 10 000 bis 60 000 Hz (als Richtwert) verstanden sein.

Es ist weiter von wesentlicher Bedeutung, daß die Impulse der Schwingungen auch quer zur Förderrichtung auf die Masse übertragen werden können. Durch die Schwingungen quer zur Flußrichtung wird die Orientierung der Kunststoffmasse aufgehoben bzw. verhindert.

Wie das Verfahren nach der Erfindung anhand einer Vorrichtung durchführbar ist, wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipskizze einer Spritzgießmaschine mit mechanischer Schwingungserzeugung im Schließdruckzylinder,

F i g. 2 eine Spritzgießform mit eingebautem Schwingungserzeuger,

Fie.3 einen Teilschnitt A-B des Werkzeuges nach Fig. 2 und

F i g. 4 ein Funktionsdiagramm für den Spritzgießverfahrensablauf.

Bei der Spritzgießmaschine nach Fig. 1 ist die Spritzgießform 1 zwischen der feiten Formaufspannplatte 2 und der bewegbaren Formaufspannplatte 3 vorgesehen. Die bewegbare Formaufspannplatte 3 ist mit dem Druckkolben 4 durch die Kolbenstange 5 fest verbunden; sie ist durch die Säulen 6 geführt. Der

ίο Schließzylinder 7 dient zur Schließkrafterzeugung und zum öffnen und Schließen der Spritzgießform 1. Die Schließkraft wird im Schließzylinder 7 durch Beaufschlagen mit dem von der Hydraulikpumpe 8 über das Servoventil 9 geförderte Hydraulikmedium erzeugt.

Durch das Servoventil 9 ist eine wechselweise Beaufschlagung der beiden Zylinderräume 10 und U möglich. Wird das Servoventil 9 durch eine Wechselspannung erregt, werden der Schließkraft die hierdurch erzeugten mechanischen Schwingungen überlagert. Die maximale Frequenz ist abhängig von dem Frequenzgang des Servoventil 9 und von den nachgeschalteten Massensystemen der Spritzgießmaschine und der Spritzgießform 1. Für die Erzeugung höherfrequenter mechanischer Schwingungen ist in die Spritzgießmaschine zwischen der Spritzgießform 1 und der bewegbaren Formaufspannplatte 3 z. B. ein Ultraschallschwinger 12 eingebaut. Der Schwinger 12 könnte aber auch z. B. zwischen der Spritzgießform 1 und der festen Formaufspannplatte 2 eingebaut oder mit der Spritzgießform 1 integriert werden. Ebenso kann der Schwinger 12 als einfacher mechanischer Vibrator für die Erzeugung niederfrequenter mechanischer Schwingungen ausgebildet sein.

Fig.2 zeigt beispielsweise eine Spritzgießform mit eingebautem Schwingungserzeuger 21. Der Formhohlraum 14 wird von der Patrize 15, der Matrize 16 und der Angußplatte 17 begrenzt. Die Abstreiferplatte 18 ist mit dem nicht gezeigten Auswerfsystem verbunden und ist über die Distanzbolzen 19 auf der Grundplatte 20 abgestützt. Z. B. mit der Patrize 15 kann der Schwingungserzeuger 21 verbunden sein, der im gezeigten Beispiel an der Grundplatte 20 angeflanscht ist. Durch den Schwingungserzeuger 21 wird die Patrize 15 z. B. in Drehschwingungen versetzt. Die Patrize ist

ι-, mit einer Teilfuge 23 versehen, um in tangentiaier Richtung eine für die Patrizenoberfläche 15a möglichst große Beweglichkeit zu erreichen. Die durch den Anguß 22 in die Spritzgießform eingespritzte Kunststoffmasse wird beim Formfüllvorgang durch die Formwandungen

ν, der Patrize 15, wenn sie Torsionsschwingungen (es sind natürlich Längs- und/oder Torsionsschwingungen möglich) ausführt, nun nicht mehr längsorientiert. Durch die mechanischen Schwingungen der Patrize 15 werden die Kunststoffmoleküle einer Scherbewegung quer zur Fließrichtung unterworfen und die einseitige Ausrichtung des Formfüllvorganges wird damit verhindert bzw. aufgehoben.

Fig.3 zeigt als Teilschnitt A-B der Spritzgießform nach F i g. 2 die Befestigung des Schwingungserzeugers

,o 21, einerseits an den Nocken 24 der Patrize 15 und andererseits mit dem Fußflansch 25 an der Grundplatte 20.

A"f der Abszisse eines möglichen Arbeitsdiagramms nach Fig. 3 ist der zeitliche Funktionsablauf eines

,-, Spritzgießverfahrens aufgezeichnet, während die Ordinate die Frequenz der Formwandung zeigt. Bei dem gezeigten Beispiel wurden während des Einspritzvorganges und bei Beginn des Nachdruckvorganges die

Formwandungen mit mechanischen Schwingungen erregt. Dies erfolgt, um den Formfüllvorgang und/oder die Oberflächenqualität des Teiles zu verbessern.

Zu Beginn des Abkühlvorganges werden erneut mechanische Schwingungen erzeugt, um dem Spritzgußteil Wärme zuzuführen. Danach wird die Spritzg form zur Reduzierung der Formaufreiß- (vorle Frequenz) und Ausstoßkräfte (letzte Frequenz) (I Zeit) noch jeweils kurzzeitig erregt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spritzgießen von warmformbaren Massen, insbesondere von Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten, bei dem die Kunststoffmasse in den Formhohlraum einer noch nicht vollständig geschlossenen, durch Schwingungen beaufschlagten Spritzgießform unter Druck eingespritzt, nachgedrückt, abgekühlt und ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf Teile der Spritzgießform oder auf die gesamte Spritzgießform hochfrequente Schwingungen einwirken, die während des Formgebungsvorganges der Kunststoffmasse in der Spritzgießform so in ihrer Frequenz und/oder Amplitude gesteuert werden, daß die Grenzschicht der Kunststoffmasse an der Wandung des Formhohlraumes in zeitlicher oder funktioneller Abhängigkeit vom Spritzzyklus gesteuert beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kunststoffmasse benetzten Teile des Angußsystems allein oder mit den Formteilen in hochfrequente Schwingungen versetzt werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf unterschiedliche Teile der Spritzgießform hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude unterschiedliche hochfrequente Schwingungen einwirken.