DE2540519A1

DE2540519A1 - Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen von gegenstaenden aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE2540519A1
Application number: DE19752540519
Authority: DE
Inventors: Robert Hanning
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1975-09-11
Publication date: 1977-03-24
Also published as: DE2540519B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von
Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus thermop plastischem Kunststoff, vorwiegend im Wege des Schaumspritzens oder des Schaumformspritzens, - wobei der thermoplastifizierte (geschäumte und zusätzlich gegebenenfalls ungeschäumte) Kunststoff durch einen Einspritzkanal in eine zwei- oder mehrteilige, auf- und zufahrbare Spritzgießform eingespritzt, der Formling in der Spritzgießform einer ausreichenden Erhärtung unterworfen und danach sowie nach dem Auffahren oder beim Auffahren der Spritzgießform dem Einfluß von auswerfenden Kräften ausgesetzt wird. Die auswerfenden Kräfte sind dabei die Kräfte mechanischer Auswerfer, die mit der Spritzgießform integriert sind oder auch Druckgaskräfte. - Schaumspritzen bezeichnet im Rahmen der Erfindung das Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff, die vollständig aus Schaumstoff bestehen, wobei im allgemeinen aus thermodynamischen Gründen der Schaumstoff im Oberflächenbereich eine geringere oder sogar fehlende Porigkeit aufweist, während der übrige Querschnitt ausgesprochen porig ist.
Schaumformspritzen bezeichnet demgegenüber die Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff mit ungeschäumter, glatter Haut und porigem Kern, insbesondere die Herstellung von solchen Gegenständen nach dem Hanning-Spritzgießverfahren (vgl.
DT-AS 2 241 002), weil hier der Schaumkunststoff beim Treiben oder Blähen das ungeschäumte Material ausformt. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit Spritzgießform, Einrichtung zum Auffahren und Zufahren der Spritzgießform und Auswerfervorrichtung. In der Formulierung, daß die Erfindung sich vorwiegend auf das Schaumspritzen oder Schaumformspritzen bezieht, kommt zum Ausdruck, daß die Lehre der Erfindung auch von Bedeutung ist, wenn es sich um die Herstellung von Gegenständen aus üblichem, ungeschäumten Kunststoff handelt.
Im Rahmen bekannter, gattungsgemäßer Maßnahmen erfolgt die Abkühlung durch Abgabe der Wärme des Formlings an die Spritzgießform, die zu diesem Zweck gekühlt wird. Das ist zeitaufwendig, wenn es sich um Gegenstände handelt, die in der beschriebenen Weise im Wege des Schaumspritzens oder des Schaumformspritzens hergestellt sind. Tatsächlich besitzen solche Gegenstände im allgemeinen eine beachtliche Wärmekapazität, wegen der Porigkeit aber schlechte Wärmeleitung von innen nach außen. Greifen an den Formling die auswerfenden Kräfte an, wenn der Kern des Formlings noch weich ist, so besteht die Gefahr, daß im Bereich der angreifenden auswerfenden Kräfte Eindrückungen entstehen, die den Gegenstand zum Ausschuß machen. - Im übrigen besteht bei der Herstellung von Gegenständen im Wege des Schaumspritzens oder des Schaumformspritzens, insbesondere bei dickwandigen Gegenständen, das Problem, die Spritzgießform schnell zu füllen und die zugeführte Wärmemenge, die in dem Formling enthalten ist, möglichst schnell abzuführen, um den Arbeitszyklus der zugeordneten Spritzgießmaschine zu beschleunigen. Dieser Wunsch kann nicht dadurch erfüllt werden, daß man eine Spritzgießform beispielsweise stark unterkühlt, um danach mit hohen Temperaturen den thermoplastifizierten Kunststoff in die Spritzgießform zu spritzen, weil dadurch bei komplizierten und großen Teilen der Kunststoff auf dem Weg von der Düse zur Formwandung erstarrt bzw. so weit erkaltet, daß eine Kaltbrüchigkeit entsteht. Folglich können in der Praxis komplizierte Gegenstände aus thermoplastischem Kunststoff nur mit warmen Spritzgießformen hergestellt werden, die beim Spritzgießen 0 eine Temperatur zwischen 60 und 120 C aufweisen. So erreicht man einen homogenen Formling und erst bei diesen Temperaturen ist es beim Schaumspritzen und Schaumformspritzen überhaupt möglich, die Form zu füllen. Man ist daher dazu übergegangen, die Spritzgießformen aufzuheizen und, nach Einspritzen des thermoplastifizierted Kunststoffes, in der oben schon angedeuteten Weise einer Kühlung iu unterwerfen. Berücksichtigt man, daß zu spritzende Gegenstände eines Stückgewichtes von 3 bis 6 kg Spritzgießformen verlangen, deren Gewicht häufig das tausend- bis zweitausendfache ausmacht, so wird unmittelbar deutlich, daß eine Verfahrensweise mit AuS-heizen und Kühlen derartiger Formen zu unverhältnismäßig hohen Energiekosten führt. Das gilt insbesondere dann, wenn die Gegenstände im Wege des Schaumspritzens oder Schaumformspritzens hergestellt werden, weil hier die Wärmeableitung aus dem porigen Formling bzw. aus dem Formling mit porigem Kern an die gekUhlte Form nur sehr langsam erfolgt. So treten nicht nur die beschriebenen Nachteile beim Auswerfen ein, sondern es werden auch Abkühlzeiten erforderlich, die weit über das normale Maß hinausgehen und die Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Maschinen beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff anzugeben, welches es erlaubt, auch im Wege des Schaumspritzens bzw. Schaumformspritzens hergestellte Formlinge aus der aufgefahrenen Spritz gießform auszuwerfen, wenn der porige Kern dieser Formlinge noch weich ist. Dabei soll wirtschaftlich und mit geringen Energiekosten gearbeitet werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff im Wege des Schaumspritzens oder des Schaumformspritzens, wobei der thermoplastifizierte Kunststoff durch einen Einspritzkanal in eine zwei- oder mehrteilige, auf- und zufahrbare Spritzgießform eingespritzt, der Formling in der Spritzgießform einer ausreichenden Erhärtung unterworfen und danach sowie mit dem Auffahren oder bei dem Auffahren der Spritzgießform dem Einfluß von auswerfenden Kräften ausgesetzt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Spritzgieß form (vor dem Auffahren zum Zwecke des Auswerfens des Formlings) um maximal einige Millimeter geöffnet und dabei oder danach der Formling zumindest in den Bereichen, in denen die auswerfenden Kräfte (später) angreifen einem Kühlmittelstoß unterworfen wird, der diese Oberflächenbereiche erhärten läßt, und daß unmittelbar danach die Spritzgießform vollständig geöffnet und der Formling dem Einfluß der ausstoßenden Kräfte ausgesetzt wird. Im Rahmen der Erfindung liegt es, auch während des Ausstoßens oder kurz vor dem Ausstoßen den Formling noch mit einem Kühlmittel zu beaufschlagen. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zum Auswerfen von Formlingen, die im Wege des Schaumspritzens bzw. des Schaumformspritzens hergestellt worden sind, nicht erforderlich ist, den Kern vollständig oder auch nur praktisch vollständig zum Erhärten zu bringen, ehe auswerfende Kräfte angreifen wenn unerwünschte Verformungen durch die ausstoßenden Kräfte vermieden werden sollen. Es ist, wie die Erfindung erkannt hat, ausreichend, im Bereich der später angreifenden ausstoßenden Kräfte die Oberfläche der Formlinge bereichsweise zu erhärten, wodurch in diesen Bereichen gleichsam statisch tragende Schalen (als Flächentragwerke) entstehen, die die ausstoßenden Kräfte aufzunehmen in der Lage sind, ohne daß der Formling störende Verf ormungen erfährt. Diese durch Kühlmittelstoß gebildeten tragenden Schalen bleiben nicht im erhärteten und damit auch nicht im tragenden Zustand, weil aus dem Kern des Formlings und aus anderen Bereichen Wärme nachfließt und diese Schalen wieder zum Erweichen bringt. Das kann jedoch in Kauf genommen werden, weil die durch den Kühlmittelstoß erfolgte Erhärtung ohne weiteres über 10 bis 30 Sekunden und länger andauert und in dieser Zeit das Ausstoßen durchgeführt werden kann. Es kann sogar in dieser Zeit der Formling weiter manipuliert, beispielsweise einem Kühlkanal oder dergleichen zugeführt werden, wobei und wenn die Manipulation an den durch Kühlmittelstoß erhärteten Bereichen oder Schalen angreifen.
Um in der beschriebenen Weise geöffnet zu werden, ist es nicht erforderlich, die Form aktiv aufzufahren. Je nach Elastizität des Maschinengestells erreicht man eine ausreichende Öffnung auch bereits durch bloße Entlastung der Spritzgießform von den schliessenden Kräften. Das Auswerfen geschieht mit mechanischen Auswerfern oder auch durch pneumatische oder hydraulische Auswerfer.
Arbeitet man in der beschriebenen Weise in zwei Bereichen, die sich unter Zwischenschaltung der Wandung des Formlings z. B. innen und außen einander gegenüberliegen, so lassen sich bei der erz in dungsgemäßen Verfahrensweise in diesen Bereichen, die dem Kühlmittelstoß unterworfen werden, auch Einfallstellen unterdrücken.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß Teilöffnen der Spritzgießform und das Einführen des Kühlmittels, gegebenenfalls durch Repetition, so durchzuführen, daß nicht nur Bereiche sondern die gesamte Oberfläche durch Kühlmittelstoß gekühlt wird.
Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Verbesserung des beschriebenen Verfahrens. Zu einer besonders intensiven Kühlung durch Kühlmittelstoß in verhältnismäßig großen Bereichen kommt man, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Spritzgießform mehrfach um einen bis einige Millimeter aufgefahren und dabei mehrfach ein Kühlmittelstoß durchgeführt sowie das Kühlmittel zwischen Oberfläche des Formlings und Spritzgießform verteilt wird. Als Kühlmittel empfiehlt sich stets eine Substanz, die eine sehr intensive Kühlung bewirkt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden daher als Kühlmittel ein tiefgekühltes, verflüssigtes Gas (z. B. CO2, Luft) und/oder Wasser oder Wasserdampf eingesetzt.
Ein besonderer Vorschlag der Erfindung geht sogar dahin, Wasser oder Wasserdampf einzuführen, wodurch die Oberfläche des Formling überraschenderweise geglänzt wird, wenn die Einführung so erfolgt, daß auf der Innenfläche des Formraumes befindliche Trennmittel oder dergleichen weggeblasen werden. Der Formling soll dabei praktisch noch seine volle Wärme haben. Dabei kann mit sehr geringen Wassen-nengen gearbeitet werden. Diese kann nach einer Behandlung mit einem anderen Kühlmittel oder anstelle eines solchen eingeführt werden. Der Glanzeffekt wird unter Umständen gefördert, wenn die Spritzgießform nach dem Einspritzen des Wassers kurzzeitig wieder geöffnet wird. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Formling durch das Kühlmittel oder ein Folgemittel auch auszustoßen, wozu dann selbstverständlich die Spritzgießform vollständig aufgefahren wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die anhand der Figuren 1 bis 4 ausführlicher erläutert wird. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Schnitt durch eine Spritzgießform zum Schaumformspritzen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff mit Einrichtung zur Durchführung von Kühlmittelstößen im Bereich des Einflusses von auswerfenden Kräften, Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2 und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff im Wege des Schaumformspritzens. Man erkennt eine zweiteilige Spritzgießform 1,2, zugeordnete Bauteile 3 einer Einrichtung zur Montage der Spritzgießform 1,2 sowie zum Auffahren und Zufahren, und die Auswerfervorrichtung mit den Auswerfern 4.
Die Auswerfer 4 sind mechanische Auswerferelemente, die mit der Spritzgießform 1,2 integriert sind. Sie sind zugleich für die Kühlmitteleinführung eingerichtet und dazu mit Düsenköpfen 5 ausgerüstet. Es versteht sich von selbst, daß entsprechende Kühlmittelleitungen 6 zu diesen Düsenköpfen 5 führen. Dabei ist jedoch im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die Anordnung stets so getroffen, daß zunächst Düsen 7 für die Kühlmittelzuführung vorgesehen sind, die nicht alß Ausstoßer funktionieren. Auch solche sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt worden. Man erkennt, daß die Düsenköpfe 5 oder Düsen 7 z. B. aus porösem Werkstoff bestehen oder solche Einsätze aufweisen. Andererseits könnte auch mit Schlitzdüsen oder dergleichen gearbeitet werden.
Um im Anschluß an den Kühlmittelstoß, der nach dem erfindungsgemaßen Verfahren verwirklicht wird, oder anstelle eines Kühlmittelstoßes auch andere Stoffe einzuführen, (beispielsweise Wasser, um die Oberfläche des Formlings F zu glänzen, oder ein Druckgas, welches dem Ausstoßen des Formlings dient) sind im Ausführungsbeispiel die Düsenköpfe 5 oder Düsen 7 über ein Hochdruckventil 8 an unterschiedliche Druckmitte))eitungen 6, 9, 10 anschaltbar.
Dabei mag die Leitung 6 für die Kühlmittelzuführung dienen, sie ist über eine Pumpe 11 nach Art einer Dieselpumpe oder dergleiche an ein entsprechendes Kühlmittelreservoir 12 angeschlossen. Ander erseits mag die Leitung 9 zur Einführung von Wasser dienen, auch diese Leitung ist über eine entsprechende Pumpe 13 mit einem entsprechenden Reservoir 14 verbunden. Die dritte Leitung 10 mag an eine Unterdruckquelle 15 angeschlossen sein, so daß durch entsprechende Einstellung des Hochdruckventils 8 eine Saugwirkung über die Düsenköpfe 5 bzw. Düsen 7 auf den Innenraum der Spritzgießform 1,2 ausgeübt wird. Diese Saugwirkung wird während des Spritzgießvorganges eingeschaltet und dient dazu, Gasblasen, die sich im Spritzgießforminnenraum befinden und den Spritzgießvorgang beeinträchtigen, abzusaugen und Entmischungen zu vermeiden.
Im Ergebnis kann das Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff im Wege des Schaumspritzens oder des Schaumformspritzens so durchgeführt werden, daß die Formlinge F zunächst nur bereichsweise, nämlich im Bereich der Düsenköpfe 5 oder Düsen 7, einem Kühlmittelstoß unterworfen werden, der Oberflächenbereiche der Formlinge F dort erhärten läßt, wo danach ausstoßende Kräfte angreifen. Dazu wird die Spritzgießform 1,2 um ein bis einige Millimeter aufgefahren, wie es bei 16 angedeutet ist, ehe das Auffahren zum Zwecke des Auswerfens erfolgt, und danach wird der Kühlmittelstoß durchgeführt. - Ist bei Fig. 1 die Spritzgießform 1,2 hinreichend weit aufgefahren, so daß die Oberfläche des Formlings F freiliegt, so kann mit Düsen, die an nichtgezeichneten, einschwenkenden Armen sitzen, weiterhin Kühlmittel eingeführt und auf den Formling F aufgespritzt werden. Leerseite

Claims

Ansprüche : 1. Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus thermoplastiem Kunststoff, vorwiegend im Wege des Schatunspritzens oder des Schaumformspritzens, wobei der thermoplastifizierte Kunststoff durch einen Einspritzkanal in eine zwei- oder mehrteilige, auf-und zufahrbare Spritzgießform eingespritzt, der Formling in der Spritzgießform einer Erhärtung unterworfen und danach sowie nach dem Auffahren oder bei dem Auffahren der Spritzgießform dem Einfluß von auswerfenden Kräften ausgesetzt wird, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Spritzgießform um maximal einige Millimeter geöffnet und dabei oder danach der Formling zumindest in den Bereichen, in denen die auswerfenden Kräfte angreifen, einem Kühlmittelstoß unterworfen wird, der diese Oberflächenbereiche erhärten läßt, und daß unmittelbar danach die Spritzgießform vollständig geöffnet und der Formling dem Einfluß der ausstoßenden Kräfte ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgießform mehrfach um einen bis einige Millimeter teilaufgefahren und dabei mehrfach ein Kühlmittelstoß eingerührt sowie danach das Kühlmittel zwischen Oberfläche des Formlings und Spritzgießform verteilt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel ein tiefgekühltes verflüssigtes Gas und/oder Wasser bzw. Wasserdampf eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einführen des Kühlmittels zusätzlich Wasser eingeführt und dadurch die Oberfläche des Formlings geglänzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling durch das Kühlmittel oder ein Folgemittel auch ausgestoßen und dazu die Spritzgießform vollständig aufgefahren wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit Spritzgießform, Einrichtung zum Auffahren und Zufahren der Spritzgießform und Auswerfervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerfervorrichtung (4) zugleich für die Kühlmitteleinführung eingerichtet und dazu mit Düsenköpfen (5) ausgerüstet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spritzgießformwände (1,2) zusätzlich Düsen (7) fUr eine Kühlmittelzuführung eingesetzt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenköpfe (5) oder Düsen (7) aus porösem Sinter metall bestehen oder solche Einsätze aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenköpfe (5) oder Düsen (7) über ein Hochdruclcventil (8) an unterschiedliche Druckmittelleitungen (6, 9,10)..', nämlich für ein Kühlmittel und z. B. außerdem ein Oberflächenbehandlungsmittel bzw. ein Auswerfmittel, anschaltbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenköpfe (5) oder Düsen (7) außerdem an eine Unterdruckquelle (15) anschließbar sind, die während des Spritzgießens aus dem Forminneren Luft absaugt.