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Spritzgießvorrichtung zum Spritzprägen von Kunststoffen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Spritzgießvorrichtung zum Spritzprägen von Kunststoffen, deren
Formsohließeinrichtung einen hydraulisch in zwei Teilhüben betätigbaren Kniehebelmechanismus
aufweist.
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Das Spritzprägeverfahren wird überall dort angewendet wo von den
hergestellten Kunststoffgegenständen höchste Präzision verlangt wird.
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Besonders für Spritzteile in der optischen Industrie, wo exakte Formtreue
verlangt wird, d.h. absolute Ubereinstimmung der Spritzteiloberfläche mit der Formoberfläche
bei minimaler Schwindung, wird das Spritzprägeverfahren angewendet. Bei diesem Verfahren
bleibt während des Einspritzvorganges das Werkzeug einen exakt vorgegebenen Hub
geöffnet. Nach dem Einspritzvorgang erfolgt das endgültige Schließen der Form bei
entsprechender Komprimierungdes noch plastischen eingespritzten Kunststoffes. Dadurch
entsteht unmittelbar nach dem Einspritzvorgang im Werkzeug ein wesentlich erhöhter
Innendruck, wodurch eine Schrumpfung sowie Verspannung des Spritzteiles an den gewünschten
Oberflächen weitgehendst vermieden wird.
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Bei den bisherigen Spritzgießvorrichtungen mit Kniehebelmechanismus
für das Spritzprägeverfahren erfolgte die Einstellung des ersten Teilhubes des Kniehebelmechanismuses
bzw. der Formschließplatte mittels Endschalter, die über Magnetventile den Ölstrom
zum Druckzylinder unterbrechen. Damit läßt sich jedoch eine exakte und stets genau
reproduzierbare Einstellung des ersten Teilliubes nict erreichen. Außerdem trägt
auch die stets vorhandene geringe Kompressibilität des Druckmediums zur Erhöhung
der Ungenauigkeit bei.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Spritzgießvorrichtung der oben erwähnten
Art vorzuschagen, die eine exakte und stets reproduzierbare Einstellung des ersten
Teilhubes ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht. daß im Druckzylinder
für den Kniehebel ein zwischen zwei mechanischen Anschlägen verschiebbarer ringförmiger
Anschlagkolben vorgesehen ist, dessen Ringfläche größer ist als die Kolbenfläche
des Druckkolbens und dessen vom Druckkolben abgewandte Stirnfläche mit Drucköl beaufschlagbar
ist, wobei sich der vom Drucköl beaufschlagte Anschlagkolben während
des
Einspritzvorganges in einer den Kolbenweg des Druckkolbens auf den ersten Teilhub
begrenzenden Lage befindet und nach Beendigung des Einspritzvorganges den zweiten
Teilhub freigibt.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird daher der Hub des Druckkolbens
des den Kniehebelmechanismus betätigenden Druckzylinders direkt im Zylinder mechanisch
begrenzt und diese Begrenzung kann durch einen vom Einspritzvorgang gesteuerten
elektrischen Impuls über ein Magnetventil hydraulisch aufgehoben werden, wobei der
durch die Stirnfläche des Druckkolbens abgeschlossene Zylinderraum nicht nur während
des Schließens der Formschließplatte sondern auch während der Zeit in der die Formschließplatte
geschlossen gehalten wird, mit der Druckölversorgung verbunden bleibt, wodurch die
Kompressibilität des Mediums keine Rolle mehr spielt.
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Beim Spritzprägeverfahren, das immer mit einer entsprechenden Verdichtung
des eingespritzten Materials in der Form verbunden ist, kommt es meistens zu Materialaustritten
entlang vonhogenannten Steigspalten, wodurch es unter anderem zur Ausbildung von
Steigraten kommt.
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Diese Gratbildung erfordert eine entsprechend hohe Öffnungskraft,
die in manchen Fällen sogar die Schließ- bzw. Zuhaltekraft erreichen kann. Dies
führte jedoch bei den bisherigen Kniehebel-Spritzprägemaschinen oft zu Schwierigkeiten,
da deren Öffnungskraft, auf Grund des Unterschiedes der kreisförmigen Stirnfläche
des Druckkolbens, die beim Schließen beaufschlagt wird und der beim Öffnen beaufschlagten
kreisringförmigen Rückseite des Druckkolbens, kleiner als die Schließkraft ist,
wenn nicht ein mit zwei verschiedenen Drücken arbeitendes Hydrauliksystem verwendet
wird, was jedoch einen entsprechend hohen Aufwand erfordert.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es dagegen möglich, eine
gegenüber der Schließkraft wesentlich erhöhte Öffnungskraft zu erzielen. Dies wird
durch Beaufschlagung
des Anschlagkolbens bei der Einleitung der
Öffnungsbewegung erreicht, wobei der Druckkolben durch den Anschlagkolben um den
Weg des zweiten Teilhubes verschoben und somit die Form um den Prägehub geöffnet
wird und erst danach die Rückseite des Druckkolbens beaufschlagt wird. Dabei sinkt
zwar die Öffnungskraft auf die bei den bisher bekannten Maschinen üblichen Werte
ab, doch ist die höhere Öffnungskraft nur zu Beginn des Öffnungsvorganges notwendig.
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Besonders vorteilhaft ist es, den dem ersten Teilhub des Druckkolbenweges
entsprechenden Anschlag des Anschlagkolbens verstellbar auszubilden. Dies kann vorteilhafterweise
derart erfolgen, daß der Druckzylinder, durch zwei ineinanderschraubbare Zylinder
gebildet ist, wobei die Stirnfläche des den Druckkolben führenden kleineren Zylinders
als der dem ersten Teilhub des Druckkolbens entsprechende variable Anschlag für
den Anschlagkolben dient.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen Fig1 1 den Kniehebelmechaismus mit dem Hydraulikzylinder
und Fig. 2 den Hydraulikzylinder im Schnitt.
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Der aus dem Verstellzylinder 5 und dem Zylinderrohr 9 bestehende
Druckzylinder ist an dem Banken 12 aufgeflanscht, der auch die feststehenden Arme
15 des Kniehebelmechanismus 17 trägt, der seinerseits mit der beweglichen Formschließplatte
16 verbunden ist und diese bewegt In der oberen Hälfte der Fig. 1 ist die Stellung
der Formschließplatte 16 und des Yiehebelmechanismus 13 bei zurückgezogenem Druckkolben
6 und in der unteren Hälfte bei vorgeschobenem Druckkolben bzw. bei geschlossener
Form dargestellt
wobei strichpunktiert die Stellung während des
Einspritzens eingezeichnet ist. Aus dem Unterschied zwischen der in der unteren
Hälfte der Fig. 1 voll ausgezogenen und der strichpunktiert gezeichneten Lage ist
der Prägehub ersichtlich.
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Die Funktion der Einrichtung wird nun an Hand der Fig. 2 näher erläutert.
Dabei ist in der oberen Hälfte der Fig. 2 der Verstellzylinder in seiner vollständig
eingeschrauben Lage dargestellt. Bei dieser Lage des Verstellzylinders 5 ist das
Anschlagstück 4 fixiert und der Prägehub ist daher gleich Null. Die Einrichtung
wird also als reine Spritzgießmaschine betrieben. In der unteren Hälfte der Fig.
2 ist dagegen der Verstellzylinder 5 etwas aus dem Zylinderrohr 9 herausgeschraubt,
so daß sich das Anschlagstück 4 axial verschieben und die Maschine als Spritzprägeeinrichtung
betrieben werden kann.
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Wird der Anschluß 1 mit Öl beaufschlagt, d.h. das Magnetventil s
1 wird betätigt, so bewegt sich der Druckkolben 6 von links nach rechts und die
Kolbenstange 14 treibt den Kniehebelmechanismus 13 der Schließeinheit an, wodurch
die bewegliche Formschließplatte 16 von links nach rechts bewegt wird. Gleichzeitig
wird auch der Anschluß 3 mit Öl beaufschlagt, da das Magnetventil S 1 vorerst nicht
betätigt wird. Dadurch wandert der Anschlaghlken 4 von rechts nach links, bis er
an der Stirnfläche 17 des Verstellzylinders 5 anschlägt. Dieser Anschlagkolben 4
führt also eine gegenläufige Bewegung zum Druckkolben 6 durch. Je nach Einstellung
des Verstellzylinders 5 im Zylinderrohr 9, kann der Hub des Anschlagkolbens 4 von
Null bis zu einem maximalen Hub II eingestellt -werden, der den maximalen Prägehub
bestimmt und z.B.
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durch eine Ringnut 18 gekennzeichnet sein kann.
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Bedingung für den mechanischen Anschlag des Druckkolbens 6 an den
Anschlagkolben 4 ist jedoch, daß die auf die Kreisringfläche A II des Anschlagkolbens
einwirkende Kraft größer
als die auf die Kreisfläche A I des Kolbens
6 einwirkende Kraft ist. Dies wird in einfachster Weise durch entsprechende Festlegung
der Abmessungen erreicht, da dadurch mit einem, mit einem einheitlichen Druck arbeitenden
Hydrauliksystem das Auslangen gefunden werden kann.
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Der Druckkolben 6 bewegt sich vorerst um den Hub I bis zum Anschlagkolben
4, der seinerseits an der Stirnfläche 17 des Verstellzylinders 5 anliegt. Der Kniehebelmechanismus
13 wird daher je nach der Einstellung des Verstellzylinders 5 mehr oder weniger
weit durchgedrückt, wobei es zu einem vollständigen Durchdrücken nur dann kommt,
wenn der Verstellzylinder 5 vollständig eingeschraubt ist.
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Nun erfolgt das Einspritzen des Kunststoffes in die Form.
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Nach Beendigung des Einspritzvorganges wird das Magnetventil S 1'
angesteuert und somit der Anschluß 3 statt wie bisher mit der Druckleitung mit dem
Tank verbunden und daher der Raum zwischen dem Anschlagkolben 4 und dem Zylinderkopf
10 entlastet. Der Anschlagkolben 4 bewegt sich nun gleichzeitig mit dem Druckkolben,
dessen Kreisfläche A I nach wie vor druckbeaufschlagt ist, nach rechts bis der Anschlagkolben
4 an dem Zylinderkopf 10 ansteht. Dadurch wird der Kniehebelmechanismus vollständig
durchgedrückt und der Prägehub ausgeführt.
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Beim Öffnungsvorgang wird das Magnetventil S 1 entregt, wodurch die
beiden durch den Druckkolben 6 geteilten Zylinderräume mit dem Tank verbunden werden.
Gleichzeitig wird auch das Magnetventil S 1' entregt, so daß der Anschluß 3 mit
Öl beaufschlagt wird und sich der Anschlagkolben 4 samt den an ihm anliegenden Druckkolben
6 nach links bewegt und die Form öffnet. Dabei ist die Ringfläche A II wirksam,
die größer als die beim Schließvorgang wirksame Kolbenfläche Ä 1 ist. Daraus resultiert
ene entsprechend große Öffnungskraft, die auch im Falle der Ausbildung von Steiggraten
sicher zum Öffnen der Form ausreicht. Hat der Anschlagkolben 4 den Verstellzylinder
5 erreicht, so wird das agnetventil S 2 erregt und
der Anschluß
2 mit Drucköl beaufschlagt. Nunmehr bewegt sich nur mehr der Druckkolben 6 weiter
nach links, wobei die Kreisringfläche DI-d des Druckkolbens 8 beaufschlagt wird.
Die damit verbundene Verminderung der Öffnungskraft stört nicht weiter, da nur zu
Beginn des Öffnungsweges eine große Öffnungskraft erforderlich ist. Durch die kleinere
Fläche wird auch die Öffnungsgeschwindigkeit verglichen mit der Geschwindigkeit
zu Beginn des Öffnungsweges erhöht.
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Da infolge dieser Prägeeinrichtung Hub I und Hub II am Druckzylinder
gefahren werden kann, wäre es möglich, daß bei voll eingestelltem Hub II die Maschine
um Hub II zuviel öffnet, wodurch ein Anschlagen des Kniehebels 13 an dem Balken
12 erfolgen könnte. Um dies zu vermeiden, ist zwischen der Kolbenstange 14 und dem
Kniehebelgelenk eine Anschlaghülse 11 montiert, welche beim Öffnungsvorgang am Zylinderkopf
10 anschlägt um ein zu weites Öffnen zu vermeiden. Der Kolben 6 bleibt nun genau
um Hub II vor dem Zylinderdeckel 7 stehen. Um eine Fixierung des eingestellten Prägehubes
zu erreichen, ist eine Kontramutter 8 vorgesehen.
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Die präzise Einstellung des Prägehubes wird auch dadurch erleichtert,
daß durch den Kniehebelmechanismus 13 gegen Ende der Schließbewegung der Formschließplatte
16 eine große Ubersetzung erzielt wird, wodurch bereits für einen sehr kleinen Prägehub
ein relativ großer Hub II des Anschlagkolbens 4 erforderlich ist, der leicht ohne
großen Aufwand mit der nötigen Genauigkeit eingestellt werden kann.