DE2554269A1

DE2554269A1 - Spritzgiessmaschine zur herstellung von formteilen aus kunststoff

Info

Publication number: DE2554269A1
Application number: DE19752554269
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Rothe
Original assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Current assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1977-06-16
Also published as: FR2333635A1; CH605095A5; FR2333635B3; GB1561589A

Description

DEMAG Kunststofftechnik, Zweigniederlassung der DEMAG Aktiengesellschaft, 85 Nürnberg, Rennweg 37

Spritzgießmaschine zur Herstellung von Pormteilen aus Kunststoff

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, mit einem Spritzzylinder und einer darin vorgesehenen Spritzdüsenbohrung, die zumindest örtlich beim Spritzvorgang zu einem Spalt verengt ist.

Eine Spritzgießmaschine der vorstehend erläuterten Art entspricht einem älteren Vorschlag der Anmelderin (P 2k 621.1). Bei dieser wird zur Einbringung von Scherenergie und Friktionswärme in das Kunststoffmaterial ein veränderbarer Querschnitt der Spritzdüsenbohrung geschaffen, durch den das Kunststoffmaterial beim Spritzvorgang hindurchgepreßt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Spritzgießmaschine nach dem älteren Vorschlag zu verbessern und dahingehend weiter auszugestalten, daß ein günstigeres Fließverhalten des Kunststoffmaterials in und nach dem Spalt erzielbar ist und Toträume vermieden werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die

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in Fließrichtung des Kunststoffmaterials gemessene Länge des Spaltes veränderbar ist.

Im vorliegenden Fall wird also die Größe der in das Kunststoffmaterial eingebrachten Scherenergie in erster Linie durch eine Änderung nicht des Spaltquerschnitts sondern der Spaltlänge, gemessen in Fließrichtung des Kunststoffmaterials, gesteuert. Hierdurch wird bei gleichem Effekt der Fließvorgang des Kunststoffmaterials im und anschließend an den Spalt weniger gestört und Toträume vor dem Spalt werden entweder vermieden oder durch die Spaltän— derung zumindest nicht vergrößert.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Spalt durch eine axial in die Spritzdüsenbohrung bewegbare Nadel od. dgl. gebildet. Hierdurch läßt sich beispielsweise ein Ringspalt erzeugen, dessen Länge durch mehr oder weniger weites Einfahren der Nadel in die Spritzdüsenbohrung bestimmt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß keine Abdichtprobleme an dem den Spalt erzeugenden Element auftreten, weil dieses, hier die Nadel, in bekannter w*eise innerhalb des Spritzzylinders, z.B. in der Schnecke, gelagert sein kann. Außerdem ist es nach einer weiteren Ausgestaltung möglich, die Spritzdüsenbohrung mündungsseitig auf den Querschnitt der Nadel abzusetzen und durch die Nadel verschließbar zu machen. Hier hat die Nadel eine Doppelfunktion, nämlich diejenige, den längenveränderbaren Spalt beim Spritzvorgang zu erzeugen und anschließend an den Spritzvorgang die Spritzdüsenbohrung zu verschließen. Eine weitere Funktion kann hinzu kommen, wenn darüberhinaus die Nadel als Kolben in den abgesetzten Teil der Spritzdüsenbohrung einfahrbar ist. Hierdurch ist es möglich, in der

*oder auch im Düsenkörper

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Nachdruckphase durch die als Kolben wirksame Nadel den Nachdruck auf das im Werkzeug befindliche Kunststoffmaterial aufzubringen, wobei gleichzeitig auf eine Rückstromsperre verzichtet werden kann, weil die Nadel gleichzeitig als solche wirkt. Es kann somit schon während der Nachdruckphase mit dem plastifizieren für den nächsten Spritzvorgang begonnen werden.

Es ist grundsätzlich schon lange bekannt, daß in die Schmelze eingeprägte Schwingungsimpulse die Formgebung erleichtern und den Orientierungsgrad der Schmelzeströmung und damit die Produkteigenschaften zu beeinflussen gestatten (vgl. DT-PS 1 140 340; DT-OS 2 010 151). Diese Möglichkeit wurde in der Praxis bisher jedoch nicht oder kaum genutzt, da die bekannten Vorschläge eine praxisgerechte Verwertung kaum gestatten. Wird eine Druckpul sation an Spritzgießmaschinen entsprechend den bekannten Vorschlägen über den Spritzzylinder hydraulisch oder mechanisch eingebracht, dann ist die Pulsationswirkung an der gewünschten Stelle, nämlich im Werkzeug, auf Grund der bis zum Werkzeug entstehenden Druckverluste nur gering. Eine Einleitung der Pulsation unmittelbar im Werkzeug durch Schwingungsbeaufschlagung einer Werkzeughälfte oder eines Werkzeugeinsatzes bedingt einen erheblichen Aufwand und damit verbundene werkzeugtechnische Schwierigkeiten.

Am günstigsten erweist sich somit das Einleiten von Druckpulsationen im Düsenbereich (vgl. "Nutzung von Vibrationsimpulsen bei der Verarbeitung von Polymeren" in "Plaste und Kautschuk" 21 (1974) 6, S. 436 - 439). Hierfür bietet die vorliegende Erfindung eine besonders günstige Möglichkeit, indem die Länge des Spaltes periodisch veränderbar gemacht wird. Beispielsweise bewegt sich das den Spalt in

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in Verbindung mit der Spritzdüsenbohrung erzeugende Element, z.B. die Nadel, während der Einspritz- und/oder Nachdruckphase periodisch in und entgegengesetzt zur Fließrichtung, so daß sich dementsprechend der Spalt periodisch verlängert bzw. verkürzt und in Fließrichtung hinter dem Spalt Druckschwingungen entstehen, die sich in das Werkzeug fortpflanzen« Hierbei treten fließtechnisch die gleichen Vorteile ein, die vorstehend im Zusammenhang mit der nichtperiodischen Veränderung der Spaltlänge erläutert sind.

Vorteilhafterweise ist die Länge des Spaltes in Abhängigkeit von den Spritzparametern, z.B. vom Schneckenhub, vom Druck und/oder der Temperatur des Kunststoffmaterials im Werkzeug usw., steuerbar. Ist das Einbringen von Pulsationsenergie in die Kunststoffmasse vorgesehen, so kann auch die Frequenz und/oder die Amplitude der periodischen Längenveränderung des Spaltes in Abhängigkeit von den genannten Spritzparametern steuerbar gemacht werden. Hierzu wird beispielsweise die Nadel, die in die Spritzdüsenbohrung einfahrbar ist, mit einem Vibrationserreger zur Erzeugung von Axialschwingungen der Nadel direkt oder indirekt gekoppelt, der durch Signale entsprechend den genannten Parametern beaufschlagt ist. Der Vibrationserzeuger kann aber auch unabhängig von Einflußgrößen des Spritzvorganges arbeiten.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Düsen— bereich eines Spritzzylinders mit einer Vorrichtung

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zur Verstellung einer in der Spritzdüsenbohrung angeordneten Nadel, wobei im Bereich der Verstellvorrichtung der Schnitt über der Mittellinie nur teilweise geführt ist, und

Fig. 2 einen zu Fig. 1 analogen Schnitt durch eine modifizierte Ausführung eines Spritzzylinders.

Gemäß Fig. 1 trägt das vordere Ende eines nur angedeuteten Spritzzylinders 1 einer Spritzgießmaschine einen Einsatz 2 zur Halterung und Führung einer Düsennadel 3, wie er grundsätzlich von Nadelverschlußdüsen her schon bekannt ist. Mit dem Einsatz 2 ist wiederum ein Düsenkopf h verschraubt, der eine Düsenbohrung 5 und einen Sammelraum 6 enthält. Die Düsenbohrung 5 ist bei 7 kurz vor der Düsenmündung atif einen kleineren Durchmesser abgesetzt und bildet hierdurch einen Verschlußsitz für die Düsennadel 3, deren Spitze 8 entsprechend ausgebildet ist. Der Düsenkopf h ist mit der Mündung der Diisenbohruiig 5 an ein nur schematiseh dargestelltes Werkzeug 9 andrückbar.

Die Düsenbohrung 5 verläuft zwischen dem Sammelraum 6 und dem konusförmigen Absatz 7 gerade. Die in ihrem Querschnitt der Düsenbohrung 5 angepaßte, jedoch im Durchmesser kleinere Düsennadel 3 ragt in die Düsenbohrung 5 hinein und bildet mit deren Wandung einen axialen Ringspalt 10, dessen axiale Länge dadurch veränderbar ist, daß die Düsennadel 3 mittels einer im Ganzen mit 11 bezeichneten Verstellvorrichtung unterschiedlich weit in die Düsenbohrung 5 eingeschoben wird. Auf diese Weise läßt sich eine axiale Länge des Ringspaltes zwischen 1 bis 50 mm herstellen.

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Die Verstellvorrichtung 11 ist ebenfalls im wesentlichen bekannt und entspricht den Vorrichtungen zur hydraulischen Betätigung der Nadel von Nadelverschlußdüsen. Unterschiedlich ist die hier vorgesehene Möglichkeit, den Hub der Düsennadel 3 nicht nur zwischen einer Schließ- und einer üffnungsstellung, sondern zwischen diesen beiden Endstellungen beliebig - und zweckmäßigerweise stufenlos - einzusteuern. Zur Betätigung der Düsennadel 3 ist ein auf der Außenfläche des Spritzzylinders 1 beweglicher Schiebering 21 vorgesehen, der über ein Joch 22 auf die mit dem Joch 22 fest verbundene oder daran nur anliegende Düsennadel 3 wirkt. Das Joch 22 ist hierzu in bekannter Weise in einer Radialbohrung des Einsatzes 2 in Achsrichtung des Spritzzylinders bewegbar. Die Düsennadel 3 ist abgedichtet in einer Bohrung 23 des Einsatzes 2 verschiebbar. Der Einsatz 2 enthält axiale Durchtrittskanäle 2h für das Kunststoffmaterial, das von einer nicht gezeigten Schnecke oder einem Kolben gefördert wird. An dem Schiebering 21 ist mit seinem Ende ein Gabelhebel 25 angelenkt, der am Spritzzylinder 1 schwenkbar gelagert und von einem Hydraulikzylinder 26 betätigbar ist. Der in dem Hydraulikzylinder 26 gleitend verschiebbare Kolben 27 ist beidseitig von einer Pumpe P mit Druckmittel beaufschlagbar. Sein ¹¹Ub ist durch einen Anschlag 28, der relativ zum Hydraulikzylinder 26 in Richtung des Doppelpfeiles verstellt werden kann, begrenzbar. Dieser Hub definiert die Länge des Ringspaltes 10. Die Stellung des Anschlages 28 kann in Abhängigkeit von für den Spritzvorgang maßgeblichen Parametern, z.B. dem Druck und/oder der Temperatur der Kunststoffmasse im Sammelraum 6 oder im Werkzeug 9, und auch wegabhängig vom Weg der Schnecke geregelt werden. Eine entsprechende hydraulische Regelung ist beispielsweise in Fig. 2 der eingangs genannten älteren Patentanmeldung P 2k 25 621.1 beschrieben. Zur entsprechenden Verstellung des Anschlages 28 ist dann eine nicht gezeigte Betätigungseinrichtung vorgesehen.

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Dem Druckmittel, das den Kolben 27 beaufschlagt, kann eine Pulsation eingeprägt werden. Dies kann unmittelbar durch die Pumpe P oder durch einen nicht dargestellten Impulsgenerator erfolgen, der Druckschwingungen im Hydraulikzylinder 26 erzeugt.

Die Fig. 2 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Düsenbohrung 5· Diese verläuft zuerst - ausgehend vom Sammelraum 6 - über einen ersten Abschnitt 5^T gerade und mit konstantem Querschnitt bis zu einer konischen Schulter 15 und geht dort über in einen zweiten Abschnitt 5^ft von kleinerem Durchmesser. Am Ende dieses zweiten Abschnitts 5^!l befindet sich wieder der Absatz 7, der als Verschlußsitz für die Düsennadel 3 dient. Der erste Abschnitt 5^f der Düsenbohrung 5 ist im Durchmesser so groß, daß ~ wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 - ein Ringkanal 10 zwischen der darin eingefahrenen Düsennadel 3 und der Wandung des Abschnittes 5* gebildet wird. Der zweite Abschnitt 5^ff entspricht jedoch im Durchmesser demjenigen der Düsennadel 3, so daß diese nach Art eines Kolbens darin einfahrbar ist und diesen Abschnitt druckdicht abdichtet.

Bei dieser Ausführungsform kann die Einstellung der Länge des Ringspaltes 10 in gleicher Weise erfolgen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert ist. Auch ist, wie durch den Doppelpfeil an der Düsennadel 3 angedeutet, eine pulsierende Axialbewegung der Düsennadel 3 einstellbar. Zusätzlich ist es jedoch hier möglich, am Ende des Spritzvorganges mittels der in den Abschnitt 5^fT der Düsenbohrung eingefahrenen Düsennadel einen ~ gegebenenfalls auch pulsierenden - Nachdruck auf das in dem Werkzeug 9 befindliche Kunststoffmaterial auszuüben. Auch dieser Nach«

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AO

druck kann in Abhängigkeit von den Spritzparametern, z.B. vom Werkzeuginnendruek, geregelt werden. Zu dem Zeitpunkt, wo die Düsennadel 3 durch Eindringen in den Abschnitt 5^ft der Düsenbohrung diese nach hinten verschließt, kann bereits das Plastifizieren weiteren Kunststoffmaterials im Spritzzylinder 1 erfolgen, da die Düsennadel 3 als Rückströmsperre wirkt.

Es versteht sich, daß die Länge des Spaltes jeweils nach der Art und Viskosität sowie nach der durchgesetzten Menge des Kunststoffmaterials bestimmt wird. Bei einer Regelung der Spaltlänge durch Druck und/oder Temperatur der Masse im Werkzeug müssen dementsprechend diese Größen vorgegeben werden. Es können Spaltweiten von 0,i bis 5 mm sowie Spaltlängen von 1 bis 50 mm eingestellt werden. Abweichend von den Ausführungsbeispielen ist es keinesfalls erforderlich, einen über die Spaltlänge konstanten Spaltquerschnitt einzuhalten. Auch ist die Querschnittsform beliebig. Es kann beispielsweise durch entsprechende Gestaltung der Düsenbohrung und der darin einfahrbaren Düsennadel ein im Querschnitt rechteckiger Spalt erzeugt werden.

Ebenso können Frequenz und Amplitude der eingeprägten Pulsation in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Kunststoffmaterial festgelegt werden. Zweckmäßigerweise liegt die Frequenz zwischen 1 und 50 Hz. Die periodische Längenveränderung des Spaltes kann beliebig durch Vibration einer oder beider, den Spalt begrenzenden Wandungen erzeugt werden; hierzu können mechanische, hydraulisch-, pneumatisch- oder elektro-mechanische Einrichtungen eingesetzt werden.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

l.J Spritzgießmaschine zur Herstellung von Forinteileii aus ^^^ Kunststoff, mit einem Spritzzylinder und einer darin vorgesehenen Spritzdüsenbohrung, die zumindest örtlich beim Spritzvorgang zu einem Spalt verengt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in Fließrichtung des Kunststoffmaterials gemessene Länge des Spaltes (1O) veränderbar ist»
2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (lO) ein Ringspalt ist.
3. Spritzgießmaschine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (1O) durch eine axial in die Spritzdüsenbohrung (5) bewegbare Nadel (3) od. dgl. gebildet ist.
4« Spritzgießmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüsenbohrung (5, 5^fT) mündungsseitig auf den Querschnitt der Nadel (3) abgesetzt und durch die Nadel (3) verschließbar ist.
5· Spritzgießmaschine nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (3) als Kolben in den abgesetzten Teil (5¹*) der Spritzdüsenbohrung einfahrbar ist.
6* Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Spaltes (lO) periodisch veränderbar ist.

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a.
7« Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (3) od.dgl. mit einem Vibrationserreger (26, 27) zur Erzeugung von Axialschwingungen der Nadel (3) gekoppelt ist.
8« Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche i bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Spaltes (10) in Abhängigkeit von den Spritzparametern, z.B. vom Schnecken— hub, vom Druck und/oder der Temperatur des Kunststoffmaterials im Werkzeug (9) usw., steuerbar ist.
9. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz und/oder Amplitude der periodischen Längenveränderung des Spaltes (iO) in Abhängigkeit von den Spritzparametern steuerbar ist.
10. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Spaltes (IO) veränderbar ist.
11. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform des Spaltes (10) veränderbar ist.

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