DE2614213A1

DE2614213A1 - Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen von dickwandigen grossvolumigen kunststoff-formteilen in formwerkzeugen

Info

Publication number: DE2614213A1
Application number: DE19762614213
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Hagedorn; Georg Prof Dr Ing Menges; Klaus Dipl Ing Schramm; Siegfried Dr Ing Stitz
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1977-10-20
Also published as: JPS52121066A; CH602320A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von dickwandi-
gen großvolumigen Kunststoff- Formteilen in Fonawerkzeugen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Dicke wandigen großvolumigen Kunststoff-Formteilen in Formwerkzeugen, bei dem nach erfolgtem Einspritzvorgang auf die in einem Formwerkzeug befinEliche kompressible, vorzugsweise thermoplastische Formmasse während einer Nachdruckphase periodisch aufeinanderfolgende Druckstöße ausgeübt werden und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem derartigen bekannten Verfahren (vgl. DT-OS 2 347 604 vom 28.3.1974, insbesondere Seite 6 Mitte) wird nach dem Einspritzen der den formbildenden Werkzeughohlraum vollständig ausfüllenden ersten Portion Polymer-Schmelze zusätzlich eine neue Portion Polymer-Schmelze eingespritzt. Die zusätzliche Einspritzung sowie auch die erste Einspritzung erfolgen während der fortschreitenden Bewegung der Schnecken-Kolben-Vorrichtung. Zwischen beiden Einspritzungen - es könnten auch mehrere aufeinanderfolgende Einspritzungen sein (vgl. S. 3, Mitte des letzten Absatzes) - wird ein Zeitintervall eingehalten. Über die jeweilige Dauer eines Zeitintervalls, das offenbar durch ein Unterbrechen der fortschreitenden Bewegung der Schnecken-Kolben-Vorrichtung hervorgerufen wird, ist nichts ausgesagt. Man kann daher mit Recht davon ausgehen, daß es bei dem bekannten Verfahren nur zu einem einfachen Druckaufbau zum Zwecke des mehrmaligen Einspritzens kommt. Allgemein besteht nun die Gefahr, daß bei der Herstellung von dickwandigen voluminösen Formteilen der Formkörper-#A>schnitt bzw. -anguß vor Beendigung der Nachdruck- bzw. Abkühlphase einfriert. Dieser Nachteil könnte allerdings bekanntermaßen dadurch vermieden werden, daß entweder ein Stangen-Anguß großen Durchmessers oder aber ein Stangen-Angußein Heiß-Kanal-Angußsystem angewendet wird. Beide Maßnahmen haben aber Nachteile: ein Stangen-An£ruts erfordert einen weiteren Arbeitsgang und zus#tzlichen Materialeinsatz, ein Heißkanal-System bedingt einen höheren Einsatz an Werkzeugkosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, gro!3voliunige dickwandige E'ormteile mit Punkt-Ansohnitt (also ohne Stangen-Anguß und ohne Heißkanal-System) zu fertigen, ohne daß bei den Formteilen Einfallstellen aufgrund örtlich zu hoher Schwindung auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in einer Spritzeinrichtung auf die Kunststoffschmelze (1testschmelze) ausgeübte Druckstoß in Abhängigkeit von der Frequenz und der Druckanstiegsgeschwindigkeit sich durch das Angußsystem bei gleichzeitiger Formmassebewegung in das Formwerkzeug fortpflanzt und hier ebenfalls zu einem Drucks-toB führt, der nach dem schnellen Abklingen des Druckstoßes in der Spritzeinrichtung zu einem Rückfließen von Formmasse in die Spritzeinrichtung führt, so daß während der Nachdruckphase ein flin- und fjerfließen der in der Spritzeinrichtung, im Angußsystem und im Formwerkzeug befindlichen Formmasse eintritt, das ein Einfrieren des Angußsystems verhindert.
Vorzugsweise werden Druckstöße mit einer Frequenz von wenigen Hertz (ca. 0,5 bis 5) und Druckanstiegsgeschwindigkeiten von mehreren tausend (etwa 5000 bis 10000) bar/sec angewendet.
Die gemäß der Erfindung auf die Restschmelze einwirkenden Druckstöße während der Nachdruckphase haben zur Folge, daß die durch den jeweils ersten von zwei aufeinanderfolgenden Druckstößen komprimierte Formmasse sich in der Zeit bis zum Aufbau des zweiten Druckstoßes im Formwerkzeug entspannen und dabei im wesentlichen Schmelze (etwa zu 90 g der beim Druckaufbau des ersten Druckstoßes im Formwerkzeug fließenden Menge) entgegen der Richtung des vorher ausgeübten Druckes in die Spritzeinrichtung (Schnecken-Vorraum) zurückfließen. Durch die vorgesehene hohe Druckanstiegsgeschwindigkeit wird ein Maximum an Druckenergie im Anschnitt, der engsten Stelle des Angusses, in Scherenergie und damit in Trärme ungesetzt. Die lulsationsenergie kann dabei von dem Schneckenkolben einer herkömmlichen Schneckenspritzgießmaschine oder von einem zusätzlichen kolben aufgebracht werden, der an einer beliebigen Stelle des Fließweges von der Schneckenspitze bis zum Formnestanschnitt, im idealen Falle aber möglichst nahe am Anschnitts auf die Kunststoffschmelze eirnqlrkt. Eine Abkühlung des Anschnitts ist daher so lange unterbunden, wie überhaupt weitere Formmasse, unabhängig vom Zeitpunkt, in des Formnest nachfließen bzw. sin-und zerfließen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß groB-volumige und dickwandige Formkörper gefertigt werden können, bei denen sogar eine Formmasseanhäufung bzw. die größte Wanddicke auch angußfern auftreten kann (vgl. z.B. Fig. 6). Eine Fließhilfe, wie sie üblicherweise z.B. als Steg dann ins Werkzeug eingearbeitet wird, kann daher auch bei Formmasse#anhäufungen angußfern entfallen. Die wirksame Druckzeit wird durch Verschiebung des Siegelpunktes zu späteren Zeiten hin soweit verlängert, daß eine ausreichende Formmasse@menge zur Kompensation der Abkühlkontraktion des Formteils in den Formhohlraum nachgefördert werden kann. Einfallstellen aufgrund örtlich zu hoher Schwindung treten somit nicht mehr auf. Dabei stellt sich gleichzeitig das Spritz- und Nachdruckniveau bedeutend niedriger ein als beim herkömmlichen Verfahren. Das bedeutet einmal eine größere Schonung der Spritz- und Schließeinheit, zum anderen wird die Realisierung größerer Werkzeugaufspannflächen und damit größerer Formteilflächen bei gleichbleibender Schließkraft möglich.
Durch Vermeidung von Einfallstellen tritt nicht nur eine Verbesserung der Oberflächengüte des Formteils ein, sondern auch eine Verkürzung der Abkühlzeit> da ja der Kontakt der abkühlenden Kunststoff-Formmasse mit der Werkzeugwandung bis zur Entformung erhalten bleibt. Eine zusätzliche Kühlzeitverkür@ung wird dadurch erreicht, daß durch das bessere Druckübertragungsverhalten in der Nachdruckphase eine niedrigere Eormmassetemperatur als üblich in der Spritzeinheit eingestellt werden kann.
Durch eine Zusatzeinrichtung, entweder Jqodifikption der ,''pritzhydraulik oder Einbau eines Pulsators, ist das Verfahren auf allen herkömmlichen Spritzgießmaschinen durchführbar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des Anmeldungsgegenstandes werden anhand der kusführungsbeispiele erörtert. Es zeigen: Fig. 1 bis 4 erfindungsgemäße Vorrichtungen (schematisch) zur Erzeugung von Druckpulsationen, und zwar Fig. 1 mittels einer hydraulischen Verschlußdüse> Fig. 2 mittels eines oszillierenden Stößels im Schneckenvorraum, Fig. 3 mittels eines oszillierenden Schneckenkolbens, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Nachdruckvorrichtung zwischen Spritzgießeinrichtung und E'ormwerkzeug, Fig. 5 den Druckverlauf bei den erfindungsgemäßen Nachdruckpulsationen, Fig. 6 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Formteil.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer üblichen Spritzgießmaschine 1 mit einer einfachen Möglichkeit zur Erzeugung von Druckpulsationen. In der Düse 2 ist nämlich eine hydraulisch über einen Kolben 4 gesteuerte Verschlußdüse 3 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von einem Frequenzerzeuger 5 mit einer gewünschten Frequenz geöffnet und geschlossen wird. An die Düse 2 ist ein Formwerkzeug 6 angeschlossen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Spritzgießmaschine 7 taucht in defeh Spritzzylinder 8 ein Stößel 9, dessen Pulsationsfrequenz über die Drehanzahl einer Antriebsvorrichtung 10 einstellbar ist. Durch Kompression der Schmelze um das Stößelhubvolumen erhält man einen pulsierenden Druckverlauf. Ein konstantes Hubvolumen führt im weiteren Verlauf der Nachdruckphase zu einem Anwachsen der Druckamplitude, was erwünscht sein kann. Das Formwerkzeug 11 ist in bekannter Weise an die Düse 12 angeschlossen.
Die gewünschten Druckpulsationen können bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 auch ulçmittelbar von dem Schneckenkolben 13 einer Spritzgießmaschine 14 erzeugt werden und zwar mittels Steuerung einer an die Spritzhydraulik angepaßten Servohydraulik 15. Ein Formwerkzeug 16 ist wieder in bekannter Weise an die Düse 17 angeschlossen.
Die Fig. 4 zeigt schematisch eine besondere Nachdruckvorrichtung 18, die zwischen der normalen Düse 19 einer nicht näher dargestellten üblichen Spritzgießmaschine und dem ebenfalls nicht näher dargestellten Angußsystem 20 eines Formwerkzeuges eingebaut wird. Die Kunststoffschmelze fließt von der Düsenöffnung 19 durch einen Umlenkkanal 21 in den Hohlraum 22 des Nachdruckzylinders 23. Der Nachdruckkolben 24 drückt während der liachdruckphase die im Zylinder befindliche Schmelze in das Formwerkzeug und verschließt dabei die Einlauföffnung 25 in den Nachdruckzylinder. Der durch den Nachdruckkolben erzeugte Druck auf die Kunststoffschmelze kann auch etwa gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Prinzip pulsierend wirken. Die Nachdruckvorrichtung 18 kann aber überhaupt auch die Nachförderung von Schmelze ins Formnest übernehmen. Die Spritzeinheit wird dann zur Aufrechterhaltung des Nachdrucks gar nicht mehr benötigt; sie steht vielmehr nach erfolgter- Dosierung in den Hohlraum 22 bereits für den nächsten Einspritzvorgang zur Verfügung. Vorzugsweise für den Mehrstationenbetrieb bietet sich diese Anordnung an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat der zeitliche Druckverlauf während der Nachdruckphase eine Form, wie sie aus Fig. 5 hervorgeht. Infolge der sehr hohen Druckanstiegsgesohwindigkeit (etwa 5000 bis 10000 bar/sec) kann der Druck im siorinwerkzeug (PW) dem Druck im Schneckenvorraum (Ps) nicht so schnell folgen; der Druck im Formwerkzeug klingt aber auch langsamer ab als der im Schneckenvorraum. Während der Zeit, in der der Druck Ps im Schneckenvorraum größer ist als der Druck Pw im ;[erkzeug, fließt daher Kunststoffschmelze durch den Anguß und den Anschnitt ins Formwerkzeug, im umgekehrten Fall fließt aber der größte Teil der hineingeflossenen Schmelze wieder zurUck (oszillierender Fließvorgang). Die Bewegung des Schneckenkolbens S (Schneckenweg) ist im oberen Teil der Fig. 5 aufgetragen. Die Zeit t wurde soweit aufgelöst, daß zwei Druckanstiege im Abstand von T = 1 Sekunde (sec) entsprechend einer Frequenz von 1 Hz deutlich sichtbar werden.
In der Fig. 6 ist beispielsweise ein im Kunststoff-Spritzgußverfahren schwer einwandfrei zu fertigendes Formteil 26 dargestellt, dessen fehlerlose Herstellung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres möglich ist. Das Formteil 26 weist einen Anguß 27 von z.B. 4 mm Durchmesser und einen Punkt-Anschnitt 28 von z.B. 1 mm Durchmesser auf und besteht aus einer abschnittweise in der Dicke unterschiedlichen Platte von z.B. 90 mm Breite und einer Länge von 150 mm. Der angußnahe Abschnitt A hat z.B. eine Dicke von 7 mm, der mittlere Abschnitt B eine Dicke von 4 mm und der angußferne Abschnitt C eine Dicke von z.B. 12 mm.
Anstelle des Punktanschnitts 28 könnte in an sich bekannter Weise auch ein Film-Anschnitt von z.B. 0>4 mm Schlitzöffnung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Spritzgießen von dickwandigen großvolumigen Kunststoff-Formteilen in Formwerkzeugen, bei dem nach erfolgtem Einspritzvorgang auf die in einem Formwerkzeug befindliche kompressible, vorzugsweise thermoplastische Formd/ masse während einer Nachruckphase periodisch aufeinanderfolgende Druckstöße ausgeübt werden, dadurch g e kennz ei ohne t , daß der in einer Spritzeinrichtung auf die KUSB tstoffschmelze (Restschmelze) ausgeübte Druckstoß in Abhängigkeit von der Frequenz und der Druckanstiegsgeschwindigkeit sich durch das Angußsystem bei gleichzeitiger Formmassebewegung in das Formwerkzeug fortpflanzt und hier ebenfalls zu einem Druckstoß führt, der nach dem schnellen Abklingen des Drucksto-Bes in der Spritzeinrichtung zu einem niickfließen von Formmasse in die Spritzeinrichtung führt, so daß während der iachdruckphase ein Hin- und Herfließen der in der Spritzeinrichtung, im Angußsystem und im Formwerkzeug befindlichen Formmasse eintritt, das ein Einfrieren des Angußsystems verhindert.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstöße auf die Formmasse (Restschmelze) in der Spritzeinrichtung derart einwirken, daß in der Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Druck-Anstiegen die durch den jeweils ersten dieser beiden Druckstöße im Formwerkzeug komprimierte Formmasse sich entspannt und dabei ein Teil der Formmasse (etwa zu 9Q ?## der bei einem Druckstoß ins Formwerkzeug fließenden Menge) entgegen der Richtung des vorher ausgeübten Druckes in die Spritzeinrichtung zurückfließt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druckstöße auf die im Angußverte#ler und im Formwerkzeug befindliche Formmasse während der Nachdruckphase aufgebracht werden und ein pulsierendes Fließen nur in Richtung in das Formwerkzeug zur Folge haben.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Druckstöße mit einer Frequenz von wenigen Hertz (ca.

0,5 bis 5) und mit einer Druckanstiegsgeschwindigkeit in der Spritzeinrichtung von mehreren tausend (etwa 5000 bis 10000) bar/sec. angewendet werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spritzdüse (2) eine normale hydraulische Verschlußdüse (3) vorgesehen ist, mit einer vorbestimmten Frequenz in Abhängigkeit von einem Frequ nzerzouger (5) während der Nachdruckphase geöffnet und geschlossen wird (Fig. 1).
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein über einen Exzenter von einem Motor (10) bewegter oszillierender Stößel (9) vorgesehen ist, der in die Schmelze in der Spritzeinrichtung (Schneckenvorraum) (8) eintaucht (Fig. 2).
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Frequenzerzeuger abhängige Servo-Hydraulik (15) vorgesehen ist, über die der Schneckenkolben (13) einer herkömmlichen Schneckenkolbenmaschine gesteuert wird (Fig. 3).
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeug (20) eine Nachdruckvorrichtung (22, 24) angebracht ist, die sowohl die gesamte Nachförderung von Schmelze während der Nachdruckphase übernimmt als auch in der Lage ist, Druckpulsationen zu erzeugen (Fig. 4).