DE3001366C2

DE3001366C2 - Spritzgießvorrichtung zum Herstellen von Kunststoff- Formteilen

Info

Publication number: DE3001366C2
Application number: DE3001366A
Authority: DE
Inventors: Yamato Niigata Kogure
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1980-01-16
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE3001366A1; JPS5549237A; CA1149566A; FR2459719B1; GB2051654B; DE8000989U1; IT8047752A0; JPS5910297B2; IT1128089B; NL7909117A; GB2051654A; FR2459719A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gattungsgemäße Spritzgießvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 24 62 405 bereits bekanntgeworden, bei denen in einem in den Formhohlraum einmündenden Angußkanal ein Ventil zur rechnergesteuerten Veränderung des Durchschnittsquerschnittes des Angußkanales angeordnet ist. Weiterhin ist es aus der GB-PS 10 52 810 bekannt, bei einer Spritzgießform in einem an den Formhohlraum anschließenden Entlüftungskanal eine Ventil vorrichtung vorzusehen.

Derartige gattungsgemäße Spritzgießvorrichtungen sind zwar für die Herstellung großer Mengen von Formteilen zufriedenstellend, jedoch zum präzisen Herstellen von Formteilen mit verbesserten Formteileigenschaften in kleinen Stückzahlen in Gips-Gußformen ohne Zerstörung der empfindlichen Form durch zu hohe Spritzdrücke nicht geeignet. Derartige Vorrichtungen mit Gipsgußformen sind insbesondere wichtig für die Herstellung von Modellen oder auch von Zahnprothesen in kleinen Stückzahlen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Spritzgießvorrichtung nach der DE-OS 24 62 405 dahingehend fortzuentwickeln, daß sie zum präzisen Herstellen von Formteilen mit verbesserten Formteileigenschaften in kleinen Stückzahlen in Gips-Gußformen ohne Zerstörung der empfindlichen Form durch zu hohe Spritzdrücke geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Für die Herstellung derartiger Gußformteile werden eine Wachsform, eine Einfüllöffnung, ein Einfüllkanal und ein Entlüftungskanal in gewünschter Weise in einer Gips-Gußform angebracht, anschließend Gips in die Gips-Gußform injiziert, anschließend die Luftblasen im Gips durch Vakuumentgasen abgezogen, die Gips-Gußform zum Entfernen der Wachsform erhitzt und Harz von einer Spritzgießmaschine nach Waschen injiziert. Bei der Injektion wird die in der Gips-Gußform befindliche Luft durch einen Entlüftungskanal mit einem Durchmesser, der rechnergesteuert aus Daten des Einspritzkanals, der Öfnungsdurchmesser und Längen sowie des Innendrucks in der Gips-Gußform eingestellt wurde, während des Harz-Einspritzens entfernt. Gleichzeitig wird der Harzdruck mit Hilfe eines im Einspritzkanal befindlichen Druckfühlers gemessen, bis das Harz zum letzten Teil des Formhohlraumes eingedrungen ist, abgekühlt und verfestigt ist Zusätzlich kann ein Aushärtedruck, innerhalb des maximal zulässigen Druckbereiches in der Gipsgußform, berechnet werden. Es wird eine Steuerung eingesetzt, um hydraulische Einrichtungen der Spritzgießvorrichtung derart zu steuern, daß dieser Härtedruck bis zum Versiegeln der Einspritzöffnung aufrechterhalten wird.

Die Erfindung betrifft also insgesamt eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen unter Verwendung einer Gips-Gußform, bei welchem die Schritte: Messen des Harzinjektionsdruckes in die Gußform durch Druckmeßeinrichtungen, Rechner-Steuerung der Injektionsbedingungen einer Spritzgießmaschine entsprechend einem vorher eingegebenen, optimalen Verhältnis zwischen Einspritzkanaldurchmesser und Entlüftungskanaldurchmesser, durchgeführt werden. Durch diese Kombination können Formteile als Spritzgußerzeugnisse hergestellt werden, welche keine Defekte aufgrund ungenügender Ausfüllung der Form, keine Gußgratbildung, Fließlinien, Markierungen, Luftblasen, Eintrübungen, Kältefehler, Spannungen, Fehler durch Werfen, Hohlräume, Formungenauigkeit, Standardfehler und ähnliches aufweisen. Die einstellbaren Bedingungen für den Spritzguß sind dabei die Zylinderaufheiztemperatur zum Plastizieren des Kunststoffmaterials, die Umdrehungsgeschwindigkeit beispielsweise einer Schnecke, die die Materialmenge im Einspritzzylinder zur Injektion in die Gußform aufweist, Injektionsrückdruck, injektionsdruck beim Befüllen und Einpressen in die Gußform, Injektionsgeschwindigkeit, Injektionszeit, Abkühltemperatur für die Absorption der thermischen Energie und Kühlzeit.

Diese Konditionen sind kritisch und für die Herstellung von Formteilen als Spritzgußartikeln unerläßlich. Bei zu hoher Zylindertemperatur gehen die plastischen Eigenschaften des Materials durch Materialzerstörung verloren. Bei zu langsamen Einspritzgeschwindigkeiten verbleibt das Material zu lange außerhalb der Spritzgußform. Falls die Einspritzenergie zu hoch ist, kann Material aus der Trennlinie der Gußforinteile aufgrund des ausgeübten Druckes heraussickern. Wenn die Injektionsenergie zu niedrig ist verliert sich der dem Kunststoffmaterial eigentümliche Glanz, und es treten manchmal Kältemarkierungen auf. Falls die Abkühlzeit zu kurz ist, kann das gegossene Produkt ungenau werden oder sich defomieren. Die Gießbedingungen beeinflussen sich gegenseitig; ein zufriedenstellend spritzgegossenes Produkt kann somit nur hergestellt werden, wenn bekannt ist, wie sich die Eigenschaften des plastischen Materials unter vorgegebenen Bedingungen über den gesamten Prozeß verändern, außerdem muß bekannt sein, was in der Spritzgußform vorgeht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es nun möglich, mit gleichbleibender Qualität Spritzgußerzeugnisse als Formteile extrem guter Genauigkeit auch bei Verwendung von Gipsformen herzustellen.

Ausführungsbeispiele einer Spritzgießvorrichtung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spritzgießvor-

richtung zum Herstellen eines Formteiles mit gleichmäßiger Dicke;

Fig.2 einen Längsschnitt durch die Spritegießvorrichtung zum Spritzgießen eines mit einem Formteiles dickeren Abschnitt A und einem dünneren Abschnitt B;

F i g. 3 bis 5 perspektivische Ansichten tpritzgegossener Formteile;

F i g. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung zum Spritzgießen Üental-prothetischer Gegenstände mit dünnen palatalen Oberflächen;

F i g. 7 eine charakteristische Darstellung der Abhängigkeit des Innendruckes in der Spritegießvorrichtung von der Zeit nach dem Stand der Technik;

F i g. 8 eine charakteristische Kurve des Aushärtdrukkes in einer steuerbaren Spritzgießvorrichtung;

F i £. 9 eine ideale Kurve des Innendruckes in der bevorzugten Spritzgießvorrichtung; und

Fig. 10 eine charakteristische Kurve des Spritzgießforminnendruckes einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung.

F i g. 1 zeigt eine Spritzgießvorrichtung, wobei ein zu formendes Kunststoff-Formteil (a) in einem Formhohlraum 1 eine angenähert konstante Dicke aufweist

Eine Wachsform 6 ist in an sich bekannter Weise zwischen einem unteren 2 und einem oberen Formkasten 3 untergebracht, wobei ein Angußkanal 4 und ein Entlüftungskanal 5 vorgesehen sind, die sich in einander entgegengesetzten Richtungen der Kontaktoberfläche zwischen unterem und oberem Formkasten 2,3 erstrekken.

Gips wird in die hermetisch abgedichtete Spritzgießvorrichtung injiziert und Luftblasen durch Vakuum-Entschäumen entfernt. Nach Aushärten des Gipses wird aus diesem das Wachs durch Ausheizen unter Herstellung einer Gipsform 7 entfernt. In der Nähe der Angußöffnung 8, die zu e^;nem Angußkanal 4 führt, befindet sich ein Fühler einer internen Druckmeß- und Steuereinrichtung (nicht gezeigt) für den Innendruck. Eine Düse einer (angedeutet dargestellten) Einspritzvorrichtung, die mit sehr hoher Geschwindigkeit Material einspritzt (maximale Einspritzgeschwindigkeit 0,1 Sek.) wird an die Angußöffnung 8 für Druckinjektion harten Harzes in die Gipsform mit einer Injektionsgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 Sek. und einem Injektionsdruck von 30,6 bis 1224 ba^r angesetzt. Gleichzeitig wird die in der Gipsform 7 befindliche Luft komprimiert, wodurch ein sofortiges Ansteigen des Innendruckes erfolgt und der Widerstand in der Gipsform 7 erhöht wird. Dieser Druck wird leicht durch den Entlüftungskanal 5 abgebaut, wodurch ein abruptes Ansteigen des Innendruckes vermieden wird. Nach vollständigem Abbau des Drucks wird die Entlüftungsöffnung 5 hermetisch abgedichtet. Die optimalen numerischen Werte, bei denen ein optimales Ergebnis erzielt wird, werden in einem Rechner gespeichert, wobei auch die Dicke des gegossenen Formteils und andere Bedingungen im Bereich des Durchmessers oder der Länge des Enltüftungskanals 5, beispielsweise von 0,1 bis 5 mm und der Druckmesser oder die l-änge des Angußkanals 4, beispielsweise von 0,5 bis 20 Aim berücksichtigt werden. Es wird nun angenommen, <iaß ein abruptes Ansteigen des Gußforminnendrucks durch die Entlüftung über die Entlüftungsöffnung 5 vermieden werden kann, wobei letztere im nächsten Augenblick durch ausgehärtetes Harz abgedichtet wird, wobei das Schwinden beim Aushärten des injizierten Harzes nach vervollständigter Injektion stattfindet.

Aus diesem Grunde muß sofort über eine Haltezeit, die beispielsweise 0,05 bis 60 Sek. beträgt, ein Haltedruck angewendet werden, um das Schwinden zu kompensieren. In diesem Zeitraum muß der Entlüftungskanal 5 vollständig abgedichtet sein.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform, bei welcher ein Formteil mit gleichmmäßiger Dicke hergestellt wird, trifft das Spritzgießen auf keine oesonderen Schwierigkeiten. Nichts destoweniger wird in dem Fall, wenn das Formteil eine größere Dicke hat, das Schwinden des Materials bzw. Harzes beim Abkühlen umso größer, je höher die Temperatur ist, auf die das Harz aufgeheizt wurde. AJs Gegenmaßnahme zu dem Schwinden ist der Fühler 9 für das Messen des Innendruckes und zur Steuerung am Angußkanal 4 vorgesehen (wobei der Zerstörungsdruck der Gipsgußform im Computer im voraus gespeichert wird), so daß eine geeignete Menge Harz in die Spritzgießform zur Kompensation des Kunstharzschrumpfens entsprechend der Abnahme des Innendruckes zugeführt werden kann. Dann, wenn der Angußkanal 4 völlig durch ausgehärtetes Harz verschlossen ist, bevor das injizierte Harz vollständig erhärtet ist, kann die Steuerfunktion des Fühlers 9 nicht ausgeübt werden. Demzufolge muß das optimale Verhältnis zwischen Durchmesser und Länge des Angußkanals 4 und Dicke des gegossenen Formteiles in einem Rechner gespeichert werden, so daß die optimalen Verhältnisse vom Rechner zu Verhinderung eines Verschließens des Angußkanals durch Verfestigung bestimmt werden können.

In F i g. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung dargestellt, wobei ein Spritzgußerzeugnis als Formteil mit ungleichmäßiger Dicke hergestellt wird, welches einen dickeren Abschnitt A und einen dünneren Abschnitt B aufweist, die gleichzeitig spritzgegossen werden müssen. In diesem Fall genügt es nicht, nur das Schwinden beim Spritzgießen zu berücksichtigen, das Aushärten des Harzes sollte nicht vor vollständiger Injektion des Harzes in den Formhohlraum auftreten. Daher ist in diesem Falle, verglichen mit der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform, eine erhöhte Injektionsgeschwindigkeit notwendig. Zunächst wird die Luft im dickeren Abschnitt A komprimiert und im dünneren Abschnitt B gehalten, der Luftdruck wächst und verlangsamt den Harzfluß während des Spritzgießens unter Abkühlung des injizierten Harzes, wodurch ein kleinerer Injektionseffekt auftritt und die physikalischen Eigenschaften des gegossenen Produktes verschlechtert werden. Eine Erhöhung von Injektionsdruck und demzufolge Injektionsgeschwindigkeit kann den Gießformwiderstand überwinden. Dabei besteht aber das Risiko der Formzerstörung. Der Entlüftungskanal 5 ist wesentlich, um einen derartigen Druckanstieg in der Form zu verhindern. Zusätzlich sollte der Entlüftungskanal 5 eine derartige Länge und Durchmesser aufweisen, so daß er durch das injizierte Harz selbst nach Realisation des obenbeschriebenen Effektes abgesichert wird.
Die Durchmesser von Angußkanal 4 und Entlüftungskanal 5 werden entsprechend den Ausmaßen der zu gießenden Formteile verändert, um den Druck zu kompensieren und durch Zufuhr von Harz das Schwinden auszugleichen. Zu diesem Zweck wird eine Korrelation zwischen Angußkanal 4 und Entlüftungskanal 5 benötigt, dies ermöglicht, daß das Harz beim Aushärten den Entlüftungskanal 5 abdichtet und derart einem sekundären Druckabbau entgegenwirkt.
Die physikalischen Eigenschaften und und Dirnen-

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sionsgenauigkeiten können mit einem Formteil erreicht Angußkanal 4 mit einem Durchmesser von 0,5 mm und

werden welches sowohl dicke als auch dünne Ab- einer Länge von 20 mm beim Harzspritzguß und bei

schnitte hat, wenn diese numerischen Werte, entspre- Einsatz einer Gipsform 7 injiziert und über eine Druck-

chend einer bereits im voraus in einer Steuereinrichtung haltezeit von 0,05 bis 60 Sekunden bei Anwendung von

abgespeicherten Korrelation für optimale Spritzgießbe- 5 Injektionsgußbedingungen von 0,01 bis 10 Sekunden 1 n-

dingungen für das spezielle Spritzgießen mitgeteilt wer- jektionsgeschwindigkeit und 30,6 bis 1224 bar Injek-

den tionsdruck gehalten.

Beim Spritzgießen von Industrieprodukten und Zahn- Der Formhohlraumdruck wird durch den Entlüf-

prothesen in geringen Stückzahlen mittels einer Gips- tungskanal 5 mit einem Durchmesser von 0,1 mm und

Form gesichert durch Formkästen, wird der Innendruck 10 einer Länge von 5 mm abgebaut. Nachdem der Form-

im Formhohlraum durch den Fühler 9 gemessen und hohlraum 1 mit Harz gefüllt worden ist, wird der Entlüf-

eingestellt, um physikalische Eigenschaften und Dirnen- tungskanal 5 durch abgekühltes Harz abgedichtet und

sionsgenauigkeit des Spritzgußproduktes sicherzustel- weiterhin Harz zugeführt, um das Schwinden des einge-

len. Der Fühler 9 ist direkt mit dem Angußkanal 4 ver- spritzten Harzes zu kompensieren. Nach dem Auffüllen

bunden Dadurch kann beispielsweise ein Formteil mit 15 wird der Angußkanal 4 abgedichtet und das Harz ausge-

einem dünnen Abschnitt B, dessen Dicke 0,5 mm beträgt härtet Der Fühler 9 der Steuereinrichtung ist direkt mit

und mit einem dicken Abschnitt, mit einer Dicke von dem Angußkanal 4 verbunden und mißt den Innendruck,

20 mm, hergestellt werden, welche nach dem Stand der um die Verfahrensschrittsequenz zu steuern. Durch

Technik einzeln gegossen werden mußte und anschlie- Steuerung des Innendrucks der Gipsgußform kann so-

ßend an dem Spritzguß miteinander verbunden werden 20 mit ein optimales Größenverhältnis zwischen Angußka-

mußten, einstückig in einem Arbeitsgang spritzgegos- nal 4 und Entlüftungskanal 5 eingestellt werden, um Di-

sen werden, wobei das Spritzgießen bei extrem hoher mensionsgenauigkeit und die weiteren wünschenswer-

Geschwindigkeit und ohne Zerstörung der Gipsform ten Eigenschaften beim Spritzgußprodukt als Formteil

erfolgt; wobei das Produkt in F i g. 4 dargestellt ist zu erhalten.

Der Formhohlrauminnendruck der Spritzgießvor- 25 Bei Herstellung der Gipsgußform wird das Anmirichtung wird in folgender Weise gesteuert. Ein Druck- sehen des Gipses mit Wasser und das Rühren der derart wandler oder ein Fühler 9 zum Messen des Harzdruckes hergestellten Mischung wie bekannt durchgeführt, wird in der Nähe eines Angußkanals 4 einer Spritzgieß- Während des Einbettens wird der Gips in vacuo emgeform oder einer Formhohlraumöffnung benachbart dem spritzt und gleichzeitig vor der Erhärtungsreaktion un-Angußkanal 4, wie bereits beschrieben, angeordnet Der 30 ter Vibration gesetzt wodurch eine glatte innere Ober-Harzdruck wird mit Hilfe eines Oszillographen oder fläche des Gipsabdrucks zur verbesserten Genauigkeit eines anderen Aufzeichnungsgerätes (nicht gezeigt) von des gegossenen Produktes erzielt wird,
der Zeit an gemessen, wenn das geschmolzene Harz von F i g. 6 zeigt einen Querschnitt einer Spritzgießform, der Düse der Spritzeinrichtungen in die Spritzgießform die bei der Herstellung einer Zahnprothese eingesetzt injiziert wird, bis das Harz vollständig den Formhohl- 35 wird. Bei dieser Figur ist die Dicke des der oberen palaraum 1 erfüllt und durch Abkühlen verfestigt ist Da- talen Oberfläche 12 entsprechenden Abschnittes des durch wird der erwünschte Aushärtdruck c herausge- Spritzgußproduktes weniger als 0,5 mm. Aufgrund der funden, wobei dieser sich in einem Toleranzbereich menschlichen Physiologie tritt gegenüber Fremdteilen, nicht genügenden Befüllens und Überfüllens, wie in die in den Mundraum geraten, als physiologische Wir-Fig. 9 angedeutet befindet Die hydraulische Einspritz- 40 kung ein Ausstoßen derselben auf, um den Körper vorrichtung wird bis zum Abdichten des Angußkanals 4 durch Abstoßen der Fremdsubstanz zu verteigen. Demgesteuert, so daß der Druck in dem Formhohlraum 1 entsprechend muß dieser Abschnitt sehr dünn sein. In mittels einer Steuerung im Bereich des Aushärtdruckes diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß die gehalten werden kann. nach üblichen Verfahren hergestellten künstlichen Zäh-

Bemerkenswerterweise kann bei obiger Ausfüh- 45 ne häufig an dem dünnen Abschnitt brachen, da letzte-

rungsform ein variabler hydraulischer Druckgeber an rer dem Kaudruck nicht standhielt weshalb bisher

der Einspritzvorrichtung befestigt sein, um eine zur künstliche Zähne mit einem dünnen Abschnitt, aber hin-

Rückleitung des Harzdrucks in die Spritzgießform ge- reichender Widerstandsfähigkeit nicht realisiert wer-

schlossene Schleife zu bilden, so daß der Innendruck im den konnten. Kürzlich ist nun ein Kunstharz mit in die-

Formhohlraum 1 für jede Injektion mittels dieser Steue- 50 sem Bereich zufriedenstellenden Eigenschaften entwik-

rune steuerbar ist beispielsweise ein Servoventil oder kelt worden. Ein derartiges Kunstharz muß auf 280° C

ein proportionales Magnetventil, wobei diese Steuerung bis 400⁰C oder höher erhitzt werden und zeigt beim

stattfindet bis der Einspritzkanal 4 derart abgedichtet Spritzgießen schlechte Fließeigenschaften. Um bei ei-

ist daß der Innendruck im Formhohlraum 1 sich inner- nem derartigen Harz diese Nachteile zu kompensieren,

halb des in Fig.9 angedeuteten Aushärtdrucks befin- 55 wird das Injizieren in einer Injektionszeit von etwa

det Alternativ dazu kann die hydraulische Druckgeber- 0,1 Sekunden durchgeführt, da sonst die erwünschten

einrichtung zur Herstellung variablen Drucks in oben- physikalischen Eigenschaften und Dimensionsgenauig-

genannter Ausführungsform auf die Einspritzvorrich- keit nicht erreicht werden können. Das mit konventio-

tung der Spritzgießvorrichtung eingesetzt werden, und, nellen Verfahren/Vorrichtungen hergestellte Formteil

wie in F i g. 10 gezeigt, eine Programmsteuerung für die 60 ist wasserabsorbierend und demzufolge flexibel, so daß

Injektionsgeschwindigkeit entsprechend der jeweiligen die Genauigkeit nicht gut ist Es war bei dem konventio-

Gußkonfiguration, bis zum Erreichen des Härtedrucks nellen Spritzgießen nicht möglich, künstliche Zähne mit

in jedem Abschnitt durchgeführt werden, und der Aus- physiologisch ideal dünnen Abschnitten von weniger als

härtdruck solange aufrechterhalten werden, bis der Ent- 5 mm, wie in F i g. 6 gezeigt, herzustellen, wobei die be-

Iüftungskanal 5 abgedichtet ist, wobei das Programm 65 kannten Harze, wie Polycarbonate Polyallyat- oder Po-

mit Erreichen des Aushärtedruckes P_s abgeschlossen lysulfonharze in eine Gipsgußform injiziert wurden, und

rd. zwar weder vom Qualitäts- als auch vom human-physio-

Dabei wird das Harz mit hoher Geschwindigkeit vom logischen Standpunkt aus. Die beschriebene Spritzgieß-

vorrichtung ermöglicht die Herstellung von idealen
Dentalprothesen mit sehr hohen Injektionsgeschwindigkeiten. Dadurch können gleichmäßige Materialqualitäten hinsichtlich der Form und Genauigkeit des gegossenen Formteiles erzielt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Spritzgießvorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen im Formhohlraum einer Spritzgießform, mit einer Druckmeßeinrichtung zum Messen des Druckes der Kunststoffmasse in der Spritzgießform, mit einem im in den Formhohlraum einmündenden Angußkanal angeordneten Ventil zur rechnergesteuerten Veränderung des Durchtrittsquerschnittes des Angußkanals und mit einem Rechner, in den das Signal der Druckmeßeinrichtung einführbar ist und in den ein vorherbestimmtes Muster von Spritzgießparametern zum Einstellen des Ventils im Angußkanal und/oder zum Steuern der Ein-Spritzgeschwindigkeit und des Einspritzdruckes mittels der Einspritzvorrichtung einspeicherbar ist, d a duich gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Gips-Gußform als Spritzgießform ein an den Formhohlraum (1) anschließender Entlüftungskanal (5) vorgesehen ist, der in seinem Querschnitt rechnergesteuert veränderbar ist