DE3027698C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung für Kautschuk, kautschukartige Substanzen, Kunstharze mit Vernetzungsreaktionen und dergleichen Rohmaterialien mit einer Temperatursteuerung, die das Rohmaterial auf einer unterhalb der Anvulkanisier- bzw. Vernetzungs­ temperatur liegenden Temperatur hält, mit einer Spritz­ einrichtung mit einem beheizten Strömungsweg, der die Düse und eine Vulkanisierform miteinander verbindet und in dem das Rohmaterial auf die Vulkanisationstempera­ tur erwärmt wird.

Eine derartige Spritzgießvorrichtung beschreibt die DE-PS 9 05 063. In einer ersten Ausführungsform dieser bekannten Spritzgießvorrichtung ist der beheizte Strömungsweg durch einen Block ausgebildet, in dem quer zur Strömungsrichtung verlaufende Heizkanäle zum Beheizen des Strömungsweges angelegt sind. Bei einer zweiten, grundsätzlich ähnlich aufgebauten Ausführungs­ form dieser bekannten Spritzgießvorrichtung ist der Vorwärmkopf quer zur Strömungsrichtung geteilt und es sind zwischen die beiden dadurch entstehenden Hälften Isolationskörper eingesetzt.

Nachteilig bei diesen bekannten Ausführungsformen der be­ kannten Spritzgießvorrichtung ist es insbesonders, daß der beheizte Strömungsweg eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität hat bzw. Temperaturänderungen nur verhält­ nismäßig langsam folgen können. Dies kann aber beim Betrieb einer derartigen Spritzgießvorrichtung zu Ausschußware führen, die dadurch bedingt ist, daß die für einwandfreie Spritzgießstücke kritische Vulkanisations­ temperatur vor allem bei verhältnismäßig kurzen Zykluszeiten nicht genau eingehalten wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen vorzuschlagen, bei der die Temperatur des beheizten Strömungsweges sehr schnell und genau auf die jeweils gewünschte Temperatur eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Es ist der Lösung der Erfindungsaufgabe förderlich, wenn das Volumen des beheizten Strömungsweges kleiner als 10% des Volumens einer Injektionsmenge ist. Dieses verhältnismäßig kleine Volumen kann sehr schnell durch die Heizeinrichtung beheizt werden, was sich ebenfalls günstig auf die Gleichförmigkeit der damit hergestellten Produkte auswirkt.

Weiterhin wird es bevorzugt, wenn die Heizeinrichtung nur bei strömendem Rohmaterial eingeschaltet ist. Bei einem intermittierenden Betrieb der Spritzgießvorrichtung ver­ meidet man somit Temperaturspitzen, die ansonsten bei stehendem Rohmaterial auftreten würden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1- eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Spritzgießvorrichtung mit einer intermittierend arbeitenden Heizein­ richtung;

Fig. 2- in vergrößertem Maßstab die Heizeinrichtung von Fig. 1;

Fig. 3- eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der intermittie­ rend arbeitenden Heizeinrichtung;

Fig. 4- schematisiert eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, wobei zusätzlich als Blockdiagramm die elektrische Steuerung und Stromversorgung gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile der Vorrich­ tung, nämlich eine Spritzgießvorrichtung 20 mit einer inter­ mittierend arbeitenden Heizeinrichtung 22.

Ein Plastifizierzylinder 24 enthält eine auf Drehung ange­ triebene Schnecke 26, mit der Rohmaterial 28 geknetet und transportiert wird. Das Rohmaterial wird dem Plastifizier­ zylinder durch einen Einfülltrichter 30 zugeführt. Ein Strömungsweg 32 für ein Heizmedium ist in der Zylinderwand 34 des Zylinders 24 ausgebildet. Ein Heizmedium mit einer vorbestimmten Temperatur strömt durch den Strömungsweg 32 und steuert dadurch die Temperatur des Rohmaterials 28 im Plastifizierzylinder 24. Ein Ende 36 der Schnecke 26 ist mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Kolben verbunden, der hydraulisch betätigt wird, so daß die Schnecke 26 sich im Plastifizierzylinder 24 vor und zurück bewegen kann.

Das Rohmaterial ist anfänglich in einer Kammer 38 am vorderen Ende der Schnecke 26 gespeichert. Entsprechend der gesteuerten Bewegung des Kolbens wird die für einen Spritzgießvorgang benötigte Menge des Rohmaterials aus der Kammer 38 durch eine Düse 40 in einen Formhohlraum 48 injiziert.

Eine Spritzgießform 42 besteht aus einem beweglichen Teil 44 und einem festen Teil 46. Der Formhohlraum 48 ist zwischen diesen beiden Teilen ausgebildet. Die Teile 44 und 46 sind während des Spritzgießvorganges miteinander verklammert. Strömungswege 50 und 52 für ein Heizmedium sind durch die Form 42 gebohrt. Das Heiz­ medium wird mit einer vorbestimmten Temperatur zwangsweise durch die Strömungswege 50 und 52 geleitet, um die Form 42 zum Vulkanisieren auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.

Es ist eine intermittierend arbeitende Heizeinrichtung 54 vorgesehen, die einen beheizten Strömungsweg 56 ausbildet, der die Düse 40 und die Form 42 miteinander verbindet. Fig. 2 zeigt vergrößert, daß der Strömungsweg 56 aus einem einzigen oder mehreren Rohren aus beliebigem Material, beispielsweise aus nicht rostendem Stahl oder Kohlenstoffstahl besteht, das praktisch dieselben Eigenschaften wie eine elektrische Widerstandsheizung hat.

Der Strömungsweg 56 hat außerdem eine Buchse 58 an einem Ende und ein Verbindungsstück 60 am anderen Ende.

Das aus der Düse 40 ausgedrückte Rohmaterial strömt durch den Strömungsweg 56 zum Formhohlraum 48. Elektroden 62 und 64 sind so angeordnet, daß beide Enden des Strömungsweges 56 elektrisch miteinander verbunden sind. Elektrischer Strom wird über eine einstellbare Spannungsquelle, die in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt ist, den Elektroden 62 und 64 zugeleitet. Der Strom wird intermittierend eingeschaltet. Hierdurch wird Joul'­ sche Wärme dann erzeugt, wenn das Rohmaterial im Strömungsweg 56 fließt, um die Temperatur des Rohmaterials zu erhöhen, kurz bevor dieses den Formhohlraum 48 erreicht.

Zur Ausbildung des Strömungswegs 56 können mehrere Rohre mit kleineren Radien in einem größeren Rohr angeordnet sein. Der Strömungsweg wird dann zwischen den kleinen Rohren und innerhalb des größeren Rohres ausgebildet.

Die Wärmekapazität der intermittierenden Heizeinrichtung 54 soll klein sein, um eine schnelle Erwärmung zu erzielen. Der Wärmeübergang der Heizeinrichtung 54 zum Rohmaterial soll groß sein, um schnell die Temperatur des Rohmaterials zu erhöhen. Es wird daher ein Strömungsweg 56 aus mehreren dünnwandigen Rohren bevorzugt.

Das aus der Düse 40 ausströmende Rohmaterial wird in der Heizeinrichtung 54 so stark erwärmt, daß das Material nach Erreichen des Formhohlraumes schnell vulkanisiert. Elektrische Spannung wird an die Heizeinrichtung 54 nur dann angelegt, wenn das Rohmaterial strömt.

Üblicherweise wird die Heizeinrichtung 54 mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke betrieben, beispielsweise mit einer Spannung von weniger als 10 Volt und einer Stromstärke zwischen 300 und 3000 Ampere. Der in der Heiz­ einrichtung fließende elektrische Strom reicht aus, diese sehr stark zu erwärmen, wenn sich kein Rohmaterial in ihr befindet. Strömt aber Rohmaterial durch die Heizein­ richtung, so wird die erzeugte Wärme abgeführt und die Temperatur der Heizeinrichtung bleibt konstant, so daß die Temperatur des Rohmaterials die vorbestimmte Vulkanisiertemperatur annimmt und nicht zu hoch wird.

Falls notwendig, kann ein nicht benötigter Teil des er­ wärmten Rohmaterials abgeführt werden.

Um zu erreichen, daß die Menge des erwärmten Rohmaterials klein ist und um zu erreichen, daß die Temperatur des erwärmten Rohmaterials gleichmäßig ist, soll das Volumen des Strömungsweges 56 kleiner sein als eine Injektions­ menge und vorzugsweise kleiner sein als 10% der Injektions­ menge.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Heiz­ einrichtung 54 aus nahtlosen Rohren aus rostfreiem Stahl. Der Innendurchmesser dieser Rohre liegt bei 1,5 mm und der Außendurchmesser bei 2,0 mm. Das Rohmaterial wird mit einem Druck von 2500 bar injiziert. Hierbei wird das gesamte Rohmaterial ohne Anvulkanisieren in den Formhohlraum eingespritzt und haftet auch nicht an der Innenfläche der Rohre an. Alles Material wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor es in den Formhohlraum eingespritzt wird. Bei dieser Aus­ führungsform ergeben sich sehr gute Resultate.

Die Heizeinrichtung besteht lediglich aus dünnwandigen Rohren. Dadurch wird die Wärmekapazität der Heizeinrichtung sehr klein. Eine kleine Wärmekapazität ermöglicht es, die Temperatur der Heizeinrichtung schnell und genau entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf zu ändern, der wiederum von dem durch die Heizeinrichtung strömenden Material abhängt. Wird die Heizeinrich­ tung ausgeschaltet, sobald kein Material mehr durch die Heizeinrichtung strömt, so kühlt die Heizein­ richtung sehr schnell ab.

Dieses schnelle und sehr genaue Ansprechen der Heizein­ richtung ist wichtig, um die Temperatur des Rohmaterials beim Durch­ strömen der Heizeinrichtung anzuheben und um das nachfolgende Rohmaterial, das für den nächsten Artikel benötigt wird, während der Auswerfphase thermisch nicht zu beeinflussen.

Ist der Formhohlraum mit erwärmtem Rohmaterial gefüllt, so strömt kein Rohmaterial mehr durch die Heizeinrichtung. Damit das Rohmaterial in der Heizeinrichtung nicht an­ vulkanisiert, wird die Heizeinrichtung kurz bevor das Rohmaterial aufhört zu strömen beispielsweise eine Sekunde vorher abge­ stellt.

Nicht anvulkanisiertes Rohmaterial in der Heizeinrichtung wird für das nächste Spritzgießstück verwendet. Beim nachfolgenden Injizieren wird die Heizeinrichtung, kurz bevor das neue Material wieder strömt, einge­ schaltet, um das in der Heizeinrichtung verbliebene Material auf die vorbestimmte Temperatur zu bringen. Diese Zeit beträgt beispielsweise eine Sekunde.

Es wird daher alles Rohmaterial verwendet.

Falls das Rohr für den Injektionsdruck nicht stark genug ist, kann es mit einem äußeren Isolator, der das Rohr abdeckt, verstärkt werden.

Falls durch irgendeine Fehlbetätigung Material im Rohr anvulkanisiert worden ist, kann dieses vom Injektionsdruck ausgeworfen werden. Es können auch Stangen mit einem Durchmesser, der mit dem Innendurch­ messer der Rohre übereinstimmt, verwendet werden, um an­ vulkanisiertes oder anhaftendes Rohmaterial aus den Rohren auszustoßen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung. Die intermittierende Heizeinrichtung 22 ist dort in ein oberes Teil 66 und ein unteres Teil 68 unterteilt. Wenn beide Teile miteinander verklammert sind, wird der Strömungsweg zwischen beiden Teilen ohne Lecks ausgebildet. Sind beide Teile voneinander getrennt, so wird die Innenfläche des Strömungsweges 56 der Luft ausgesetzt. Der obere Teil 66 ist mit dem beweglichen Teil 44 der Form 42 mittels einer Spindel 70 verbunden, um zusammen mit der Form geöffnet und geschlossen werden zu können. Die Buchse 58 ist an einem Ende des Strömungs­ weges 56 vorgesehen und ein Verbindungsstück 60 am anderen Ende. Die Düse 40, die Buchse 58, das Verbindungs­ stück 60 und der Einlaß des Formhohlraumes 48 können somit dicht miteinander verbunden werden und bilden dann einen Strömungsweg für das Rohmaterial aus. Die Düse 40 und die Buchse 58 sowie das Verbindungsstück 60 und der Einlaß des Formhohlraumes können abgebaut werden, wenn die Form 42 offen ist.

Elektrische Widerstands-Heizelemente 72 sind um den Strömungs­ weg 56 angeordnet. Die Heizelemente sind mit Isolier­ material 76 und 78 abgedeckt. Die Heizelemente 72 müssen dünn sein, beispielsweise 0,1 mm, so daß auch sie eine kleine Wärmekapazität haben. Elektroden 62 a, 62 b, 64 a und 64 b sind mit beiden Enden beider Heizelemente 72 verbunden. Diese Elektroden gehen durch den oberen Teil 66 bzw. den unteren Teil 68 und sind mit diesen Teilen verbunden. Sie sind voneinander isoliert. Von außen kann daher Spannung an die Heizeinrichtung angelegt werden.

Dies erfolgt wiederum intermittierend entsprechend dem Strom des Rohmaterials. Das heißt, Spannung wird nur dann angelegt, wenn das Rohmaterial im Strömungsweg 56 strömt.

Der Spalt zwischen den beiden Heizelementen 72 bildet den Strömungsweg 56 aus. Um das Rohmaterial wirksam zu erwärmen, muß der Spalt klein sein, beispielsweise 1 mm. Das Spaltvolumen soll kleiner sein als eine Injektionsmenge und vorzugsweise kleiner als 10% einer solchen Injektionsmenge.

Strömungswege 80 und 82 für das Heizmedium sind im oberen Teil 66 bzw. im unteren Teil 68 der Heizeinrichtung 22 angelegt. Die Temperatur des Heizmediums an einem Ende der Heizeinrichtung 22 entspricht praktisch der Temperatur des Rohmaterials an der Düse 40. Sie beträgt beispiels­ weise 90°. Die Temperatur des Heizmediums am anderen Ende der Heizeinrichtung 22 entspricht praktisch der Temperatur der Form 42 und 44. Sie beträgt beispielsweise 180°. Dadurch erhält die Heizeinrichtung 22 in Strömungsrichtung des Rohmaterials einen Temperaturgradienten.

Die Isoliermaterialien 76 und 78 bestehen aus einer wärme­ beständigen, elektrisch isolierenden Beschichtung, bei­ spielsweise aus Polyamid-Imid, Alkyd-Polyester, Silikon usw., vorzugsweise als Lack oder Harz aufgetragen. Auch kann Keramik, Emaille oder Glas dafür vorgesehen sein. Es können hierzu auch geformte Silikon­ mischungen verwendet werden.

Die elektrischen Widerstands-Heizelemente 72 sind dünne Platten aus einer Nickel-Chrom-Legierung, einer Eisen- Chrom-Aluminium-Legierung oder aus anderen elektrischen Widerstandslegierungen. Legierungen, die üblicherweise nicht als elektrische Widerstandslegierungen verwendet werden, beispielsweise rostfreier Stahl, können für die Heizelemente 72 auch eingesetzt werden.

Die Heizelemente 72 brauchen keine dünnen Platten zu sein. Es können auch Drähte oder Rohre hierfür verwendet werden, vorausgesetzt, daß sich die Heizelemente im Strömungsweg 56 befinden und direkten Kontakt mit dem strömenden Roh­ material haben.

Die Oberflächen der elektrischen Heizelemente 72 sind mit Fluorharz, Silikonharz, Polyamid oder Keramik beschichtet. In diesem Fall wird die Wärme von den Heizelementen 72 durch diese dünne Beschichtung an das strömende Rohmaterial übertragen.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerung und der Heizung für diese Vorrichtung.

Grenzschalter 92 und 94 sind verschiebbar an Stangen 96 bzw. 98 befestigt. Ein an der Schnecke 26 angebrachter Bund 100 betätigt die Grenzschalter, wenn die Schnecke hin und her bewegt wird.

Der Grenzschalter 92 ist an seiner Stange 96 so angeordnet, daß er betätigt wird, wenn die Schnecke 26 das linke Ende ihres Verschiebungsweges erreicht. Der Grenzschalter 94 ist so angeordnet, daß er betätigt wird, kurz bevor die Schnecke 26 das linke Ende ihres Verschiebungsweges erreicht. Der Grenzschalter 94 wird also beispielsweise etwa 2 mm vor Erreichen des linken Endes betätigt.

Um die Vorrichtung zu betätigen, wird ein Schnappschalter 102 eingeschaltet. Elektrischer Strom fließt dann durch den Grenzschalter 92 zu einem Zeitrelais 104. Das Zeitrelais 104 hat eine Verzögerungszeit von beispielsweise 0,5 Sekunden und leitet den Impuls um diese Zeit verzögert einer Schneckenvorschubeinrichtung 106 zu. Die Schnecke 26 wird also um die entsprechende Zeit verzögert bewegt, wenn der Schnappschalter 102 eingeschaltet ist.

Elektrischer Strom fließt durch den Grenzschalter 94 zur Spule eines Magnetschalters 108 und schließt diesen. Ist der Magnetschalter 108 geschlossen, so fließt der Strom von einer Spannungsquelle 110 durch einen Haupt­ schalter 112 zu einem Schiebetransformator 114. Dieser transformiert den Strom zur Eingangsseite eines zweiten Transformators 116, der den Strom auf einen vorbestimmten Spannungswert herabtransformiert, beispielsweise auf eine Spannung von weniger als 10 Volt.

Der Strom wird dann der Heizeinrichtung 54 zugeführt. Diese erzeugt also Wärme, sobald der Schnapp­ schalter 102 eingeschaltet wird, während das Rohmaterial um 0,5 Sekunden zeitverzögert zu fließen beginnt.

Die Strömung des Rohmaterials hält an, bis eine gesamte Injektionsmenge durch die Heizeinrichtung 54 gedrückt ist. Während dieser Zeit liegt die Heizeinrichtung 54 an Spannung und erwärmt das Rohmaterial in der Heizeinrich­ tung. Das Rohmaterial wird auf die Vulkanisierungs­ temperatur erwärmt, während es durch die Heizeinrichtung hindurchströmt. Es wird dann in den Formhohlraum 48 injiziert, wobei es die Temperatur beibehält.

Wenn die Schnecke 26 kurz vor ihrem linken Ende des Ver­ schiebungsweges ist, beispielsweise 2 mm vor diesem Ende, so wird der Grenzschalter 94 vom Bund 100 betätigt und unterbricht die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung 54.

Nachdem diese somit abgestellt ist, verschiebt sich die Schnecke 26 weiter nach links und drückt den Rest an Rohmaterial in den Formhohlraum 48. Erreicht die Schnecke das linke Ende ihres Verschiebungsweges, so wird der Grenzschalter 92 vom Bund 100 betätigt und beendet die Bewegung der Schneckenvorschubeinrichtung 106.

Es ist möglich, die Menge an ausgedrücktem Rohmaterial dadurch einzustellen, daß die Position des Grenzschalters 92 justiert wird. Auch kann die Menge an Rohmaterial, das injiziert wird, nachdem die Heizeinrichtung 54 abgestellt worden ist, dadurch eingestellt werden, daß die Position des Grenzschalters 94 eingestellt wird.

Die Verzögerungszeit wird entsprechend den Eigenschaften und der Menge an Rohmaterial durch Einstellung des Zeit­ relais 104 eingestellt.

Die zeitliche Abfolge und die Zeitdauer, während derer die Heizeinrichtung 54 beheizt wird, kann also einge­ stellt werden, um die Temperatur des Rohmaterials zu steuern, das in der Heizeinrichtung 54 nach dem Injizieren verbleibt. Die Temperatur des verbleibenden Materials muß ausreichend niedrig sein, damit dieses Material vor dem nächsten Spritzzyklus nicht vulkanisiert. Das verbleibende Rohmaterial muß innerhalb kurzer Zeit auf die Vulkani­ sierungstemperatur erwärmt werden, und zwar bevor der nächstfolgende Spritzzyklus beginnt.

Die Heizeinrichtung kann aber auch dann eingeschaltet sein, wenn das in der Heizeinrichtung 54 verbleibende Rohmaterial vulkanisiert werden soll.

Vulkanisiertes Rohmaterial kann sehr leicht ausgeworfen werden. Zu diesem Zweck muß die Schaltung nach Fig. 4 nur in ihrer zeitlichen Abfolge entsprechend geändert werden.

Ein kleiner elektrischer Strom kann auch zwischen zwei Spritzzyklen fließen, um die Temperatur auf einem vorbestimmten Wert unterhalb der Vulkanisierungs­ temperatur zu halten.

Schließlich kann auch der der Heizeinrichtung 54 bei fließendem Rohmaterial zugeführte Strom abgeändert werden, um die Temperatur des Rohmaterials zu ändern. Es wird dann eine Injektionsmenge an Rohmaterial in den Formhohl­ raum 48 injiziert, wobei diese Menge selbst einen Tempe­ raturgradienten aufweist. Ein auf diese Weise hergestelltes Produkt hat unerschiedliche Materialeigenschaften zwischen der Oberfläche und dem Kern.

Die Vorrichtung ist nicht auf den Spritzguß von Gummi beschränkt, sondern es kann auch bei gummiähnlichen Sub­ stanzen, Thermoplasten mit Vernetzungseigenschaften usw. angewendet werden und auch auf Schaumspritzverfahren.

Die Vulkanisierungszeit im Formhohlraum kann leicht auf beispielsweise 10 Sekunden verkürzt werden. Das Verfahren ist stabil und wiederholbar. Insgesamt kann der Formzyklus gekürzt werden.

Die hiernach hergestellten Produkte sind gleichförmig vul­ kanisiert, und zwar unabhängig von ihrer Dicke und Gestalt.

Claims (3)

1. Spritzgießvorrichtung für Kautschuk, kautschukartige Sub­ stanzen, Kunstharze mit Vernetzungsreaktionen und der­ gleichen Rohmaterialien mit einer Temperatursteuerung, die das Rohmaterial auf einer unterhalb der Anvulkanisier- bzw. Vernetzungs-Temperatur liegenden Temperatur hält, mit einer Spritzeinrichtung mit einem beheizten Strömungsweg, der die Düse und eine Vulkanisierform mit­ einander verbindet und in dem das Rohmaterial auf die Vulkanisationstemperatur erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizte Strömungsweg (56) direkt durch die Heizeinrichtung (54) gebildet wird und eine geringe Wärmekapazität hat.

2. Spritzgießvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des beheizten Strömungsweges (56) kleiner als 10% des Volumens einer Injectionsmenge ist.

3. Spritzgießvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (54) nur bei strömendem Rohmaterial eingeschaltet ist.