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Titel: Kunststoff-Spritzgießvorrichtung mit Spritzgieß-
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maschine und Spritzgießform Beschreibung Die Erfindung betrifft eine
Kunststoff-Spritzgießvorrichtung mit Spritzgießmaschine und Spritzgießform für angußloses
Spritzgießen, bei der in der Spritzgießform ein Angußkanal über eine ständig offene
Einmündung in einen Formhohlraum mündet und eine Verschlußeinrichtung vorgesehen
ist, um wahlweise zu spritzender Masse den Durchtritt unter Druck durch die Einmündung
freizugeben oder die Z'1 spritzende Masse am Durchtritt zu hindern.
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Eine solche Spritzgießvorrichtung ist bekannt (DE-AS 20 60 282).
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Hier wird bisher nach einem Spritzvorgang die zu spritzende Masse
mittels der Spritzgießmaschine von der Einmündung weg zurückgesaugt, so daß während
des Härtens der in den Formhohlraum gespritSen Masse und des Ausstoß-ens des Spritzlings
bzw.
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Formteiles zu spritzende Masse nicht aus der Einmündung austreten
kann. Hierbei wird die zu spritzende Masse in der Spritzgießform und in der Spritzgießmaschine
mittels Heizeinrichtungen im flüssigen Zustand gehalten, so daß ein Erkalten und
Wiederschmelzen der Masse vermieden ist. Erkalten und Wiederschmelzen von Masse
beeinträchtigt die Eigenschaften des Kunststoffes und führt zu Fehlern bei den hergestellten
Formteilen. Bei dem
Rücksaugen der zu spritzenden Masse erfolgt
eine relativ abrupte Umkehr der Strömungsrichtung der flüssigen Masse, wodurch die
Eigenschaften des Kunststoffes ebenfalls negativ beeinflußt werden. Es ist auch
schwierig, durch Zurücksaugen ein ausreichend angußloses Formteil zu erzielen, weil
sich der Erstarrungsprozeß aus dem Formhohlraum leicht doch etwas über die Einmündung
in den Angußkanal fortsetzt, bevor die Masse ab Einmündung zurückgesaugt werden
kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Spritzgießvorrichtung
der eingags genannten Art zu schaffen, mit der praktisch angußlose Formteile unter
verbesserter Schonung der zu spritzenden flüssigen Masse herstellbar sind. Die erfindungsgemäße
Kunststoff-Spritzgießvorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verschluß durch Adhäsion der zu spritzenden Masse im Angußkanal bei abgeschaltetem
Druck gebildet ist.
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Die Erfindung benutzt den Effekt, daß eine Flüssigkeit aus einem offenen
Ende eines Kanales bzw. Rohres nicht austritt, wenn Viskosität der Flüssigkeit,
Gestaltung des Kanals und Druckverhältnisse aufeinander abgestimmt sind. Aufgrund
des Adhäsionsverschlusses ist der Angußkanal bis zur Einmündung ständig offen, d.h.
nie mittels Schieber oder erstarrter Masse versperrt, und wird die zu spritzende
Masse nie rückwärts gesaugt und beschleunigt. Die Erstarrung im Formhohlraum und
die Flüssighaltung der Masse im Angußkanal lassen sich so
aufeinander
abstellen, daß auch letzte Spuren eines Angusses nahezu vermieden sind. Durch die
erhöhte Schonung der zu spritzenden Masse auf dem Weg von der Schmelzkammer bis
zur Einmündung werden verbesserte Formteile hergestellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet thermoplastische Kunststoffe,
die treibmittelfrei sein müssen, da bei geschmolzenen treibmittelhaltigen Kunststoffen
der Adhäsionseffekt nicht zu erzielen ist. Der Kunststoff wird in einer Schmelzkammer
der Spritzgießmaschine erschmolzen und die zu spritzende Masse wird mittels einer
Einrichtung zum Vorpressen von der Schmelzkammer zur Einmündung gefördert, wobei
die Masse unter Druck gesetzt ist. Die Einrichtung zum Vorpressen ist abschaltbar
bzw. stillsetzbar gestaltet, um die erwünschte Drucklosigkeit zu erreichen. Es wird
schon auf Drucklosigkeit geschaltet, wenn die Masse im Angußkanal bis zur Einmündung
noch flüssig, d.h. nicht erstarrt ist. Die zu spritzende Masse legt von der Schmelzkammer
bis zur Einmündung einen Förderweg zurück und es ist eine Heizeinrichtung vorgesehen,
die entlang dem Förderweg verteilte Heizelemente aufweist, wobei die Heizeinrichtung
sich in ihrer Wirkung bis zur Einmündung erstreckt, um die Masse überall und stets
im erwünschten Maß flüssig zu halten. Der Förderweg verläuft horizontal und/oder
vertikal.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Spritzgießform
entlang dem Förderweg der zu spritzenden Masse mit Heizelementen und Meßfühlern
versehen ist und diese an eine
Steuereinrichtung angeschlossen sind.
Durch diese Gestaltung wird eine möglichst konstante Temperatur und Viskosität der
zu spritzenden Masse in der Spritzgießform und insbesondere im Bereich vor der Einmündung
sichergestellt. Dies ist der Funktion des Adhäsionsverschlusses förderlich. Die
Meßfühler bzw. Sensoren ermitteln die å jeweilige Temperatur; der Ist-Wert der Temperatur
wird mit einem Soll-Wert in der Steuereinrichtung verglichen, welche die Heizwirkung
der Heizelemente in der jeweils erforderlichen Weise verstärkt oder vermindert.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn die zu spritzende
Masse im Angußkanal zumindest in dem Bereich vor der Einmündung in einem Temperaturbereich
gehalten ist, der in der Verarbeitungsbandbreite oberhalb der spezifischen Schmelztemperatur
liegt. Verarbeitungsbandbreite und spezifische Schmelztemperatur sind Werte, die
für jede Kunststoffart vorliegen. In der Regel wird die Temperatur der zu spritzenden
Masse so niedrig als möglich gehalten, um den Kunststoff nicht zu schädigen. Die
Konstanz der Temperatur der Masse im Angußkanal ist wichtig, weil sonst keine reproduzierbaren
Verhältnisse für den Adhäsionsverschluß vorliegen.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn auch die
Spritzgießmaschine entlang dem Förderweg der zu spritzenden Masse mit Heizelementen
und Meßfühlern versehen ist und diese an die Steuereinrichtung angeschlossen sind.
Die Temperatur der zu schmelzenden Masse wird von der Schmelzkammer bis
zur
Einmündung durch Regelung konstant gehalten. Temperaturänderungen können den Zusanmenhang
zwischen Temperatur und Viskosität beeinflussen und somit die Funktion des Adhäsionsverschlusses
stören. Insofern ist die die Schmelzflüssigkeit der zu fließenden Masse überwachende
und steuernde Regeleinrichtung wichtig.
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Die Spritzgießform ist z.B. zweiteilig, die beiden Formhälften bilden
den Formhohlraum und die eine Formhälfte wird zum Entnehmen des Formteiles bewegt.
Die Einrichtung zum Vorpressen, die z.B. eine Kolben-Zylinder-Einrichtung ist, weist
einen Antrieb auf, der stillsetzbar ist. Um die zu spritzende Masse drucklos zu
machen, wird der Antrieb der Einrichtung zum Vorpressen abgeschaltet. Die Weite
der Einmündung und des dahinter befindlichen Bereiches des Angußkanales sind so
eingestellt, daß bei druckloser zu spritzender Masse und dem gegebenen Temperaturbereich
die Masse aufgrund Adhäsion im letzten Bereich des Angußkanales, d.h. in der Spritzdüse
der Spritzgießform vor der Einmündung steht.
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Der Angußkanal kann im Querschnitt zylindermantelförmig sein, ist
in der Regel aber im Querschnitt strangförmig bzw. rohrförmig, weil dies die Adhäsion
begünstigt. Ein möglichst kleiner Querschnitt des Angußkanales ist erwünscht, weil
sich dann über den Querschnitt homogene Strömungsverhältnisse ergeben.
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Inhomogene Strömungsverhältnisse führen zu inneren Reibungen, welche
die Eigenschaften der zu spritzenden Masse hinsichtlich des Zusammenhanges von Temperatur
und Viskosität negativ beeinflussen.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Angußkanal von
zwei oder mehr voneinander gesonderten strangförmigen Teilkanälen gebildet ist,
die bei der Einmündung ineinander übergehen. Dies ermöglicht es, bei kleinen, dem
Adhäsionsverschluß günstigen Querschnitten über einen relativ großen Gesamtquerschnitt
relativ viel Masse pro Zeiteinheit der Einmündung zuzuführen.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es noch, wenn der Angußkanal
im Bereich vor der Einmündung sich zwischen einem äußeren und einem inneren Heizelement
befindet, die jeweils von Metallgehäusen aufgenommen sind. Diese Gestaltung der
Spritzdüse ermöglicht eine verbesserte Steuerung der Temperatur der zu spritzenden
Masse und vermeidet Berührung zwischen dem Heizelement und der zu spritzenden Masse
und damit Schädigungen der Eigenschaften der Masse durch starke Temperatursprünge
oder Überhitzungen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die angußlose Kunststoff-Spritztechnik
entwickelt. Gegenüber bisherigen Heißkanal-Anlagen sind hierbei zwei Hauptmerkmale
verwirklicht. Zum ersten wird über ein Mikroprozessor-Regelsystem an entscheidender
Stelle im Bereich der Heizdüsen die Temperatur hoch genau erfaßt, was im Zentralgerät
in Stellbefehle für die Heizelemente umgesetzt wird. Dieser Thermo-Regelkreis ist
in der Lage, die Kunststoffmasse im gesamten Bereich der Spritzdüse
in
einen thermisch stabilen plastischen Zustand zu versetzen und auch während des Spritzvorganges
unabhängig von Temperatur-Störgrößen diesen optimalen Schmelzpunkt einzuhalten.
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Die Eigenart der Spritzdüse und der drucklose Zustand der Kunststoffmasse
sind in der Lage, eine ausreichende Verschluß-Funktion für die Spritz-Öffnung sicherzustellen.
Eine in grossen Toleranzen arbeitende Heizung würde diesen Verschluß-Effekt nicht
beherrschen, weil das Kunststoff-Produkt bei größerer Erwärmung in einen dünnflüssigen
Zustand übergeht und unkontrolliert in die Form austritt.
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Daraus resultiert, daß die Viskosität der Kunststoffmasse weitgehend
von der konstanten Temperatur innerhalb der Spritzdüse abhängt, und somit als ein
ideal einfaches und betriebssicheres Auf-Zu-Ventil für den Kunststoffzufluß in die
Spritzgießform verwendet werden kann. Im Normalzustand ist die relativ kleine Spritzdüse
für die Zeit des drucklosen aber plastischen Zustands des Kunststoffes verschlossen;
sobald jedoch der Preßkolben aktiv wird, erfolgt ein Druckaufbau, der den Kunststoff
in die Kavität preßt. Nachdem die Druckphase abgeschlossen ist, bleibt die plastische
Masse in ihren Beharrungszustand und verschließt somit die Öffnung bzw. Einmündung.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt und zeigt Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer Kunststoff-Spritzgießvorrichtung
mit Spritzgießmaschine und Spritzgießform,
Fig. 2 im Schnitt und
in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab einen Teil der Spritzgießform der
Vorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 3 in einem gegenüber Fig. 2 vergrößerten Maßstab
einen Querschnitt der Darstellung in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV
in Fig. 5 und Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild der Regelung der Spritzgießvorrichtung.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt eine Spritzgießmaschine 1 und
eine einen Formhohlraum 24 bildende Spritzgießform 2, die z.B. weitgehend gemäß
DE-AS 23 57 274 ausgebildet sind. Die Spritzgießmaschine 1 umfaßt eine Kolben-Zylinder-Einrichtung
3, der eine steuerbare Hydraulik 8 zugeordnet ist. Über eine Eingabe 4 wird Kunststoffgranulat
einer Schmelzkammer 5 zugeführt.
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Von dieser wird zu spritzende Masse mittels Wendel und Kolben aus
dem Spritzzylinder 6 über eine Eintrittsdüse 7 der Spritzgießform 2 zugeführt. Die
Spritzgießmaschine ist im Bereich des Spritzzylinders bis hin zur Eintrittsdüse
7 beheizt, wie es z.B. durch die DE-AS 21 41 421 bekannt ist, und es ist auch eine
Beheizung der Spritzgießform vorgesehen. Eine Steuerung bzw.
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Regelung mittels Meßfühler bzw. Thermoelement für die Masse in der
Spritzgießmaschine ist z.B. durch die DE-AS 25 43 142 bekannt. In ähnlicher Weise
ist im vorliegenden Fall eine elektronische Regeleinrichtung 9 vorgesehen, die mit
Heizelementen und Meßfühlern der Spritzgießform, mit Heizelementen und Meßfühlern
der Spritzgießmaschine, z.B. des Spritzzylinders 6, und mit der
Hydraulik
8 der Antriebseinrichtung 3 zusammenwirkt.
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Die Spritzgießform 2 ist gemäß Fig. 2 an die Spritzgießmaschine über
die als Tauchdüse ausgebildete Eintrittsdüse 7 angeschlossen, die auch eine Aufspannplatte
10 durchdringt, welche die Spritzgießform 2 über eine Isolierplatte 11 trägt. Die
Spritzgießform 2 weist zunächst einen Verteilerblock 12 auf, in dem sich der von
der Eintrittsdüse 7 herkommende Kanal in zwei oder mehr Füllungskanäle 13 verzweigt.
Der Verteilerblock 12 ist mit Heizelementen 14 in Form von Temperierkanälen versehen
und mit Meßfühlern 15 in Form von Thermoelementen bestückt.
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An den Verteilerblock 12 ist eine Formplatte 15 angebaut, die auch
mit Heizelementen 14 in Form von Temperierkanälen versehen ist. In die Formplatte
25 ist pro Füllungskanal 13 eine Spritzdüse 16 eingesetzt, deren rückwärtiges Endstück
in die Aufspannplatte 10 ragt. Die Spritzdüse 16 bildet einen mehrteiligen Angußkanal
17, der sich vom vorderen Ende des Füllungskanals 13 bis zur Einmündung 18 an der
vorderen Seite der Formplatte 15 erstreckt. Die Spritzdüse 16 ist von einem Düsenkern
19 und einem Düsenmantel 20 gebildet und die Teilkanäle des Angußkanales 17 verlaufen
zwischen Düsenkern und Düsenmantel, wodurch die Herstellung erleichtert ist. Die
Teilkanäle verlaufen vom Füllungskanal 13 weg radial nach außen, so-dann parallel
zueinander und schließlich zur Einmündung 18 hin wieder zusammen.
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Der Düsenkern 19 als Gehäuse nimmt ein längliches elektrisches Widerstands-Heizelement
21 auf, das über elektrische Leitungen 22 an die Regeleinrichtung 9 und eine elektrische
Spannungswelle angeschlossen ist. An der vordersten Spitze des Düsenkernes 19 ist
ein Meßfühler 15 in Form eine Thermoelementes bei der Einmündung 18 angeordnet.
Alle Meßfühler 15 sind in nicht gezeigter Weise an die Regeleinrichtung 9 angeschlossen.
Auch der Düsenmantel 20 ist mit einem Meßfühler 15 ausgestattet. Der Düsenmantel
20 kann gemäß Fig. 2 ebenfalls mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement 23
ausgerüstet sein, was für besonders empfindliche Kunststoffarten sinnvoll ist und
das ebenfalls an die Regeleinrichtung 9 angeschlossen ist.
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Gemäß Fig. 3 und 4 sind drei Teilkanäle des Angußkanals 17 mit gleichem
Abstand voneinander auf einem Kreis angeordnet.
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Der vordere Meßfühler 15 ist über Isolierkeramik und eine Wärmeleitplatte
vom inneren Heizelement 21 getrennt. Der hintere Meßfühler 15 sitzt dicht am Angußkanal
17 im Düsenmantel 20, jedoch mit Abstand von einem ggf. außen auf dem Düsenmantel
sitzenden Heizelement. Die drei Teilkanäle vereinigen sich vor der vorderen Endspitze
des Düsenkegels und die Einmündung 18 ist von der Formplatte 15 gebildet.
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Zwei verschiedene Heizdüsen-Systeme stehen für unterschiedliche Anwendungen
zur Wahl: Die einfache Ausführung besteht aus einer Spritz-Heizdüse mit einem Meßfühler-Regelkreis
am Düsenkern für problemlose Spritzteile. Eine zweite Ausführungsform
besteht
aus vorgenannter Spritz-Heizdüse, die mit einem Heizmantel mit Meßfühler-Regelkreis
ausgestattet ist, um Produkte mit großem Material-Durchsatz und Energiebedarf bearbeiten
zu können.
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An beiden Regelkreisen lassen sich die Temperatur-Sollwerte 0 0 0
im Bereich von 1 ° bis 400 im 1 -Raster einstellen und ausregeln. Abweichend von
den bisherigen Thermo-Spritzdüsen sind die Heizelement-Verschleißteile bei Defekt
auszuwechseln; diese Heizungen sind in zwei direkt miteinander verschraubten Hohlzylindern
eingebaut und elektrisch ohne Masse-Kontakt neutral angeschlossen. In gleicher Weise
ist auch der Thermo-Fühler montiert und potentialfrei herausgeführt. Die elektrischen
Kabeldurchführungen sind in Hüll-Schlitzrohren aus dem Heiß-Bereich der Form herausgeführt
und abgedichtet. Die Niedervolt-Heizleistung der Düsen ist relativ hoch angesetzt,
um kurze thermische Reaktionszeiten in Verbindung mit dem Reglersystem zu erhalten.
Es läßt sich z.B. ein Kunststoffteil aus PMMA (Polymethylmethacrylat) als Sichtteil
in glasklar bei einer projizierten Fläche von 16.000 mm2 und einem Fließweg-Wanddikken-Verhältnis
160 : 1 angußlos herstellen.
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Fig. 5 verdeutlicht in Form eines Funktionsblockes die Regelung mit
einer Thermostrecke. In einem Speicher 26 ist der Soll-Wert der Temperatur enthalten.
Der Ist-Wert der Temperatur tritt am Ausgang eines Blockes 27 auf, der die Temperaturfühler
und die Heizelemente umfaßt. An diesen Ausgang ist eine Anzeige 28 der Temperatur
angeschlossen und ein Gerät 29, das Grenzwerte der
Temperatur feststellt
und daraufhin ein Alarmsignal abgibt.
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Soll-Wert und Ist-Wert werden über ein Glied 30 zusammengefaßt, das
den eigentlichen Regler 31 beaufschlagt. Der Ausgang des Reglers 31 arbeitet auf
ein Glied 32, das auch von einer Werkzeug-Störgröße-Einheit 33 beaufschlagt ist
und seinerseits auf den Block 27 arbeitet.