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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgußverfahren
umfassend die folgenden Schritte:
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Zusammenklemmen einer männlichen Gußform und einer weiblichen
Gußform mit einer vorgeschriebenen Klemmkraft, um mindestens
einen Hohlraum mit einer vorbestimmten extrudierten Fläche
dazwischen zu schaffen;
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anschließendes Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff unter
einem vorbestimmten Einspritzdruck in den Hohlraum, um den
Hohlraum mit geschmolzenem Kunststoff zu füllen; und
anschließendes Halten des in den Hohlraum gefüllten
geschmolzenen Kunststoffs unter einem vorbestimmten
Haltedruck, um den Kunststoff innerhalb des Hohlraums zu
verfestigen, um einen Gußgegenstand zu erzeugen.
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Ein herkömmliches Spritzgußverfahren ist aus dem Stand der
Technik bekannt. Ein Kunststoffpellet wird in einen Trichter
einer Spritzgußmaschine, z.B. eines Extruders, geführt. In
dem Extruder wird das Kunststoffpellet in einen Zylinder mit
einem Kolben oder Schraubenförderer gefördert und erhitzt,
damit geschmolzener Kunststoff erzeugt wird. Der geschmolzene
Kunststoff wird über eine Düse in eine Gußformanordnung
extrudiert. Der geschmolzene Kunststoff wird dann in der
Gußformanordnung beibehalten oder gehalten, um ein Gußprodukt
zu schaffen. An dem Zylinder und der Gußformanordnung
entstehen zwei unterschiedliche Drücke. An dem Kolben oder
der Schraube in dem Zylinder entsteht ein Kolbendruck, d.h.
ein Injektionsdruck, während in der Gußformanordnung ein
Kunststoffinnendruck für den geschmolzenen Kunststoff
auftritt.
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Fig. 1 zeigt ein Diagramm des Kolbendruckes des Kolbens oder
der Schraube des herkömmlichen Extruders gegenüber dem
Kunststoffinnendruck innerhalb eines Hohlraums, der in
der Gußformanordnung festgelegt ist, wenn ein Gußprodukt
entsprechend dem herkömmlichen Spritzgußverfahrfen erzeugt
wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, steigt der Kolbendruck des
Extruders beim Füllen des geschmolzenen Kunststoffs in die
Gußformanordnung bis auf einen maximalen Staudruck an. Beim
Halten und Abkühlen des geschmolzenen Kunststoffs verringert
sich der Kolbendruck auf den Zwischendruck und anschließend
auf einen minimalen Staudruck. Es sei bemerkt, daß der
Kunststoffinnendruck gemäß dem herkömmlichen Gußverfahren
eine zum Kolbendruck synchrone Druckvariation aufweist. Der
Kunststoffinnendruck erhöht sich deshalb beim Füllen des
geschmolzenen Kunststoffs in die Gußformanordnung, wobei er
im wesentlichen dem Verlauf des Kolbendruckes folgt. Der
Kunststoffinnendruck verringert sich anschließend allmählich
beim Halten und Kühlen des geschmolzenen Kunststoffs in der
Gußformanordnung, da sich der geschmolzene Kunststoff
allmählich abkühlt und mit einer geringfügigen Schrumpfung
des Kunststoffs verfestigt. Eine solche Druckänderung
resultiert aus unterschiedlichen Faktoren, wie beispielsweise
dem durch ein hydraulisches Drucksystem erzeugten
Kolbendruck, dem Volumen oder der Kapazität des Hohlraums in
der Gußformanordnung, des Strömungswiderstandes des
geschmolzenen Kunststoffs gegenüber dem Durchgang durch die
Düse zum Hohlraum, dem Durchmesser eines Durchlasses, der in
den Hohlraum führt und ähnlichem. Der wichtigste zu
betrachtende Faktor ist, daß das Volumen des zu
extrudierenden Hohlraums sich beim Füllen und Halten des
geschmolzenen Kunststoffs in der Gußformanordnung durch die
vorbestimmte Klemmkraft der Gußform nicht ändert. Auch ist
die Füllzeit wirksam, ein Auftreten von Graten auf der
Gußstückoberfläche beim Abkühlen zu verhindern.
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Eine extrudierte Fläche EA geschmolzenen Kunststoffs mit
einem Kunststoffinnendruck IRP für eine Gußformanordnung mit
einer festgelegten Gußformklemmkraft MCF hat eine obere
Grenze, die definiert wird durch:
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EA x IRP = MCFmax
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Wenn der Wert von EA x IRP, d.h. MCFmax die Gußformklemmkraft
der Gußformanordnung überschreitet, wie dies in Fig. 5
gezeigt ist, so tritt ein Zwischenraum oder ein Spalt 3
zwischen den Oberflächen 1a und 2a der jeweiligen männlichen
und weiblichen Gußformen 1 und 2 mit einer Öffnungsweite h
auf. Deshalb tritt der geschmolzene Kunststoff M in den Spalt
3 ein und erzeugt einen Grat Ma, der an einem Gußgegenstand
auftritt. Dies hätte schlechte Produkte zur Folge und würde
manchmal eine Unterbrechung des Gießens hervorrufen.
Andererseits ist es nötig, den Kunststoffinnendruck auf einen
Wert höher als einen vorbestimmten Wert zu erhöhen, um eine
Fülldichte des Gußgegenstandes auf einen Wert höher als einen
vorbestimmten Wert zu erhöhen und nach allem ist die
extrudierte Fläche des Gußgegenstandes durch die
Gußformklemmkraft der Gußformanordnung beschränkt.
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Ein Spritzgußverfahren der eingangs genannten Art ist aus der
deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 25 35 426 bekannt. Bei
diesem bekannten Spritzgußverfahren wird nach dem Befüllen
der Gußform ein Schließdruck gesteuerter Veränderlichkeit auf
das in der Gußform befindliche Kunststoffmaterial ausgeübt
und der Schließdruck wird in einem ersten Schritt auf einem
niedrigen Wert gehalten, bei dem ein Schwellen der Gußform
verhindert ist, und in einem zweiten Schritt wird dieser auf
einen höheren Wert angehoben.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
vergrößerte Leistung einer Spritzgußmaschine durch Verwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
gelöst. Da die extrudierte Fläche mindestens doppelt so groß
ist wie die einer herkömmlichen Gußformanordnung, kann die
erfindungsgemäße Gußformanordnung zwei Hohlräume enthalten,
verglichen mit lediglich einem Hohlraum einer herkömmlichen
Gußformanordnung mit der gleichen Klemmkraft. Da der
Kunststoffinnendruck beim Befüllen niedrig ist, ist die
Strömungsgeschwindigkeit, d.h. die Füllgeschwindigkeit des
geschmolzenen Kunststoffs innerhalb des Hohlraums verringert
und demzufolge dauert es lange Zeit, bis der geschmolzene
Kunststoff das ferne Ende des Hohlraums erreicht, so daß
während der Bewegung eine dünne oder oberflächliche Schicht
aus geschmolzenem Kunststoff in Berührung mit der
Gußformanordnung gut gekühlt wird und verfestigt wird, um
eine dünne ausgehärtete Schicht zu bilden. Das Innere der
dünnen ausgehärteten Schicht befindet sich in geschmolzenem
Zustand und der Haltedruck wird durch den inneren
geschmolzenen Kunststoff auf den gesamten festen Kunststoff
übertragen. Wenn zu diesem Zeitpunkt die augenblickliche
Kraft (EA x IRP), welche die Gußformklemmkraft der
Gußformanordnung übersteigt, auf den Kunststoff übertragen
werden sollte, um die männliche und die weibliche Gußform
voneinander wegzubewegen, um zwischen diesen einen
Zwischenraum zu bilden, so würde der geschmolzene Kunststoff
nicht in den Zwischenraum eintreten, da die dünne
ausgehärtete Schicht vorhanden ist. Demzufolge tritt an dem
Gußgegenstand kein Grat auf. Anschließend wird der innere
geschmolzene Kunststoff ebenfalls gekühlt und verfestigt.
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Eine Möglichkeit zur Ausführung der Erfindung ist nachfolgend
detailliert unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, die
lediglich eine bestimmte Ausführungsform darstellen. Es
zeigen:
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Fig. 1 ein Diagramm, das die Kennlinien des herkömmlichen
Spritzgußverfahrens zeigt;
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Gußformanordnung
und einer Spritzgußmaschine, auf welche die
vorliegende Erfindung anwendbar ist;
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Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts eines Hohlraums, der in Fig. 2
eingekreist und mit (a) gekennzeichnet ist, der
einen Zustand beim Füllschritt zeigt;
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Fig. 4 eine Ansicht ähnlich zu der von Fig. 3, die jedoch
einen Zustand unmittelbar nach dem Füllen zeigt;
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Fig. 5 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die jedoch einen
Zustand unmittelbar nach dem Befüllen gemäß einem
herkömmlichen Spritzgußverfahren zeigt; und
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Fig. 6 ein zu Fig. 1 ähnliches Diagramm, das jedoch das
Verhältnis zwischen der Zeit und einem Kolbendruck
und einem Kunststoffinnendruck in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 der
beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 2 ist eine
Querschnittsansicht einer Gußformanordnung, die mit dem
Bezugszeichen 10 versehen ist und eine Spritzgußmaschine wie
beispielsweise ein Extruder ist mit dem Bezugszeichen 50
versehen.
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Die Gußformanordnung 10 ist in ihrer Konstruktion im
wesentlichen identisch mit der herkömmlichen, die dem
Fachmann bekannt ist, und wird kurz beschrieben. Die
Gußformanordnung 10 umfaßt eine männliche Gußform 12 und eine
weibliche Gußform 14, zwischen denen ein Hohlraum 16
vorgesehen ist, der mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt
wird. Der Hohlraum 16 hat bei diesem Ausführungsbeispiel die
Form eines flachen Bechers. Die weibliche Gußform 14 ist
deshalb auf einer festen Bodenplatte 18 über einen
Abstandhalter 20 montiert. Die Bodenplatte 18 ist auf einer
Grundplatte (nicht gezeigt) in ihrer Position einstellbar
angeordnet, während die männliche Gußform 12 über einen
Abstandhalter 24 auf einer beweglichen Bodenplatte 22
montiert ist. Die bewegliche Bodenplatte 22 ist ebenfalls
zugänglich auf der Grundplatte angeordnet. Zwei
Ejektorplatten 26 und 28 sind an den Ejektorführungen (nicht
gezeigt) beweglich montiert, die zwischen der Gußform 12 und
der Platte 22 vorgesehen sind, wobei sich ein Ejektorstift 30
von den Ejektorplatten 26 und 28 weg von der Bodenplatte 22
erstreckt. Die bewegliche Bodenplatte 22 ist derart gleitend
auf der Basisplatte geführt, daß der Ejektorstift 30 bewirkt,
daß das Gußprodukt aus dem Hohlraum ausgeworfen wird. Auf der
festen Bodenplatte 18 ist ein Aufnahmering 32 und eine
Rohrverzweigung 34 montiert, die den Extruder 50 mit der
Gußformanordnung 10 verbinden. Eine Angußhülse 36 ist
zwischen der weiblichen Gußform 14 und dem Rohrverteiler 34
montiert und ein Torpedoverteiler 38 erstreckt sich in und
durch die Angußhülse 36. Die weibliche Gußform 14, die
Angußhülse 36 und der Verteiler 34 haben in sich einen
Hauptkanal 40 ausgebildet, der mit einem Einlaß 42 in
Verbindung steht, welcher in den Hohlraum 16 weist. Bei
diesem Ausführungsbeispiel hat die Gußformanordnung 10 zwei
Hohlräume 16, die beide die Größe eines herkömmlichen
Hohlraums mit den in Fig. 6 gezeigten Charakteristiken
aufweisen. Mit anderen Worten hat die Gußformanordnung 10
eine extrudierte Fläche, die doppelt so groß wie die einer
herkömmlichen Gußformanordnung ist. Geschmolzener Kunststoff
aus dem Extruder 50 wird gleichzeitig in beide Hohlräume 16
eingespritzt. Der Einlauf 42, der in jeden Hohlraum 16 weist,
hat einen Durchmesser, der beispielsweise 1,6 mal größer ist
als der eines Einlasses bei einer herkömmlichen
Gußformanordnung.
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Der Extruder 50 ist in seiner Konstruktion ebenfalls im
wesentlichen identisch mit einem herkömmlichen, der dem
Fachmann bekannt ist, und wird kurz beschrieben. Ein Kolben
52, der durch einen Hydraulikzylinder 54 hin- und herbewegt
wird, ist in einem Heizrohr 56 gleitend aufgenommen, das
durch eine Heizung 58 geheizt wird. An dem Heizrohr 56 ist
neben dessen einem Ende ein Trichter 60 montiert und eine
Düse 62 ist am anderen Ende oder an der Spitze des Heizrohres
56 vorgesehen. Alternativ kann zum Fördern des geschmolzenen
Kunststoffs eine Schraubenspindel verwendet werden. Die
Schraubenspindel wird innerhalb des Heizrohres 56 drehbar
montiert, so daß diese den Kolben- oder Staudruck erzeugt.
Das Spritzgießen wird durch die oben beschriebene
Gußformanordnung 10 und den Extruder 50 durchgeführt. Wenn in
diesem Fall der Kolbendruck, d.h. der durch den Kolben 52 auf
den geschmolzenen Kunststoff innerhalb des Heizrohres 56
ausgeübte Druck der gleiche ist wie der bei einem
herkömmlichen Extruder, mit anderen Worten, wenn der
hydraulische Druck in dem Hydraulikzylinder 54 genauso groß
ist wie ein herkömmlicher, wird das Spritzgießen mit einem
Druckverlauf durchgeführt, wie er in Fig. 6 gezeigt ist.
Insbesondere ist der Kunststoffinnendruck beim Füllen
ausreichend niedrig und der Kunststoffinnendruck, der höher
ist als der Druck beim Befüllen, wird beim Druckhalten
aufrechterhalten. Der Kunststoffinnendruck sollte beim
Druckhalten bis auf ein Niveau erhöht werden, das höher liegt
als das, das zum Erhöhen einer Fülldichte eines
Gußgegenstandes notwendig ist.
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Wenn das Gießen mit einem derartigen Verlauf der
Druckänderung durchgeführt wird, so erreicht der geschmolzene
Kunststoff das ferne Ende des Hohlraums mit Hilfe des in
Fig. 3 gezeigten Füllschrittes. Da jedoch, wie oben
beschrieben, der Kunststoffinnendruck beim Füllen niedrig
ist, ist die Füllgeschwindigkeit oder Geschwindigkeit des
geschmolzenen Kunststoffs verringert. Wie in Fig. 4 gezeigt,
wird eine dünne Schicht des Kunststoffs in Berührung mit der
männlichen und der weiblichen Gußform 1 und 2 gut gekühlt und
verfestigt und bildet eine dünne ausgehärtete Schicht M&sub1;.
Das Innere der dünnen ausgehärteten Schicht M&sub1; befindet
sich in geschmolzenem Zustand und der Haltedruck wird auf den
gesamten Kunststoff über die innere geschmolzene Schicht M&sub2;
übertragen. Da die dünne ausgehärtete Schicht M&sub1;
ausgebildet ist, würde der geschmolzene Kunststoff nicht in
den Zwischenraum 3 eintreten, so daß auf den Gußgegenständen
kein Grat auftreten würde, wenn die getrennten Oberflächen 1a
und 2a der jeweiligen männlichen und weiblichen Gußformen 1
und 2 voneinander wegbewegt werden und zwischen sich einen
Zwischenraum 3 bilden. Da darüber hinaus der Kunststoff in
die gesamten Hohlräume unter einem relativ niedrigen
Kunststoffinnendruck eingefüllt wird, ist es möglich,
Gußgegenstände mit einer geringeren Möglichkeit zu erhalten,
daß innere Spannungen aufgebaut werden.
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Auch wenn das dargestellte Ausführungsbeispiel so beschrieben
wurde, daß es auf eine solche Spritzgußkonstruktion
und -anordnung anwendbar ist, bei der die Anzahl der
Gußgegenstände doppelt so groß ist wie die der durch das
herkömmliche Gußverfahren gegossenen Gegenstände, und daß der
Einlaufdurchmesser ca. 1,6 mal größer ist als der beim
herkömmlichen Gußverfahren, so ist die vorliegende Erfindung
jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern kann auf jede Spritzgußkonstruktion und -anordnung
angewandt werden, vorausgesetzt, daß das Gießen wie in Fig. 6
gezeigt unter der Bedingung durchgeführt wird, daß der
Kunststoffinnendruck beim Füllen niedriger ist als der
Haltedruck. Folglich kann anstelle einer Erhöhung der Zahl an
Gußgegenständen eine extrudierte Fläche eines zu gießenden
Gegenstandes an sich vergrößert werden. Darüber hinaus kann
die Zuführgeschwindigkeit des Kolbens verringert werden,
während die extrudierte Fläche des Gußgegenstandes an sich
wie in der Vergangenheit beibehalten wird.
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Da, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß das Einspritzen
unter der Bedingung durchgeführt wird, daß der
Kunststoffinnendruck beim Füllen niedriger ist als der
Kunststoffinnendruck beim Halten des Druckes, ist die
Füllgeschwindigkeit oder Rate des geschmolzenen Kunststoffs
verringert, was erlaubt, daß sich eine dünne
Kunststoffschicht in Berührung mit der Gußformanordnung als
die dünne ausgehärtete Schicht ausbildet, so daß kein Grat
erzeugt wird, falls sich die Gußformen durch eine Kraft
auseinanderbewegen sollten, welche die Haltekraft der
Gußmaschine übersteigt. Verglichen mit dem herkömmlichen
Gußverfahren wäre es demzufolge möglich, einen Gegenstand mit
einer größeren extrudierten Fläche zu gießen, wenn eine
Gußmaschine mit der gleichen Schließkraft verwendet werden
sollte. Da darüber hinaus die dünne ausgehärtete Schicht
ausgebildet wird, würde kein Grat erzeugt werden, auch wenn
die Gußstücke bezogen auf ihre Abmessungen mehr oder weniger
ungenau sind, so daß ursprünglich ein Zwischenraum zwischen
den getrennten Oberflächen der jeweiligen Gußformen
existiert.