DE3809643A1

DE3809643A1 - Verfahren zum angusslosen spritzgiessen von kunstharzen unter verwendung einer intermittierend arbeitenden kuehlvorrichtung sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3809643A1
Application number: DE3809643A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tsutsumi
Original assignee: Sanri KK
Current assignee: SEIKI K.K., TOKIO/TOKYO, JP
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1988-10-06
Also published as: US4894197A; GB8806626D0; GB2202787A; JPS63236615A; FR2612830B1; GB2202787B; FR2612830A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum angußlosen Spritzgießen eines Kunstharzes sowie eine dazu geeignete Vor richtung.

Bei einem bekannten Verfahren zum angußlosen Spritzgießen eines Kunstharzes wird eine Vorrichtung verwendet, die unter dem Warenzeichen "Spear System" vertrieben wird und in der ein auf den Erfinder der vorliegenden Anmeldung zurückgehendes Verfahren verwirklicht wird.

Die herkömmliche Vorrichtung ist mit einem intermittierend (taktweise) arbeitenden Heizmechanismus versehen, der in der Lage ist, die Angußöffnung lokal zu erhitzen. Beim angußlosen Spritzgießen wird ein geschmolzenes Kunstharz kontinuierlich mit Hilfe eines Einspritzmechanismus zu Spritzgußstücken ver arbeitet, und die intermittierend arbeitende Heizvor richtung erhitzt während jedes Spritzgußvorgangs die Anguß öffnung, so daß das Harz, das unter Verschluß der Angußöffnung abgekühlt und verfestigt ist, intermittierend aufgeschmolzen wird, wodurch die Angußöffnung geöffnet wird und das geschmol zene Harz in den Formhohlraum eingespritzt werden kann. Bei dieser bekannten Vorrichtung beendet die intermittierend arbeitende Heizvorrichtung die Erhitzung unmittelbar nach dem Einspritzen des Kunstharzes, um eine Verfestigung einer geringen Menge Harz in der Angußöffnung unter Abkühlen zu ermöglichen, wodurch die Angußöffnung verschlossen wird, so daß verschiedene Schritte wie beispielsweise die Öffnung der Form und die Entfernung des geformten Produkts durchgeführt werden können, ohne daß es zu einem Austritt des geschmolzenen Harzes kommt. Auf diese Weise können außerordentlich präzis geformte Spritzgußerzeugnisse, die frei von Angußstellen sind, kontinuierlich geformt werden.

Dieses soeben beschriebene "Spear System" benötigt eine elek trische Steuerung unter Einschaltung einer Heizvorrichtung, da bei ihm sowohl das Öffnen als auch das Schließen der Anguß öffnung durch das lokale Schmelzen und die Verfestigung einer geringen Menge eines Harzes mit Hilfe einer intermittierend arbeitenden Heizvorrichtung erfolgen, wobei die Heizelemente sehr klein ausgeführt sein können, da sie nur zum Aufschmelzen einer sehr geringen Harzmenge in der Angußöffnung dienen. Trotz der beschriebenen Vorteile gibt es bei der bekannten Vorrichtung einige Probleme, insbesondere im Hinblick auf eine Kostenver minderung, da teuere elektrische Teile unbedingt erforderlich sind, z. B. ein Transformator für die elektrische Steuerung und eine Steuereinrichtung für das intermittierende Erhitzen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne Verminderung der Qualität der Erzeugnisse oder Beeinträchtigung der Ver fahrensführung ein Verfahren zum angußlosen Spritzgießen von Kunstharzen so auszugestalten, daß aufwendige elektrische Steuervorrichtungen nicht benötigt werden.

Diese Aufgabe sowie weitere Aufgaben, die sich für den Fach mann aus den der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmenden Vorteilen ergeben, wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweils auf diese Ansprüche zurückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.

Unter Berücksichtigung dessen, was eingangs zu den Nachteilen und Vorteilen der bekannten Spritzgußvorrichtung gesagt wurde, wird erfindungsgemäß so gearbeitet, daß anstelle einer Ein richtung zum intermittierenden Erhitzen eine Einrichtung zum intermittierenden Kühlen verwendet wird, die es ermöglicht, die Angußöffnung intermittierend zu schließen. Dadurch ent fallen die elektrische Steuerung mit Hilfe einer Heizvor richtung sowie teuere Steuereinrichtungen, und das saubere Öffnen und Schließen der Angußöffnung erfolgt auf einfache Weise durch die intermittierende Zuführung eines Kühlmediums.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum angußlosen Spritzgießen eines Kunstharzes, bei dem das ge schmolzene Harz intermittierend in der Angußöffnung bis zur Verfestigung abgekühlt wird, indem ein Kühlmedium zugeführt wird, wodurch bei jedem Spritzgießvorgang die Angußöffnung für das geschmolzene Harz geschlossen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine neue Vorrichtung zum anguß losen Spritzgießen eines Kunstharzes, die einen Metallform- Mechanismus aufweist, der von einer Vielzahl von Formbestand teilen gebildet wird, in die der Strömungsweg für das ge schmolzene Harz, der einen Einspritzkanal umfaßt, sowie die Angußöffnung und der Formhohlraum vorzugsweise durch Bohren ausgebildet sind, sowie außerdem einen Kühlmechanismus für das intermittierende Kühlen der Angußöffnung unter Verwendung eines Kühlmediums, wodurch das geschmolzene Harz in der An gußöffnung in den halbfesten oder festen Zustand überführt werden kann, einen Mechanismus zum Schmelzen des eingesetzten Harzes sowie einen Einspritzmechanismus.

Das gewünschte Kunstharzmaterial wird zuerst in dem Harz schmelzmechanismus aufgeschmolzen, der in einem solchen Zustand gehalten wird, daß während des Arbeitens des Ein spritzmechanismus ein Einspritzen und eine Überführung einer gewünschten Menge des Harzes möglich ist.

Bei geschlossener Form besteht der Metallform-Mechanismus aus einem Strömungsweg, zu dem ein Einspritzkanal und die zum Formhohlraum führende Angußöffnung gehören. Der Strömungsweg einschließlich Angußöffnung wird bei geschlossener Form ständig erhitzt, und es kommt in diesem Zustand nie zu einer Abkühlung und Verfestigung des geschmolzenen Harzes.

Wenn somit die Arbeit des Einspritzmechanismus in einem Zustand, in dem das Innere des Strömungsweges mit dem ge schmolzenen Harz gefüllt ist, einsetzt, wird das geschmolzene Harz in der erforderlichen Menge durch den Einspritzkanal und die Angußöffnung in den Formhohlraum eingespritzt, so daß der Formhohlraum gefüllt wird und das Harz darin rasch abkühlt.

Infolge der Wirkung des intermittierend arbeitenden, ein Kühl mittel führenden Kühlmechanismus wird eine geringfügige Menge des geschmolzenen Harzes in der Angußöffnung einer Kühlung unterzogen, so daß das Harz in der Angußöffnung lokal verfestigt wird, was dazu führt, daß die Zirkulation des geschmolzenen Harzes im Formhohlraum völlig unterbrochen wird und dieses Harz abkühlen und verfestigen kann.

Das gewünschte geformte Produkt kann anschließend in einem bekannten Formöffnungsschritt erhalten werden.

Wenn die Form wieder geschlossen wird und der Formfüllschritt wiederum durchgeführt werden soll, nachdem das geformte Pro dukt entfernt wurde, wird die Zufuhr des Kühlmediums zu der Angußöffnung mit Hilfe des intermittierend arbeitenden Kühl mechanismus unterbrochen, wodurch das abgekühlte und ver festigte Harz in der Angußöffnung unter der Einwirkung der Wärme aus der Heizvorrichtung wieder schmilzt und dadurch die Angußöffnung geöffnet wird. Weil die Angußöffnung nunmehr wieder geöffnet ist, ist ein weiteres Spritzgießen möglich, so daß auf gleiche Weise wie oben beschrieben in einer konti nuierlichen Arbeitsweise weitere Spritzgießschritte durchge führt werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Querschnitte der wichtigsten Grundbestandteile einer erfindungsgemäßen Spritzgußvorrichtung in zwei Aus führungsformen,

Fig. 3, 5 und 7 Querschnittsansichten der für die Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichsten Elemente von drei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Spritzgußvorrichtung;

Fig. 4, 6 und 8 vergrößerte Teilansichten der Ausführungs form gemäß den Fig. 3, 5 und 7;

Fig. 9 und 11 Querschnittsansichten der wesentlichen Elemente zweier weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vor richtung; und

Fig. 10 und 12 vergrößerte Teilansichten der in den Fig. 9 und 11 dargestellten Ausführungsformen.

Bezug nehmend auf die Fig. 1 und 2 werden zwei Grundtypen der Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Eine Metallform 4 ist mit einem Einspritzmechanismus verbunden, der mit einem herkömmlichen, bekannten Harzschmelzmechanismus 1 (nicht in Einzelheiten gezeigt) versehen ist. Das eigentliche Spritzgußwerkzeug besteht aus einem stationären Formteil mit einer Verteilerleitung 2 und einem beweglichen Metall-Form mechanismus 4. Das Bezugszeichen 5 zeigt den Strömungsweg des geschmolzenen Harzes, zu dem ein verzweigter Strömungsweg 6 und ein Einspritzkanal 7 gehören, der über eine Angußöffnung 8 mit dem Formhohlraum 9 in Verbindung steht.

Fig. 1 zeigt einen Fall, bei dem die Heizeinrichtung zum lokalen Erhitzen der Angußöffnung 8 in Form eines externen (außenliegenden) Heizsystems verwendet wird, bei dem eine Heizeinrichtung H ₁ ringförmig die Angußöffnung 8 umgibt. Fig. 2 illustriert den Fall, bei dem die Heizeinrichtung zum lokalen Erhitzen der Angußöffnung 8 in Form eines internen Heizsystems verwendet wird, bei dem eine Heizvorrichtung H₂ im vorderen Ende einer konischen Spitze 10 angeordnet ist, die ihrerseits im Einspritzkanal 7 angeordnet ist, und die das sie von außen umgebende Harz im Sinne einer Innenbeheizung erhitzt.

Das Erhitzen und die Wärmeisolation des Einspritzkanals 7 werden durch eine Heizvorrichtung 11 verwirklicht, die gemäß Fig. 1 um den Umfang des Einspritzkanals herum angeordnet ist, während sie gemäß Fig. 2 in der Spitze eines Heizkörpers 12 angeordnet ist.

Bei der intermittierend unter Verwendung eines Kühlmediums arbeitenden Kühleinrichtung 13, die um den Umfang der Anguß öffnung 8 herum ausgebildet ist, ist die Leitung 14 für Luft oder ein anderes Kühlmedium in der Metallform 3 ausgebildet und steht mit einem ringförmigen Angußöffnungs-Kühlbereich in Verbindung, dargestellt als Kühlöffnung 15, die um den Umfang der Angußöffnung 8 herum ausgebildet ist. Unter Verwendung einer Druckerzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise eines Kompressors, kann ein Kühlmedium intermittierend der Kühl öffnung zugeführt werden. Die Kühleinrichtung 13 kann dabei intermittierend im Takt der durchzuführenden Spritzgieß schritte betätigt werden.

Die Auslaßöffnung der Leitung 14 kann als einfache offene Verbindung zur umgebenden Atmosphäre ausgebildet sein.

Das Spritzgußverfahren wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beschriebene Vorrichtung erläutert.

Ein gewünschtes Harzmaterial wird in dem (nicht dargestellten) Harzschmelzmechanismus erhitzt und aufgeschmolzen, genau wie bei herkömmlichen Spritzgießverfahren.

Das geschmolzene Harz wird mit Hilfe eines Einspritzmechanis mus (nicht gezeigt) dem Strömungsweg 5 zugeführt, in dem es wärmeisoliert und mit Hilfe eines Heizkörpers erhitzt wird, der in dem Metallform-Mechanismus 1 enthalten ist, um das Harz im geschmolzenen Zustand zu halten.

Wenn die Form geschlossen ist, ist die Angußöffnung 8 durch die Heizkörper H ₁ bzw. H ₂ erhitzt, um das Harz in der Anguß öffnung 8 zu erhitzen und zu schmelzen, damit die Angußöffnung für die Durchführung des Spritzgießens offengehalten wird.

Eine gewünschte Menge des geschmolzenen Harzes wird aus dem Einspritzkanal 7 durch den Strömungsweg 6 über den Einspritz kanal 7 in den Formhohlraum 9 überführt.

Bei Verfahrensbeginn und nach dem Abschluß des Einspritzens mit Hilfe des Einspritzmechanismus wird Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel aus der Zuführungsleitung 14 unter Ver wendung einer druckerzeugenden Vorrichtung wie einer Pumpe dem ringförmigen Kühlmittel-Strömungsweg 15 zugeführt, der die Angußöffnung 8 umgibt. Obwohl die Angußöffnung 8 ständig durch die Heizkörper H ₁ oder H ₂ erhitzt wird, wird bei der Zufuhr des Kühlmediums die Temperatur der Angußöffnung 8 rasch abge senkt, so daß das geschmolzene Harz in der Angußöffnung 8 in den halbfesten oder festen Zustand überführt wird, wodurch die Angußöffnung geschlossen wird.

Demzufolge kann ein außerordentlich präzise geformtes Er zeugnis aus dem eingefüllten Harzmaterial erhalten werden, ohne daß Nachteile wie Kerben oder ein Rückfluß aus dem Form hohlraum 9 in den Einspritzkanal 7 erhalten werden.

Nach dem Abkühlen und der Verfestigung des Harzes in dem Formhohlraum 9 wird die Form geöffnet, so daß das geformte Erzeugnis entfernt werden kann. Da die Angußöffnung 8 dabei durch das halbfeste oder feste Harz geschlossen ist, wird kein heraushängender Nachfluß erzeugt, so daß der nachfolgende Spritzgießschritt nicht behindert wird. Wenn durch die inter mittierend arbeitende Kühleinrichtung 13 die Kühlmittelzufuhr gestoppt wird, nachdem das geformte Produkt entfernt wurde und bevor der folgende Spritzgußschritt bei geschlossener Form erfolgt, wird das abgekühlte und verfestigte Harz in der Angußöffnung 8 sofort erwärmt und aufgeschmolzen, wodurch die Angußöffnung geöffnet wird, weil die Heizkörper H ₁ bzw. H ₂ ständig arbeiten. Damit kann der nächste Spritzgußschritt in der gleichen Weise wie bereits beschrieben durchgeführt werden.

Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 12 näher erläutert.

Die Fig. 3 bis 8 illustrieren den Fall, bei dem als Einrich tung zum Erhitzen der Angußöffnung 8 ein sog. äußeres Heiz system verwendet wird. Die Fig. 9 bis 12 erläutern den Fall, wenn ein sog. internes Heizsystem verwendet wird.

Zuerst sollen die in den Fig. 3 bis 8 gezeigten Vorrichtungen unter Verwendung eines externen Heizsystems noch näher er läutert werden.

Dabei sind solche Teile und Bereiche, die grundsätzlich denen entsprechen, die in Fig. 1 beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die neuerliche detaillierte Be schreibung derartiger Teile wurde weggelassen.

Bei den geschilderten Ausführungsformen wird ein zylindrischer Einspritzkanal-Spitzenkörper A, durch den in vertikaler Richtung ein Einspritzkanal 7 gebohrt ist, in der Metallform 3 angeordnet. Bei den beiden in den Fig. 3, 4, 5 und 6 illustrierten Aus führungsformen ist um den Umfang des Einspritzkanals 7 ein Heizkörper 10 angeordnet; in den Fig. 3 und 4 ist in der Nach barschaft der Angußöffnung 8 eine Fortsetzung 16 a des Heiz körpers 10 vorgesehen, während in Fig. 6 ein weiterer Heiz körper 17 vorgesehen ist. Bei den in den Fig. 7 und 8 dar gestellten Ausführungsformen ist der Heizkörper weggelassen, und ein Heizrohr 18 ist um den Umfang des Einspritzkanals 7 herum angeordnet, und der Angußöffnung 8 wird zu ihrer Er hitzung ständig thermische Energie zugeführt. Eine intermittie rend arbeitende Kühleinrichtung 13 eines Aufbaus, der dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten entspricht, ist in dem Ein spritzkanal-Spitzenkörper A um den Umfang der Angußöffnung 8 herum vorgesehen.

In den genannten Zeichnungen bezeichnen die Bezugszeichen 19, 20 und 21 einen Luftspalt, einen Positionierring sowie den Zuleitungsdraht eines Temperatursensors, der in dem Einspritz kanal-Spitzenkörper A angeordnet ist.

Eine detaillierte Beschreibung der intermittierend unter Verwendung eines Kühlmittels arbeitenden Kühleinrichtung 13 ist für die obigen Strukturen weggelassen, da diese Kühl einrichtung genauso arbeitet wie die bereits eingangs be schriebene.

Die in den Fig. 9 bis 12 dargestellten Ausführungsformen ent sprechen dem in Fig. 2 beschriebenen Grundtyp.

Dabei sind solche Teile und Bereiche, die denen in Fig. 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre neuerliche Beschreibung wurde verzichtet. Die Aus führungsformen unterscheiden sich insofern von der in Fig. 2 geschilderten Ausführungsform, daß die intermittierend unter Verwendung eines Kühlmittels arbeitende Kühleinrichtung in allen Fällen in der Spitze 10 vorgesehen ist.

Man läßt dabei ein Kühlmedium aus einem Strömungsweg 22 im Zentrum von Doppelrohrleitungen 22 und 23 einfließen, aus dem es durch eine Öffnung 24 im vorderen Ende der Spitze 10 in einen Strömungsweg 23 strömt, der den Strömungsweg 22 um gibt, wodurch das scharfe Ende 10 a der Spitze 10 rasch abge kühlt wird. Obwohl es möglich ist, einen Heizkörper H ₂ in der scharfen Spitze 10 a anzuordnen und getrennt von dem Hauptheiz körper 12 vorzusehen, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, kann die scharfe Spitze jedoch auch aus einem thermisch sehr gut leitfähigen Metall wie beispielsweise Kupfer geformt sein, das durch die überschüssige Wärme des Heizkörpers 12 erhitzt wird, wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist.

Bei dem zuletzt beschriebenen Aufbau erfolgt die intermittieren de Zufuhr eines Kühlmittels genau nach den gleichen Grundsätzen wie eingangs in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum angußlosen Spritzgießen wird die Angußöffnung ununterbrochen erhitzt, und ein Kühl medium wird intermittierend oder taktweise einer Kühlein richtung zugeführt, um eine Abkühlung der Angußöffnung während eines jeden Spritzgußvorgangs zu bewirken, um das Harz in der Angußöffnung abzukühlen und zu verfestigen und dadurch die Angußöffnung zu schließen. Wenn die Zufuhr des Kühlmediums unterbrochen wird, kommt es zu einer Wiederer hitzung der Angußöffnung und einem Aufschmelzen des ver festigten Harzes und damit zu einer Öffnung der Angußöffnung. Demgemäß kann durch die vorliegende Erfindung ein sog. hoch präzises Spritzgießen bei gleichzeitiger starker Vereinfachung des Aufbaus der Spritzgußvorrichtung durchgeführt werden, indem die intermittierend arbeitenden Heizvorrichtungen mit den dazugehörigen Steuerungen, die bei den bisherigen Ver fahren verwendet werden mußten, weggelassen werden können, was mit erheblichen Kosteneinsparungen verbunden ist.

Claims

1. Verfahren zum angußlosen Spritzgießen von Kunstharzen, bei dem das geschmolzene Harz bei geschlossener Form unter Ver wendung einer Einspritzeinrichtung aus einem Einspritzkanal durch eine Angußöffnung in den Formhohlraum eingespritzt wird, das geformte Produkt nach seiner Abkühlung und Verfestigung in einem Formtrennschritt entfernt wird und dann die Form wieder in den geschlossenen Zustand zurückgeführt wird und unter Ver wendung der Einspritzeinrichtung das Spritzgießen wiederholt bei kontinuierlicher Arbeitsweise durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Harz in der An gußöffnung intermittierend abgekühlt und verfestigt wird, indem während eines jeden Spritzgießzyklus ein Kühlmedium zu der Anguß öffnung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das geschmolzene Harz in der Angußöffnung durch ein von außen zu geführtes Kühlmedium abgekühlt und verfestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Harz in der Angußöffnung durch ein von innen zuge führtes Kühlmedium abgekühlt und verfestigt wird.

4. Vorrichtung zum angußlosen Spritzgießen eines Kunstharzes mit Hilfe eines Metallform-Mechanismus mit einer Harzschmelz vorrichtung, einer Einspritzeinrichtung, einem Strömungsweg für das geschmolzene Harz, der einen Einspritzkanal umfaßt, sowie mit einer Vielzahl von Formbestandteilen, in denen eine Angußöffnung und ein Formhohlraum ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung für die intermittierende Zuführung eines Kühlmediums zur Angußöffnung vorgesehen ist, durch das die Angußöffnung intermittierend gekühlt und das Harz in der Angußöffnung in den halbverfestigten oder verfestigten Zustand überführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierend arbeitende Kühleinrichtung so konstruiert ist, daß der Strömungsweg des Kühlmediums in dem Formbestand teil, der die Angußöffnung bildet, ausgebildet ist, so daß das Kühlmedium von außen intermittierend einem die Angußöffnung kühlenden Bereich in der Nähe des Umfangs der Angußöffnung zugeführt werden kann, um die Angußöffnung in jedem Spritzgieß zyklus mindestens einmal von außen zu kühlen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierend arbeitende Kühleinrichtung so konstruiert ist, daß das Vorderende eines Spitzkörpers in dem Einspritz kanal in unmittelbarer Nähe der Angußöffnung angeordnet ist und das Kühlmedium von außen durch einen Strömungsweg für das Kühlmedium, der im Innern des Spitzkörpers ausgebildet ist, intermittierend einem die Angußöffnung kühlenden Bereich am Ende des Spitzkörpers zugeführt wird, um die Angußöffnung in jedem Spritzgießzyklus mindestens einmal von innen zu kühlen.