DE3811798A1 - Kolben fuer eine spritz-form-vorrichtung - Google Patents
Kolben fuer eine spritz-form-vorrichtungInfo
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- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
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- B29C45/586—Injection or transfer plungers
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Spritzformvorrich
tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mindestens
einem Spritzkolben zur Herstellung mindestens eines Kunststoff
formteiles, insbesondere zum Herstellen mindestens eines Gehäu
ses für eine Halbleitervorrichtung. Die Vorrichtung mit min
destens einem Spritzkolben besitzt wenigstens eine Spritzform,
in deren mindestens einem Füllraum eine erwärmte Kunststoff-
Formmasse von mindestens einem Spritzkolben über Kanäle in zu
gehörige Kavitäten (Hohlräume, Formnester) gepreßt wird. Mit
einer solchen Vorrichtung können Gehäuse für diskrete Bauelemen
te (Transistoren, Dioden, optoelektronische Bauelemente, Lei
stungshalbleiter), für passive Bauelemente (Widerstände, Kapa
zitäten) und für integrierte Halbleiterbauelemente hergestellt
werden.
Die Konstruktions- und Betriebsweise einer Spritz-Form-Vorrich
tung ist für einen Fachmann wohlbekannt und ist beispielsweise
in Kapitel 7 von "Plastics Mold Engineering Handbook", Third
Edition, edited by J. Harry DuBois and Wayne I. Pribble, be
schrieben und wurde veröffentlicht im Jahre 1978 von Van
Nostrand Reinhold Company.
Beim Umhüllen von Halbleitervorrichtungen werden mehrere als
sogenannte Chips ausgebildete Halbleitervorrichtungen auf einem
gemeinsamen Band angeordnet, das in die Spritzform eingelegt
wird. Die Spritzform wird geschlossen und die in den Kavitäten
liegenden Halbleiterchips werden dann jeweils in ein separates
Kunststoffgehäuse eingegossen. Als Kunststoffe werden dabei
vorzugsweise Duroplaste verwendet.
Spritz-Form-Vorrichtungen sind aus GB-A-21 27 736 und aus
EP-A-01 24 244 bekannt.
Eine solche Spritz-Form-Vorrichtung nach dem Stand der Technik
ist anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Ein Bauelementeträ
ger (lead frame) 1 trägt einen Halbleiterchip 8. Dieser Halblei
terchip 8 ist mit elektrischen Anschlußdrähten mit den auf dem
Bauelementeträger 1 vorgesehenen elektrischen Anschlüssen ver
bunden. Der Bauelementeträger 1 ist so in die Spritzform einge
legt, daß der Halbleiterchip 8 in einer Kavität 13 der Spritzform
angeordnet ist. Geschmolzener Kunststoff, wie z.B. wärmehärten
des Harz, das man durch das Schmelzen von sogenannten Tabletten
(pellets) erhält, wird unter Druck in die Kavität 13 durch einen
Verteilerkanal (runner) 11 und durch ein Tor (gate) 12 gepreßt.
Der Verteilerkanal 11 und das Tor 12 gehören zum unteren Form
teil 15. Nach dem Ausformen der Kunststofform werden die elek
trischen Anschlüsse 6 der Umhüllung 5 vom Rahmen des Bauelemente
trägers 1 getrennt und zu ihrer endgültigen Form gebogen. Auf
diese Weise erhält man das Kunststoff-ummantelte Halbleiter-Bau
element 7, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 2 be
zeichnet einen Führungsschlitten (cradle), das Bezugszeichen 3
bezeichnet eine Führungsöffnung (pilot aperture), das Bezugs
zeichen 4 bezeichnet eine Klammer (pinch).
Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Spritz-Form-
Vorrichtung, wie sie in dem oben beschriebenen Verfahren zur Her
stellung einer Umhüllung von Halbleitervorrichtungen benutzt
werden kann. Die Form 10 besteht aus einer oberen Hälfte 14 und
einer unteren Hälfte 15, dem Verteiler (runner) 11, den Kavitä
ten 13, einem Anguß (Verteiler) (cull) 16, der das geschmolzene
Harz aufnimmt, einem Spritzkolben 17, der einen Druck ausübt auf
Tabletten 18 aus wärmehärtendem Material, einem Topf 19, in dem
der Spritzkolben 17 sich aufwärts und abwärts bewegt. Fig. 3
zeigt zwar nur drei Kavitäten 13, gewöhnlich werden jedoch 10
bis 200 Kavitäten in einer Form 10 vorgesehen.
In einer solchen Spritz-Form-Vorrichtung nach Fig. 3 ist die Form
10 auf etwa 180°C erwärmt. Das Harz der Tablette 18 wird durch
die Wärme der Form 10 und durch den Druck, der von dem sich ab
wärts bewegenden Spritzkolben 17 hervorgerufen wird, geschmol
zen. Der Spritzkolben 17 kann mit Hilfe einer Hydraulik aufwärts
und abwärts bewegt werden. Das geschmolzene Harz der Tablette
18 gelangt zu den Kavitäten 13 durch den Anguß 16, durch den
Verteiler 11 und durch Tore 12. Wenn das geschmolzene Harz der
Tablette 18 alle Kavitäten 13 füllt, bewegt sich der Spritzkol
ben 17 wieder aufwärts, um einen Kolbenhub zu vollenden.
Eine Spritz-Form-Vorrichtung kann sowohl eine Spritz-Preß-Vor
richtung als auch eine Spritz-Gieß-Vorrichtung sein.
Eine Umhüllung muß eine Halbleitervorrichtung gegenüber Tempe
raturänderungen, gegenüber Einwirkungen von Feuchtigkeit, gegen
über anderen äußeren Einflüssen, gegen Bruch oder gegen Änderun
gen der der Halbleitervorrichtung innewohnenden Eigenschaften
aufgrund von mechanischer Erschütterung oder Stoß schützen.
Beim Spritzformen qualitativ hochwertiger Kunststoffteile müssen
alle Einflußgrößen, die sich bei der Verarbeitung auswirken,
sorgfältig beachtet werden. Erst dadurch ist das optimale Her
stellen präziser Teile in einem engen Fertigungstoleranzbereich
gewährleistet.
Folgende Forderungen sind für das Spritzformen von Qualitäts-
Kunststoffteilen zu erfüllen:
Beim Formteil: hohe Präzision (Genauigkeit der Abmessungen, Oberflächengüte), Maßhaltigkeit im Einsatzbereich, hohe Funk tionstüchtigkeit, konstante Qualität, niedriger Herstellungs preis;
bei der Fertigung: enge Toleranzen (Abmessung, Gewicht), gerin ger Ausschuß, kurze Produktionszeiten, hoher Automatisierungs grad.
Beim Formteil: hohe Präzision (Genauigkeit der Abmessungen, Oberflächengüte), Maßhaltigkeit im Einsatzbereich, hohe Funk tionstüchtigkeit, konstante Qualität, niedriger Herstellungs preis;
bei der Fertigung: enge Toleranzen (Abmessung, Gewicht), gerin ger Ausschuß, kurze Produktionszeiten, hoher Automatisierungs grad.
Um diesen Forderungen an die Präzision von Spritz-Form-Teilen
gerecht werden zu können, sind folgende Voraussetzungen not
wendig:
kuststoffgerecht gestaltes Formteil, werkstoff- und formteil gerecht ausgelegtes Spritz-Form-Werkzeug, optimal gestaltetes Anguß- und Anschnittsystem, temperaturgeregeltes Spritz-Form- Werkzeug, der jeweiligen Kunststoff-Formmasse entsprechende Verarbeitung, reproduzierbar einstellbare Spritz-Form-Maschine, Kontrolle der Fertigteile.
kuststoffgerecht gestaltes Formteil, werkstoff- und formteil gerecht ausgelegtes Spritz-Form-Werkzeug, optimal gestaltetes Anguß- und Anschnittsystem, temperaturgeregeltes Spritz-Form- Werkzeug, der jeweiligen Kunststoff-Formmasse entsprechende Verarbeitung, reproduzierbar einstellbare Spritz-Form-Maschine, Kontrolle der Fertigteile.
Den Spritz-Form-Vorgang selbst kann man untergliedern in folgen
de Teilvorgänge:
Auf- bzw. Vorbereiten der Kunststoff-Formmasse, Zuführen der Kunststoff-Formmasse, Plastifizieren der Kunststoff-Formmasse, Füllen der Kavitäten (Formnester, Hohlräume), Erstarren des Kunststoffs im Werkzeug, Entformen und Nachbehandeln des Form teils.
Auf- bzw. Vorbereiten der Kunststoff-Formmasse, Zuführen der Kunststoff-Formmasse, Plastifizieren der Kunststoff-Formmasse, Füllen der Kavitäten (Formnester, Hohlräume), Erstarren des Kunststoffs im Werkzeug, Entformen und Nachbehandeln des Form teils.
Alle Teilvorgänge innerhalb des Spritz-Form-Prozesses können
wesentliche Einflußgrößen für den Arbeitsablauf sein. Es ist
daher wichtig, daß diese Vorgänge konstant gehalten werden, um
eine kontinuierliche Fertigung bei gleichbleibender Teilequali
tät sicherzustellen. Alle einmal eingestellten Verarbeitungspa
rameter sollten sich daher nicht verändern und sollten jederzeit
wieder reproduzierbar sein.
Für die Massenfertigung von elektronischen Bauelementen werden
an das Werkzeug folgende wesentliche Anforderungen gestellt:
Erzielung hoher Stückzahlen pro Zeit, geringe Störanfälligkeit
und geringer Verschleiß, hohe Kunststoffausnutzung, Homogenität
der Ummantelungsmasse und Qualität der mit einer Umhüllung ver
sehenen elektronischen Bauelemente, geringe Kosten des Werkzeugs,
innovative Technik zur Anwendung des Werkzeugs auch für die
fernere Zukunft. Zur Massenfertigung von elektronischen Bauele
menten kommen Werkzeuge in Betracht, die das simultane An
spritzen zahlreicher Kavitäten zulassen.
Bei der Konstruktion eines Spritz-Form-Werkzeugs für elektro
nische Bauelemente müssen folgende wichtige Punkte geklärt sein:
Zahl der simultan zu fertigenden Bauteile (Zahl der Formnester),
Anordnung der Formnester, Geometrie der Kavitäten, Anspritztech
nik und Anspritz-Geometrie. Zur Anspritztechnik und Anspritz-
Geometrie gehören Überlegungen, ob ein separater Auswurfkörper
mit einer Sollbruchstelle zwischen Verteiler (runner) und An
spritzkörper gewählt werden soll oder ob der Anspritzkörper
nach dem Ausformen am Verteiler (runner) bleiben soll und wie
groß die Anzahl der Anspritzungen (Monoplunger, Multiplunger)
sein soll.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Formmasse
bestimmen wesentlich die Taktzeit wie auch die Geometrie des
Werkzeugs. So wird die Taktzeit hauptsächlich durch die Härte
zeit der Formmasse und die anfallende Reinigungszeit des Werk
zeugs festgelegt. Die Reinigungszeit des Werkzeugs kann durch
entsprechende Wahl des Werkzeug-Materials, der Werkzeug-Ober
fläche und Werkzeug-Geometrie als auch durch die Wahl besser
entformbarer Formmassen minimiert werden.
Die Kunststoffausnutzung ist abhängig vom Verteiler (runner)-
Volumen, von der Anspritzart (Mono- oder Multi-Plunger) sowie
vom Volumen des verbleibenden Anspritzkörpers. Das Verteiler
volumen hängt auch von der Anspritzart ab. Zur Anspritzung von
mehreren Kavitäten mit Hilfe einer einzigen Kunststoff-Tablette
18 muß, um dem erhöhten Massestrom pro Zeiteinheit Rechnung zu
tragen, der Querschnitt des Verteilers vergrößert werden.
Das Volumen der Kunststofftablette 18 geht auch über den Durch
messer und die Höhe des verbleibenden Anspritzzylinders in die
Berechnung der Kunststoffausnutzung ein.
Der Tablettendurchmesser ist bei gleicher Taktzeit wesentlich
für die Wärmeübertragung zwischen dem Werkzeug (Spritz-Form-Vor
richtung) und der Kunststofftablette 18 und damit für den in
nerhalb der Kunststofftablette 18 erzeugten Temperaturgradien
ten verantwortlich.
Der Temperaturgradient führt zu unterschiedlicher Formmassen-
Viskosität und zu unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit
des Kunststoffes. Dies kann sich insbesondere bei mit kristal
linem Quarz gefüllter Formmasse ungünstig auf den Verschleiß
(Abrasion) des Werkzeugs auswirken. Zur Verminderung des Tem
peraturgradienten innerhalb der Kunststofftablette 18 kann die
Taktzeit erhöht werden oder der Durchmesser der Kunststofftab
lette 18 verkleinert werden. Ein kleinerer Durchmesser der
Kunststofftablette 18 führt jedoch zu einer größeren Höhe der
Kunststofftablette 18, wobei das Verhältnis zwischen Durchmes
ser und Höhe der Kunststofftablette 18 bei gleichem Volumen
des Topfes 19 aus Tablettierungsgründen nicht beliebig variiert
werden kann. Ein kleinerer Durchmesser der Kunststofftablette
18 bewirkt schließlich über den entsprechend kleineren Durchmes
ser des Anspritzkörpers eine höhere Kunststoffausnutzung.
Das System Werkzeug-Kunststoff ist deshalb so komplex, weil die
Parameter der zu berücksichtigenden Größen wie z.B. der Kunst
stoffausbeute nicht unabhängig voneinander sind.
Spritzformteile mit hohem Qualitätsniveau wie kleine Toleranzen,
hohe mechanische Werte, saubere Oberfläche, möglichst wenig in
nere Spannungen, einwandfreie Langzeitstabilität, gute optische
Werte, günstige elektrische Werte, usw. erfordern umfangreiche
Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen dem Spritzformprozeß
und der Formteilqualität.
Beim Spritzformen zum Formen von Gegenständen aus Kunststoff
in einer Form drückt ein Kolben die Kunststoffmasse durch eine
Düse oder durch einen Zylinder. Zwischen Kolben und Kolbenbuch
se besteht aus technischen Gründen ein Luftspalt (Kolbenspiel).
Aufgrund des hohen Spritzdrucks bei der Düsenanspritzung wird
die Kunststoffmasse zwischen Kolben und Kolbenbuchse gedrückt
und bildet dort den sogenannten Flash (Kunststoffhaut). Beim
Einfahren des Kolbens in die Buchse und beim Heraustransportie
ren des Auswurfkörpers aus der Buchse mittels Schwalbenschwanz
führt dieser Flash zum Verschleiß von Kolben und Buchse.
Bisher war man wegen dieses Verschleißproblems gezwungen, den
Kolben wie auch die Buchse nach kurzer Betriebszeit zu wechseln.
Dabei ergaben sich hohe anfallende Ausfallzeiten und hohe Kosten,
insbesondere bei Austausch der Buchse. Die Fertigungsstabilität
war gering. Aufgrund des Abblätterns von Flash-Partikeln ergab
sich eine starke Verschmutzung des Werkzeugs, die zu Folgefeh
lern führt, welche ihrerseits Ausfallzeiten bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kol
ben der eingangs genannten Art anzugeben, der einen geringen
Verschleiß, eine geringe Verschmutzung des Werkzeugs, eine deut
liche Stabilisierung der Fertigung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kolben nach dem
Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung beruht auf einem über dem
Schwalbenschwanz befindlichen Ring, der den Kolben gegenüber
der Kolbenbuchse hermetisch abschließt, so daß auch bei hohem
Spritzdruck kein Flash zwischen Kolben und Buchse entstehen kann.
Dadurch ergeben sich praktisch keine Stillstandzeiten aufgrund
von Buchsenverschleiß. Der Kunststoffring ist in wenigen Minuten
austauschbar. Die Kosten sind insgesamt gering. Die Verschmutzung
des Werkzeugs ist gering. Die Fertigung ist deutlich stabili
siert.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Bauelementeträger eingelegt in eine Form
kavität.
Fig. 2 zeigt ein mit einer Umhüllung versehenes elektronisches
Bauelement.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Spritz-Form-
Vorrichtung nach dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt Kolben und Kolbenbuchse nach dem Stand der Technik.
Fig. 5 zeigt Kolben und Kolbenbuchse nach der Erfindung.
Fig. 6 zeigt Kolben und Kolbenbuchse nach der Erfindung.
Fig. 7 zeigt Kolben und Kolbenbuchse nach dem Stand der Technik.
Fig. 8 zeigt Kolben und Kolbenbuchse nach der Erfindung.
Fig. 9 zeigt Kolben und Spritzdüse nach dem Stand der Technik.
Fig. 10 zeigt Kolben und Spritzdüse nach der Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine Spritzformeinrichtung mit einer Nachheizein
richtung nach der Erfindung.
Fig. 4 zeigt einen Spritzkolben 17 und eine Spritzbuchse (Topf)
19. Beim Spritzpressen zum Formen von Gegenständen aus wärme
härtendem Harz in einer Form drückt ein Kolben 17 die Kunst
stoffmasse durch eine Spritzdüse oder durch einen Spritzzylin
der. Zwischen Kolben 17 und Kolbenbuchse 19 besteht aus tech
nischen Gründen ein Luftspalt (Kolbenspiel).
Aufgrund des hohen Spritzdrucks bei der Düsenanspritzung wird
die Kunststoffmasse zwischen Kolben 17 und Kolbenbuchse 19 ge
drückt und bildet dort den sogenannten Flash (Kunststoffhaut).
Beim Einfahren des Kolbens 17 in die Kolbenbuchse 19 und/oder
beim Heraustransportieren des gehärteten Auswurfkörpers aus der
Kolbenbuchse 19 mittels Schwalbenschwanz 20 führt dieser Flash
zum Verschleiß von Kolben 17 und Buchse 19.
Bisher war man wegen dieses Verschleißproblems gezwungen, den
Kolben 17 wie auch die Buchse 19 nach kurzer Betriebszeit zu
wechseln. Dabei ergeben sich hohe anfallende Ausfallzeiten des
Spritz-Form-Werkzeugs und hohe Kosten, insbesondere bei Aus
tausch der Buchse 19. Die Fertigungsstabilität ist gering. Dünne
Flash-Plättchen (5-10 Mikrometer) werden mit dem Kolbenhub nach
oben transportiert und verschmutzen das Werkzeug. Wenn solche
Flash-Plättchen auf eine Lichtschranke fallen, welche z.B. den
Bandtransport mit den auf dem Band angeordneten Halbleiterchips
oder andere Einrichtungen oder Gegenstände kontrolliert, führt
die Verschmutzung des Werkzeugs zu Folgefehlern, die Ausfallzei
ten des Werkzeugs bewirken.
Fig. 5 zeigt einen Kolben 17 und eine Buchse 19 nach der Erfin
dung. Ein auf einem über dem Schwalbenschwanz 20 befindlicher
Ring 21 schließt den Kolben 17 gegenüber der Kolbenbuchse 19
hermetisch ab, so daß auch bei hohem Spritzdruck kein Flash
zwischen Kolben 17 und Buchse 19 entstehen kann. Der Ring 21
darf sich nicht zu sehr abreiben, aber ein gewisser Verschleiß
muß doch vorhanden sein. Das Material des Rings 21 muß inert
sein und den hohen Temperaturen des Werkzeugs standhalten kön
nen. Der Ring 21 kann aus einem weichen Metall, z.B. aus Kupfer
sein. Der Ring 21 kann aus Kunststoff bestehen. Der Ring 21
kann aus Polyimid bestehen. Der Ring 21 muß weicher sein als
das Material der Buchse 19 und muß abdichten.
Ein Ring 21 eignet sich sowohl für eine Spritzdüse als auch für
einen Spritzzylinder. Bei einer Spritzdüse ist der entstehende
Druck im allgemeinen viermal so hoch wie bei einem Spritzzylin
der.
Der Ring 21 bewirkt folgende Vorteile: keine Stillstandzeiten
durch Buchsenverschleiß, der Kunststoffring ist in sehr kurzer
Zeit austauschbar, minimale Kosten, geringe Verschmutzung des
Werkzeugs, insbesondere geringe Verschmutzung bewegter Teile
des Werkzeugs, deutliche Stabilisierung der Fertigung, prak
tisch keine Abschmirgelung von Kolben 17 und Buchse 19 durch
Flash, zusätzlich auch deutlich geringere Abschmirgelung von
Kolben 17 und Buchse 19 durch den nach oben zu transportieren
den, bereits gehärteten Auswurfkörper.
Der Ring 21 soll möglichst nahe am Schwalbenschwanz 20 angeord
net sein. Überraschenderweise vermindert der Ring 21 eine Ver
unreinigung am unteren Ende des mit einem Schwalbenschwanz 20
versehenen Kolbens 17.
Fig. 6 zeigt einen Kolben 17 und eine Buchse 19 nach der Erfin
dung. Beim Spritzpressen zum Formen von Gegenständen aus wärme
härtendem Harz in einer Form drückt der Kolben 17 die Kunststoff
masse in den Verteiler (cull) 16. Eine Kunststofftablette 18
wird in die Buchse 19 eingeführt. Die Luft im Buchsenraum ober
halb der Tablette 18 kann bei einem Werkzeug nach dem Stand der
Technik (Fig. 7) nicht entweichen und wird beim Einfahren des
Kolbens 17 komprimiert. Dies führt zu Lufteinschlüssen im Kunst
stoff und damit zur Beeinträchtigung der Produktqualität.
Oberhalb der Tablette 18 sind in der Buchse 19 Entlüftungslöcher
22 vorhanden. Dadurch wird der Buchsenraum entlüftet, so daß
die im Buchsenraum zunächst beim Einfahren des Kolbens 17 vor
handene Luft keine Lufteinschlüsse im Kunststoff hervorrufen
kann. Die Produktqualität ist verbessert, der Prüfaufwand hin
sichtlich der Produktqualität ist reduziert.
Die Entlüftungslöcher 22 können unmittelbar über der üblicher
weise verwendeten Kunststofftablette 18 angeordnet sein. Wenn
die Kunststofftablette 18 einen Durchmesser von 12 mm, der Kol
ben 17 einen Durchmesser von 13 mm, die Buchse 19 oberhalb der
Entlüftungslöcher 22 eine Höhe von 10 cm, die Tablette 18 eine
Höhe von 1,5 cm aufweist, so können die Entlüftungslöcher 22
einen Durchmesser von 1-2 mm aufweisen. Es können 1-4 Ent
lüftungslöcher 22 vorhanden sein. Durch wenigstens eines der
Entlüftungslöcher 22 kann zusätzlich Luft aus dem Buchsenraum
abgesaugt werden. Zu diesem Zweck kann mindestens ein Entlüf
tungsloch 22 mit einem Gewinde zum vorteilhaften Absaugen von
Luft aus dem Buchsenraum versehen sein.
Der Verteiler 16 kann ein Zylinder oder eine Düse sein.
Fig. 7 zeigt einen Kolben 17 und eine Buchse 19 nach dem Stand
der Technik. Beim Spritzpressen zum Formen von Gegenständen aus
wärmehärtendem Harz in einer Form drückt ein Kolben 17 die
Kunststoffmasse 18 in den Verteiler (cull) 16. Eine Kunststoff
tablette 18 wird in die Buchse 19 eingeführt. Der Zylinderteil
der Buchse 19 ist nach dem Stand der Technik stets länger als
die Höhe der Tablette 18, so daß der Kolben 17 den Weg 1 zurück
legen muß, bevor ein Gegendruck durch den Kunststoff 18 aufge
baut wird.
Die Luft im Buchsenraum oberhalb der Tablette 18 kann nicht
entweichen und wird komprimiert. Dies führt zur qualitativen
Beeinträchtigung des Produkts infolge von Lufteinschlüssen im
Kunststoff.
Der Verschleiß von Kolben 17 und Kolbenbuchse 19 ist bei dieser
Zylindergeometrie sehr groß. Neben den Herstellkosten für Kol
ben 17 und Buchse 19 fallen die insbesondere bei einem Austausch
der Buchse 19 anfallenden Stillstandzeiten der Spritz-Form-Vor
richtung ins Gewicht.
Aufgrund des Absenkens der Werkzeug-Temperatur beim Austausch
von Kolben 17 und/oder Buchse 19 besteht die Gefahr eines Ver
satzes der Kavitäten-Leisten und damit die Gefahr eines Still
stands des Werkzeugs.
Fig. 8 zeigt einen Kolben 17 und eine Buchse 19, die aus einem
Konus 23 und einem Zylinder 24 besteht. Der Konus 23 reicht
von Punkt A zu Punkt B. Lediglich von Punkt B bis Punkt C be
sitzt die Buchse 19 die Form eines Zylinders 24. Durch diese
Gestalt der Buchse 19 wird der Verschleiß von Kolben 17 und
Kolbenbuchse 19 deutlich vermindert und zusätzlich kann die
Luft im Buchsenraum entweichen. Die Stillstandzeiten des Werk
zeugs, insbesondere bei einem Austausch der Buchse 19, werden
durch die nunmehr hohen Zeiten, während der ein Kolben-Buchsen-
System ohne Auswechslung zur Verfügung steht, minimiert, die
Fertigungssicherheit und Fertigungsplanung werden verbessert,
die Produktqualität wird erhöht und der Prüfaufwand wird re
duziert.
Die Höhe des Konus 23 ist größer als die Höhe des Zylinders
24. Die Höhe des Konus 23 ist insbesondere doppelt so groß wie
die Höhe des Zylinders 24. Vorteilhafterweise ist die Höhe des
Konus 23 fünfmal so groß wie die Höhe des Zylinders 24. Wenn
die Entfernung zwischen den Punkten B und C 2 cm beträgt, kann
die Entfernung zwischen den Punkten A und B 10 cm betragen. Der
Verteiler (cull) 16 kann ein Zylinder oder eine Düse sein.
Fig. 9 zeigt eine Spritzdüse nach dem Stand der Technik. Beim
Spritzpressen zum Formen von Gegenständen aus wärmehärtendem
Harz in einer Form drückt ein Kolben 17 die Kunststoffmasse 18
durch eine Spritzdüse 25. Nach Härtung des Kunststoffs wird
der Auswurfkörper mittels Schwalbenschwanz 20 im Kolben 17 durch
Ausfahren des Kolbens 17 aus der Buchse 19 entfernt. Die bis
herige Düsengeometrie führt zu unkontrollierbaren Abrissen im
Auswurfkörper während des Transports des Auswurfkörpers aus der
Buchse 19 heraus.
Dies hat eine Reihe gravierender Nachteile für den Fertigungs
fluß zur Folge: Stillstandzeiten infolge Zyklus-Unterbrechung;
Operator muß manuell die Bruchstücke, die aus dem Auswurfkörper
entstanden sind, aus dem Werkzeug entfernen, wodurch erhebliche
Beschädigungsgefahr der Düse 25 und der Kavitätenleisten ent
steht; Beschädigung des Werkzeugs, insbesondere der Kavitäten
leisten, durch Bruchstücke des Auswurfkörpers führt zu großen
Stillstandzeiten des Werkzeugs und zu hohen Kosten; infolge zu
häufiger Abrisse bei den Auswurfkörpern ist keine gleichzeitige
Bedienung von mehreren Maschinen möglich; infolge großer An
spritzung entstehen hohe Kunststoffkosten durch geringe Kunst
stoffausbeute; infolge großer Anspritzung ergibt sich eine hohe
Zykluszeit; infolge ungenügender Tablettenerwärmung ergibt sich
eine ungünstige rheologische Anspritzung; große, bröselige
Tabletten (beispielsweise Durchmesser einer Tablette von 20 mm
bei einem Gewicht von 13 g); eine Stückzahlplanung in der Fer
tigung ist mit hoher Ungenauigkeit behaftet.
Fig. 10 zeigt eine Spritzdüse 27 nach der Erfindung. Infolge
einer Änderung der Geometrie der Anspritzdüse 27 ist das
Volumen des Auswurfkörpers reduziert und die Form des Auswurf
körpers wird bauchiger. Infolgedessen treten Abrisse im Aus
wurfkörper nicht mehr auf. Vom Inneren der Spritzdüse 27 aus
gesehen besitzt die Spritzdüse 27 eine konkave Form.
Zwischen Spritzdüse 27 und Verteiler 16 befindet sich eine Soll
bruchstelle 26, an der der gehärtete Auswurfkörper von dem im
Verteiler 16 gehärteten Kunststoff abbricht. Die Spritzdüse 27
trifft auf die Sollbruchstelle 26 unter einem Winkel auf, der
weniger als 45°, insbesondere weniger als 35° beträgt.
Die Spritzdüse 27 ermöglicht weiterhin eine wirtschaftliche
Verwendung von Spritzdüsen und damit auch eine günstige Ver
teiler- und Kavitätengeometrie.
Die Spritzdüse 27 ermöglicht folgende Vorteile: keine Still
standzeiten infolge "Kegelabriß" beim Auswurfkörper; Mehr-Ma
schinenbedienung gleichzeitig möglich; 60% Kunststoffeinsparung;
keine Beschädigungsgefahr des Werkzeugs (Düse, Kavitätenleisten)
infolge von Bruchstücken bzw. durch manuelles Eingreifen des
Operators; Produktivitätssteigerung um 21% durch Reduzierung
der Zykluszeit; günstigere Tablettengröße und günstigere mecha
nische Stabilität der Tablette 18, die beispielsweise einen
Durchmesser von 12 mm und ein Gewicht von 2,6 g haben kann;
Tablettenlogistik und Entsorgungslogistik günstiger infolge
eines um 60% geringeren Verbrauchs bei der Kunststoffmasse;
bessere rheologische Eigenschaften infolge höherer Vorwärmung
der Tabletten 18; höhere Fertigungssicherheit bewirkt genauere
Fertigungsplanung.
Da die Tablette 18 bei der Spritzdüse 27 eine kleinere Masse
besitzt, läßt sich die Tablette 18 schneller vorwärmen.
Fig. 11 zeigt eine Spritz-Form-Vorrichtung 28 mit einer Nachheiz
einrichtung 30 nach der Erfindung. Die Zykluszeit beim Spritz
formen soll ohne Beeinträchtigung der Produktqualität reduziert
werden. Eine Verminderung der bisherigen Zykluszeit führte zur
ungenügenden Aushärtung des Kunststoffes und damit zu nicht
bestandenen Qualitätstests von Produkten. Die Nachheizeinrich
tung 30 ermöglicht einen mit dem Umhüllvorgang gekoppelten, zu
sätzlichen Tempervorgang, bei dem auf einem Transportband 29 an
geordnete, Kunststoff-ummantelte Produkte durch einen Ofen 30
transportiert werden. Die Temperatur in der Nachheizeinrichtung
entspricht dabei derjenigen Temperatur, bei der üblicherweise
die Umhüllungen in der Spritz-Form-Vorrichtung 28 aushärten.
Die Nachheizeinrichtung 30 ist vorteilhafterweise direkt mit
der Spritzformvorrichtung 28 gekoppelt. Dies bedeutet, daß die
Produkte auf dem Transportband 29 aus der Spritz-Form-Vorrich
tung 28 unmittelbar in die Nachheizeinrichtung 30 transportiert
werden. Die Nachheizeinrichtung 30 ist besonders vorteilhaft
bei der Aushärtung eines mit Quarzgut gefüllten Epoxid-Harzes.
Eine verminderte Zykluszeit ohne Nachheizeinrichtung 30 stößt
wegen der niedrigen Glastransformationstemperatur insbesondere
bei mit Quarzgut gefülltem Harz auf Schwierigkeiten. Eine Vor
richtung nach Fig. 11 ermöglicht eine Erhöhung der Stückzahl
leistung pro Zyklus um 21%. Die Zykluszeit wird beispielsweise
um 20 Sekunden auf 75 Sekunden bei gleich guter Qualität der
Produkte reduziert. Die Nachheizeinrichtung 30 kann beispiels
weise eine übliche Heizeinrichtung (elektrischer Heizstab, In
frarotstrahler, Konvektionsofen usw.) aufweisen. Die Nachheiz
einrichtung 30 kann jede Form von Heizeinrichtung aufweisen,
die zum Vorwärmen von Tabletten 18 bekannt ist.
Die erfindungsgemäßen Merkmale können miteinander in beliebiger
Reihenfolge kombiniert werden.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung beim Spritzpressen
Als Kunststoffmasse zum Spritzformen kann jedes Material ver
wendet werden, das dem Fachmann zu diesem Zweck als geeignet
erscheint.
In Fig. 10 ist das Unterteil der Düse 27 halbkreisförmig darge
stellt. Das Unterteil der Düse 27 muß im Inneren der Düse 27
nicht halbkreisförmig sein. Vorteilhafterweise besitzt das Un
terteil der Düse 27 im Inneren der Düse 27 ein möglichst klei
nes Volumen, eine gute Entformbarkeit und eine möglichst kleine
Auflagefläche des Auswurfkörpers auf der Innenfläche der Düse
27.
Besonders vorteilhaft ist die konkave Form des Innenteils der
Düse 27 für die Verwendung von Duroplasten als Kunststoff-Ma
terial, weil diese konkave Form ein Optimum bietet hinsichtlich
Rheologie, Entformung, Stabilität sowohl des Werkzeuges als
auch Stabilität des Anspritzkörpers und hinsichtlich Kunst
stoffeinsparung. Vorteilhafterweise besitzt das Unterteil der
Düse 27 im Inneren der Düse 27 eine Form zwischen einer halb
kreisförmigen Form und einer Rechteckform.
Der Querschnitt der Düse 27 muß nicht kreisförmig sein. Ein
ellipsenartiger Querschnitt der Düse 27 kann vorteilhaft sein
hinsichtlich der Zugfestigkeit eines Schwalbenschwanzes 20.
Claims (4)
1. Kolben (17) für eine Spritz-Form-Vorrichtung, bei der der
Kolben (17) in einer Buchse (19) bewegbar ist, um Kunststoff-
Material (18), welches in die Buchse (19) geladen ist, un
ter Druck zu setzen und das Kunststoff-Material (18) wenig
stens teilweise in mindestens einen Hohlraum, der mit der
Buchse (19) kommuniziert, zu übertragen, mit einer Einrichtung
(20), die an demjenigen Ende des Kolbens (17), der auf das
Kunststoff-Material (18) auftrifft, angeordnet ist zum Heraus
transportieren eines Auswurfkörpers aus der Buchse (19) ,
gekennzeichnet durch einen Ring (21), der ober
halb der zum Heraustransportieren des Auswurfkörpers vorgesehe
nen Einrichtung (20) angeordnet ist zum dichten Abschluß des
Kolbens (17) gegenüber dem Inneren der Buchse (19).
2. Kolben (17) nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ring (21) so nah wie möglich an der
Einrichtung (20), die zum Heraustransportieren des Auswurfkör
pers vorgesehen ist, angeordnet ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch einen Ring (21) aus Kunststoff.
4. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch einen Ring aus einem Metall.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883811798 DE3811798A1 (de) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Kolben fuer eine spritz-form-vorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883811798 DE3811798A1 (de) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Kolben fuer eine spritz-form-vorrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3811798A1 true DE3811798A1 (de) | 1989-10-19 |
Family
ID=6351621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883811798 Withdrawn DE3811798A1 (de) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Kolben fuer eine spritz-form-vorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3811798A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1026000C2 (nl) * | 2004-04-22 | 2005-10-25 | Fico Bv | Plunjer, omhulinrichting en werkwijze voor het afdichten van een aansluiting van een plunjer op een plunjerbehuizing. |
-
1988
- 1988-04-08 DE DE19883811798 patent/DE3811798A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1026000C2 (nl) * | 2004-04-22 | 2005-10-25 | Fico Bv | Plunjer, omhulinrichting en werkwijze voor het afdichten van een aansluiting van een plunjer op een plunjerbehuizing. |
WO2005102658A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-11-03 | Fico B.V. | Plunger, encapsulating device and method for sealing a fitting of a plunger on a plunger housing |
US9174374B2 (en) | 2004-04-22 | 2015-11-03 | Besi Netherlands B.V. | Plunger assembly system |
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