DE3912426A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von mehrkomponentenspritzgiessteilen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von mehrkomponentenspritzgiessteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Mehrkomponentenspritzgießteilen, bei dem einzelne Komponenten des
Kunststoffes über getrennt angeordnete Spritzzylinder einer
Spritzkopfdüse zugeführt werden und eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens mit einer am Spritzkopf angeordneten Spritzkopfdüse,
die mit mindestens zwei unabhängigen Spritzzylindern über Kanäle in
Verbindung steht und in dem koaxial zur Achse der Spritzkopfdüse eine
Ringdüse sowie eine Zentraldüse angeordnet sind.
Aus der DE-OS 22 59 818 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine
axial verschiebbare Nadel in einer durch den Spritzkopf geführten Hülse
angeordnet ist. Die Bohrung des Spritzkopfes bzw. die Bohrung der Hülse
bilden die Nachstellung der Hülse die Zentrale Düse. Hülse und
Schließnadel bilden ihre Schließstellung einen Teil der Innenwandung
der Spritzgußform.
Das bei dieser bekannten Vorrichtung sich im Spritzkopf während des
Gießens befindende Kunststoffvolumen ist relativ hoch. Bei längeren
Verweilzeiten im Spritzkopf verkrackt das Kunststoffmaterial und setzt
die Bohrungen im Spritzkopf zu.
Beim Schließen der Zentraldüse durch axiales Bewegen der Nadel oder der
Hülse wird die zwischen dem Spritzzylinder und der Düse sich befindende
Kunststoffmasse komprimiert. In nachteiliger Weise wird die Masse unter
hohem Druck eingeschlossen. Dazu kommt, daß das Absperren der Regel
schlagartig erfolgt. Die Folge hiervon ist, daß gerade im kritischen
Bereich der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Kopf jedes
Schneckenzylinders und der Auflagefläche am Spritzkopf
Kunststoffmaterial austritt. Hierdurch wird der Anlagensitz
verunreinigt. Diese Verunreinigungen fördern Leckagen im Bereich der
Düsenanlagensitze.
Die axialen Bewegungen der Nadel sowie der Hülse erfordert eine
ausreichende Fassung in den Lagerflächen. Durch die Schließ- und
Öffnungsbewegung tritt in den Fassungsflächen Verschleiß auf mit der
nachteiligen Folge, daß Material zwischen die Berührflächen eindringt
und die Verschleißrate erhöht. Hinzu tritt, daß Kunststoffmaterial auf
der der Düse abgewandten Seite der Nadel und der Hülse austritt und sich
im Bereich der Betätigungselemente aufbaut. So werden bereits nach
kurzer Zeit die Schließelemente, insbesondere die bei der bekannten
Vorrichtung vorgesehenen Federn, verschmutzt und neigen zu Brüchen.
Die Nadel der bekannten Vorrichtung lehnt sich mit ihrem rückwärtigen
Ende an den Schließmechanismus an. Sie ist somit nur in Schließrichtung
kraftschlüssig geführt, aber nicht definiert rückholbar. Das
Zurückbewegen der Nadel wird durch den Massedruck des Kunststoffs
bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens zu finden, bei dem mit einfachen baulichen
Mitteln und in instandhaltungsfreundlicher Weise das Herstellen
qualitativ hochwertiger Mehrkomponentenspritzgießteile ermöglicht wird
und betrieblich bedingte Betriebsunterbrechungen sicher beherrscht
werden.
Die Erfindung löst diese Probleme mit den kennzeichnenden Merkmalen der
Ansprüche 1 und 4.
Durch axiales Verschieben und die Möglichkeit des gleichzeitigen
Verdrehens der Hülse der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die
Einzelkomponenten fein dosiert der Spritzkopfdüse zugeführt werden. Bei
beiden Bewegungen der Hülse wird der Massestrom beim Austritt aus den
Kanälen des Spritzkopfes ausschließlich geschert. In vorteilhafter
Weise werden Druckstöße, die beim Öffnen von Kanälen durch axiales
Bewegen von Stöpfen oder ähnlichem auftreten durch dieses
Abscheren nicht in das rückwärtige Zuführsystem eingeleitet.
Durch die Kombination von Dreh- und Schiebebewegung der Hülse werden
die Einzelkomponenten völlig unabhängig voneinander von der kompletten
Absperrung bis zum totalen Öffnen des Massestromes mengenmäßig
beeinflußt.
In dem Spritzkopf sind beliebig viele Kanäle mit angeschlossenen
Schneckenzylindern und in der Hülse entsprechend viele Bohrungen bzw.
Absätze vorsehbar. Durch Anzahl, Form und Anordnung der Hülsenbohrungen
bzw. Absätze sind mehr als zwei Einzelkomponenten der Spritzkopfdüse
zuführbar, so sind bis zu beispielsweise acht Komponenten technisch
realisierbar.
Die Dosierung der Einzelströme erfolgt stufenlos durch Bewegung der
Hülse. Eine besonders feinfühlige Bewegung läßt sich durch die
Drehbewegung der Hülse erreichen, da mit einfachen Mitteln, nämlich
durch Anordnung eines ausreichend langen Hebelarms und die damit
ausnutzbare Übersetzung höchste Genauigkeiten zu erzielen sind.
Die unterschiedlichen Mengenströme der Einzelkomponenten verweilen je
nach eingestellter Dosierung zeitlich unterschiedliche lange in der
Spritzvorrichtung. In Abhängigkeit von der Verweilzeit und dem
Abschergrad beim Dosieren wird der Kunststoff unterschiedlich erwärmt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur der Komponenten bei
allen Betriebszuständen sicher geführt. Durch Erwärmen oder Kühlen der
Einzelkomponenten nach Verlassen der Schneckenzylinder wird der
Kunststoff mit der gewünschten Temperatur dem Spritzkopf zugeführt. So
wird beispielsweise bei komplettem Absperren eines Volumenstroms diese
Einzelkomponente gekühlt, um ein Verkracken zu verhindern. Bei erneutem
Anfahren des Volumenstroms ist dieser kurzfristig und gezielt
erwärmbar.
Die Feineinstellung der Temperatur des Kunststoffes wird durch
Dissipation erreicht. Hierzu wird die Kunststoffmasse zwischen der
Stirn innerhalb des Spritzkopfes und der Stirnfläche des Nadelkopfes
geschert. Durch axiale Bewegung wird die Nadel von der Spritzkopfdüse
wegbewegt und diese geöffnet. Durch mechanisch exakt geführte
Verstellelemente ist eine Feinstdosierung der Axialbewegungen und damit
des Scherspaltes möglich.
Einfluß auf die Temperatur des Kunststoffes wird über Wärmetausch und
durch Scheren der Masse genommen. Die für die Regelung erforderlichen
Meßdaten werden durch Temperaturfühler gewonnen, die in unmittelbarer
Nähe der Spritzkopfdüse bzw. der Kanäle des Spritzkopfes angeordnet
sind.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der Fig. 1 dargelegt.
Die Fig. 1 zeigt Teile von zwei Schneckenzylindern 10, 20, deren
Mündung sich gegen Wärmetauscherelemente 11, 21 lehnt. Die
Wärmetauscherelemente 11, 21 weisen Kanäle auf, die die Austritte 16, 26
der Schneckenzylinder 10, 20 mit Eintritten 17, 27 eines Spritzkopfes 30
verbinden. Die Wärmetauscherelemente 11, 21 weisen
dabei zylindrische Körper 13, 23 auf, die lösbar in den Gehäusen 18, 28
angeordnet sind. In den Zylinder 13, 23 sind Kanäle 12, 22 für das
Wärmemedium eingebracht. Im Zylinderaußenmantel 14, 24 ist eine
spiralförmige Rille 16, 26 eingearbeitet. In der Zeichnung ist
vereinfacht nur ein Teil der Spirale gezeichnet. In den Gehäusen 18, 28
sind Thermoelemente 72, 73 in der Nähe zum Eintrittspritzkopf 17, 27
angeordnet.
Die Eintritte zum Spritzkopf 17, 27 führen zu den Kanälen 31, 32, die
in der Bohrung 34 münden. Im Zentrum der Bohrung 34 ist die
Spritzkopfdüse 33 angeordnet. Die Achse II des Kanals 31 und die Achse
III des Kanals 32 sind senkrecht zur Mittenachse I angeordnet. Der
Abstand der Mittenachsen II und III ist so gewählt, daß ein Absperren
durch eine in der Bohrung 34 angeordnete Hülse 41 unabhängig
voneinander möglich ist. Der Parallelabstand der Mittenachse II und III
ist dabei größer als die Summe der Radien der Kanäle 31, 32. Die
koaxial zum Spritzkopf 30 innerhalb der Bohrung 34 vorgesehene Hülse 41
besitzt eine Hülsenbohrung 42. Im Kopfbereich der Hülse 41 ist ein
Absatz 43 vorgesehen in einer Größe, die ein bequemes Fließen des
Materialstroms vom Kanal 31 zur Spritzkopfdüse 33 erlaubt. Die Länge
des Absatzes 43 ist so gewählt, daß durch axiales Verschieben der Hülse
41 der Kanal 31 geschlossen werden kann, ohne daß die Hülsenstirnfläche
47 sich gegen die Stirn 35 des Spritzkopfes 30 lehnt.
In der Wand 46 der Hülse 41 ist in dem dem Kopf abgewandten Hülsenteil
anschließend an den Absatz 43 ein Durchtritt 44 vorgesehen. Der
Durchtritt 44 besitzt die Form eines Langloches mit einem Durchmesser
der Schmalseiten, die den Durchmesser des Kanals 32 entspricht.
An der Hülse 41 sind Steuerelemente 48 vorgesehen, mit denen die Hülse
sowohl axial bewegt, wie auch um die Mittenachse I verdreht werden
kann.
Die Innenbohrung 34 des Spritzkopfes 30 und die Außenwand des Absatzes
43 der Hülse 41 bilden die Ringdüse 40.
Innerhalb der Hülsenbohrung 42 der Hülse 41 ist eine Nadel 51
vorgesehen. Der Kopf der Nadel 51 ist als Halbkugel 53 ausgebildet. An
die Halbkugel 53 schließt sich eine Zylinderfläche 54 an, deren
Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Hauptkörpers der Nadel
51. Vorzugsweise beträgt dieser Durchmesser das 0,9-fache des
Durchmessers der Hülsenbohrung 42, die nur geringfügig größer ist als
der Durchmesser der Nadel 51.
Im vorderen Bereich an die Zylinderfläche anschließend ist eine Nut 55
vorgesehen. Diese Nut 55 weist eine Länge auf, bei der auch bei
Verschieben von Nadel 51 und Hülse 41 relativ zueinander der
Materialzufluß von dem Kanal 32 durch den Durchtritt 44 gewährleistet
ist.
Am Fußende der Nadel sind Steuerelemente 56 vorgesehen, die denen die
Nadel in axialer Richtung verschiebbar ist.
Das Kopfende der Nadel 51 wird in Schließstellung mit der Außenfläche
der Halbkugel 53 gegen die Stirnfläche 35 des Spritzkopfes 30 gepreßt.
Während des Betriebes wird die Nadel 51 nur so weit axial verschoben,
daß ein Ringspalt 60 zwischen der Halbkugel 53 und der Stirnfläche 35
entsteht, so daß beim Fließen des Kunststoffmaterials auf dieses eine
Scherwirkung ausgeübt wird. Die Nadel 51 im Bereich der Zylinderfläche 54
und der Halbkugel 53 bilden mit der Stirnfläche 35 des Spritzkopfes
30 die Zentraldüse 50. Im Spritzkopf 30 im Bereich der Spritzkopfdüse
33 ist ein Thermoelement 71 vorgesehen, das steuerungsmäßig mit dem
Steuerelement 56 der Nadel 51 in Wirkverbindung steht.
Claims (17)
1. Verfahren zum Herstellen von Mehrkomponentenspritzgießteilen, bei
dem Einzelkomponenten des Kunststoffes über getrennt angeordnete
Spritzzylinder einer Spritzkopfdüse zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mengen der Einzelkomponenten des Kunststoffes bei der
Zuführung zur Spritzkopfdüse stufenlos und voneinander unabhängig
dosiert werden und daß die Temperatur des Kunststoffes in einer
ersten Stufe nach Verlassen der einzelnen Spritzzylinder
voreingestellt und in einer zweiten Stufe unmittelbar vor Eintritt
in die Spritzkopfdüse abschließend eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der ersten Stufe die Temperatur des Kunststoffes über
Wärmetausch verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der zweiten Stufe die Temperatur des Kunststoffes durch
Dissipation, z. B. Scherung, verändert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1
bis 3, mit einer im Spritzkopf angeordneten Spritzkopfdüse, die mit
mindestens zwei unabhängigen Spritzzylindern über Kanäle in
Verbindung steht, und in dem koaxial zur Achse der Spritzkopfdüse
eine Ringdüse sowie eine Zentraldüse angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Schneckenzylindern (10, 20) und dem Spritzkopf (30) Wärmetauschelemente (11, 21) vorgesehen sind,
daß die Ringdüse (40) durch die Mantelflächen einer in den Spritzkopf eingebrachten Bohrung (34) und einer axial verschiebbaren und um die Mittelachse (I) drehbaren Hülse (41) und die Zentraldüse (50) durch die Mantelflächen einer in die Hülse (41) eingebrachten Bohrung (42) und einer axial verschiebbaren Nadel (51) begrenzt sind und
daß der Kopf der Nadel (51) im Bereich der Spritzkopfdüse (33) zur Bildung eines Ringspaltes (60) der Innenseite der Stirn (35) des Spritzkopfes (30) näherbar ist.
daß zwischen den Schneckenzylindern (10, 20) und dem Spritzkopf (30) Wärmetauschelemente (11, 21) vorgesehen sind,
daß die Ringdüse (40) durch die Mantelflächen einer in den Spritzkopf eingebrachten Bohrung (34) und einer axial verschiebbaren und um die Mittelachse (I) drehbaren Hülse (41) und die Zentraldüse (50) durch die Mantelflächen einer in die Hülse (41) eingebrachten Bohrung (42) und einer axial verschiebbaren Nadel (51) begrenzt sind und
daß der Kopf der Nadel (51) im Bereich der Spritzkopfdüse (33) zur Bildung eines Ringspaltes (60) der Innenseite der Stirn (35) des Spritzkopfes (30) näherbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauschelemente (11, 21) Zylinder (13, 23) mit Kanälen
(12, 22) für die Kühl- bzw. Wärmemedien, z. B. Wasser, aufweisen.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Außenmantel (14, 24) der Zylinder (13, 23) zum Gehäuse (18,
28) weisend spiralförmig geführte Rillen (15, 25) für den
Kunststoffstrom zwischen Austritten (16, 26) der Schneckenzylinder
(10, 20) und Eintritten zum Spritzkopf (17, 27) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gehäuse (18, 28) die Eintritte zum Spritzkopf (17, 27) mit
Kanälen (31, 32), die zur Bohrung (34) des Spritzkopfes (30)
führen, in Verbindung stehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle (31, 32) senkrecht zur Mittenachse (I) des
Spritzkopfes (30) angeordnet sind und der Parallelabstand der
Mittenachsen (II bzw. III) der Kanäle (31 bzw. 32) größer ist als
die Summe der Radien der Kanäle (31, 32).
9. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (41) kopfseitig einen Absatz (43) aufweist mit einer
Minderung des Hülsenaußendurchmessers von etwa einem Drittel der
Hülsenwanddicke (46) und einer Länge, die kleiner ist als der
Abstand von der Stirn (35) der Bohrung (34) bis zur Außenwandung
des Kanals (31) des Spritzkopfes (30).
10. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (41) einen Durchtritt (44) aufweist, der eine
Verbindung zwischen dem Kanal (32) und der Zentraldüse (50)
herstellt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchtritt (44) die Form eines Langloches aufweist mit
einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Kanals
(32) und einer Länge von mindestens dem 3-fachen des Durchmessers
des Kanals (32).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (41) zur Dreh- und Axialbewegung ein Steuerelement
(48) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die axial verschiebbare Nadel (51) eine Stirnfläche (53)
aufweist, die halbkugelförmig ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich an die Halbkugel (53) der Nadel (51) eine koaxial zur
Mittenachse (I) angeordnete Zylinderfläche (54) anschließt mit
einem Durchmesser, der etwa dem 0,9-fachen des Durchmessers (42)
der Ringdüse (40) entspricht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Kopfbereich der Nadel (51) sich an die Zylinderfläche (54)
anschließend eine Nut (55) vorgesehen ist mit einer Tiefe, die etwa
dem Radius des Kanals (32) des Spritzkopfes (30) entspricht, und
einer Länge, die größer ist als die Länge des Abstandes der
Stirnfläche (47) zur Außenwandung des Durchtritts (44) der Hülse
(41).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Nadel (51) zur Axialbewegung ein Steuerelement (56)
angreift.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß Steuerelemente (48 und 56) mit am Spritzkopf (30) und an den
Wärmetauschelementen (11, 21) vorgesehenen Thermoelementen (70)
steuerungsmäßig in Verbindung stehen.
Priority Applications (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B29C 45/16 |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: PATENTANSPRUCH 1, SPALTE 4, ZEILE 31 "Z.B." AENDERN IN "HERVORGERUFEN DURCH" |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |