DE4000766A1 - Verfahren zur kuehlung eines spritzgiesswerkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Spritz­ gießwerkzeugs zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, be­ stehend aus einer Vielzahl von Anspritzstellen und/oder Formnestern, wobei ein flüssiges Kühlmedium durch Kühlkanäle das Spritzgießwerkzeug durchströmt und wobei zumindest ein Teil der Formnester nacheinander vom Kühlmedium durchströmt werden.

Aus der EP 02 62 490 ist ein Spritzgießwerkzeug bekannt, welches mehrere Anspritzstellen, die gleichzeitig beschickt werden, enthält und das einen in einem Verbundkörper befind­ lichen Heißkanalverteiler besitzt. Der Verbundkörper setzt sich aus mehreren Platten zusammen, welche nach entspre­ chender Vorbehandlung durch Diffusionsschweißen zusammen­ gefügt werden. Ein Beispiel für ein solches Vielfach-Werk­ zeug ist in der deutschen Anmeldung Aktenzeichen P 38 28 383 der Anmelderin beschrieben, bei der mit einem Spritzvorgang gleichzeitig 24 Filmdosen hergestellt werden.

Weiterhin ist aus der EP 02 61 523 ein Spritzgießwerkzeug mit optimaler Temperaturverteilung infolge eines verbesserten Temperierkanal-Systems beschrieben. Dieses wird erhalten, indem die Werkzeugeinsätze jeweils aus mehreren Platten aufgebaut sind, in die Temperierkanäle eingearbeitet werden, worauf anschließend die Teile durch Diffusionsschweißverfahren zusammengefügt werden. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Spritzgießwerkzeug liefert Formen mit wesentlich reduzierten Fehlern bei verkürzter Zykluszeit.

In der Monographie "Rechnergestütztes Konstruieren von Spritz­ gießwerkzeugen" (Vogel Verlag, Würzburg) wird zur thermischen Werkzeugauslegung ausgesagt, daß an den Kühlvorgang des flüssigen Kunststoffs in den festen Zustand mehrere Forde­ rungen gestellt werden, deren Realisierung Aufgabe des Tempe­ riersystems ist. Da die Zykluszeit die Formteilqualität - wie Schwindung, Eigenspannung, Verzug und die Oberflächen­ qualität - wesentlich mit beeinflußt, werden an das Temperier­ kanalsystem erhöhte Anforderungen gestellt. Gefordert werden unter anderem kurze Kühlzeiten, um die Fertigungskosten gering zu halten. Diese können an sich durch Erniedrigung der Werkzeugtemperatur erreicht werden, dieser sind jedoch Grenzen gesetzt, da zu geringe Werkzeugtemperaturen durch die zu schnelle Abkühlung der Formteiloberfläche geringere Oberflächenqualität und hohe Eigenspannungen ergeben. Schließ­ lich sollten alle Bereiche des Formteils beziehungsweise bei einem Vielfachwerkzeug alle dadurch hergestellten Teile möglichst gleich und homogen abgekühlt werden, da Inhomoge­ nitäten der Abkühlung auch inhomogene Formteileigenschaften und Verzug ergeben.

Durchströmt das Kühlmedium, welches bevorzugt Wasser ist, beispielsweise nacheinander acht Formnester, wie es in der Figur dargestellt ist, so können sich je nach Zykluszeit und Durchströmungsrate des Kühlmediums zwischen dem ersten Formnest F1 und dem letztdurchströmten Formnest F8 durchaus Temperaturunterschiede von 8°C ergeben, wie Untersuchungen gezeigt haben. Andererseits ist aus der oben angegebenen Monographie bekannt (5.1.5 - Temperiermitteldurchsatz und Kanaldurchmesser auf S. 99), daß bei Qualitätsteilen der Temperaturunterschied zwischen Eintritt und Austritt nicht mehr als maximal 2°C betragen soll. Diese Forderung ist bei den bisher bekannten Spritzgießwerkzeugen der eingangs genannten gattungsmäßigen Art nur bei relativ hohem Werk­ zeugverschleiß und unwirtschaftlich langer Zykluszeit zu erreichen. Insbesondere bei Heißkanalverteilern mit offenen Düsensystemen ergeben sich diesbezüglich viele Probleme.

Deswegen bestand die Aufgabe, ein Verfahren zur Kühlung eines Spritzgießwerkzeugs der genannten gattungsmäßigen Art zu finden, durch welches

• - der Werkzeugverschleiß gesenkt
• - die Zykluszeit verkürzt und
• - die Verfügbarkeit aller Formnester bei hoher Formteile­ qualität gesteigert werden kann.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit dem in Anspruch 1 genannten Merkmal. Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschrei­ bung und den Figuren hervor.

Bei den Untersuchungen der Anmelderin hat sich gezeigt, daß Werkzeuge mit vielen Kavitäten, wobei jede Kavität noch aus mehreren Einzeltemperierkreisen bestehen kann, eine hinreichend homogene Temperaturverteilung nicht erreichbar ist, wenn die Formnester nacheinander von dem Kühlmedium durchströmt werden. Die erfinderische Idee bestand darin, daß die Strömungsrichtung des Kühlmediums periodisch ge­ wechselt wird. Vorzugsweise kann dies dadurch geschehen, daß nach jedem Anspritzvorgang die Strömungsrichtung des Kühlmediums umgepolt wird. Selbstverständlich kann auch je nach Anforderung an die Qualität der Formteile die Um­ polung nach jedem zweiten, dritten und so weiter, Anspritz­ vorgang geschehen. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, daß jedes Mal, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem letzten der nacheinander vom Kühlmedium durchströmten Formnester einen gewissen vorgegebenen Wert beispielsweise 3°C über­ schreitet, die Strömungsrichtung des Kühlmediums umgepolt wird. In diesem Falle ist es selbstverständlich erforderlich, daß jedes Formnest an einer geeigneten Stelle einen Thermo­ fühler besitzt, dessen Anzeige registriert wird, so daß die entsprechende Steuerung erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an einem Beispiel zur Herstellung von Kleinbild-Filmdosen näher erläutert. Ein 32faches Produktionswerkzeug zur Herstellung von Klein­ bild-Filmdosen wurde gebaut. Der Kühlmittel-Verlauf ist aus der Fig. 1 zu ersehen. Das Kühlkanal-System besteht aus einem Eingangsstrang (1) und einem Ausgangsstrang (2), die am Ende miteinander verbunden sind. Jeweils acht Form­ nester werden nacheinander durch Anzapfen der beiden Stränge vom Kühlmedium durchströmt. Die vier Bereiche (F1 bis F8, F9 bis F16, F17 bis F24, F25 bis F32) sind parallel ge­ schaltet. Als Kunststoff-Masse wurde Polyethylen mit einem Rußpigmentzusatz bei einer Temperatur von etwa 220°C in die Kavitäten eingespritzt. Durch die inneren Hohlräume wurde Kühlwasser mit einer Eingangstemperatur von 12°C und einer Durchflußmenge von 107 l/Minute hindurchgeleitet. Nach jedem Spritzzyklus wurde die Durchlaufrichtung, welche mit Pfeilen angegeben ist, umgepolt, daß heißt, beim ersten Spritzzyklus war die Richtung in den Kühlkanälen so wie durch I angegeben, beim zweiten Spritzzyklus so wie unter II angedeutet und so weiter.

Es zeigte sich, daß mit diesem Verfahren die Temperatur­ differenz zwischen F1 und F8 annähernd halbiert werden konnte. Eine andere ebenfalls bevorzugte Ausführungsform für ein 32faches Werkzeug ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei werden jeweils acht Formnester durch je einen Kreislauf bestehend aus einem Zuführ- beziehungsweise Abführstrang (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) erreicht. Das Verfahren der Wechselkühlung ist ansonsten ebenso wie oben geschildert.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht nur bei dem Auf­ bau gemäß dem oben genannten Beispiel anwendbar. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren hat viel mehr Vorteile, die auch bei beiden möglichen Extremfällen zum Tragen kommen, nämlich wenn entweder sämtliche Formnester nacheinander vom Kühlmedium durchströmt werden, im entgegengesetzten Fall aber auch, wenn sämtliche Formnester in Parallelschaltung durchströmt werden, wenn aber diese Formnester selbst kompliziert auf­ gebaut sind beziehungsweise mehrere Kreisläufe haben.

Claims (3)

1. Verfahren zur Kühlung eines Spritzgießwerkzeugs zum Spritz­ gießen von Kunststoff-Teilen, bestehend aus einer Viel­ zahl von Anspritzstellen und/oder Formnestern, wobei ein flüssiges Kühlmedium durch Kühlkanäle das Spritzgieß­ werkzeug durchströmt und wobei zumindest ein Teil der Formnester nacheinander vom Kühlmedium durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Kühlmediums durch die Formnester periodisch gewechselt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem n-ten Anspritzvorgang (n=1, 2, 3 . . .) die Strömungsrichtung des Kühlmediums umgepolt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem letzten vom Kühlmedium nach­ einander durchströmten Formnest die Strömungsrichtung des Kühlmediums umgepolt wird.