DE4435012C1

DE4435012C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffgegenständen aus thermoplastischem Material

Info

Publication number: DE4435012C1
Application number: DE19944435012
Authority: DE
Inventors: Helmut Eckardt
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Adcuram Maschinenbauholding 80333 Muenchen De GmbH
Priority date: 1994-10-02
Filing date: 1994-10-02
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-03

Description

Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Verfahren zum Herstellen hohler Kunststoffgegenstände aus thermoplastischem Material, das die Schritte aufweist:

- Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die Kavität eines Formwerkzeugs entlang eines Schmelzefließwegs, der sich von einer Kunststoffplastifiziereinheit durch eine Kunststoffeinspritzdüse bis ins Formwerkzeug erstreckt;
- Gleichzeitiges und/oder anschließendes Eingeben eines Druckfluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze, so daß die ins Formwerkzeug eingebrachte Schmelze in der Kavität verteilt und an die Wandungen des Formwerkzeugs angepreßt wird, wobei die Eingabe des Druckfluids an einer von der Eingabestelle der Schmelze verschiedenen Stelle mittels eines Fluideinspritzelements erfolgt, das in die Kavität des Formwerk zeugs hineinragt;
- Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Materials;
- Entlastung der Kavität vom Druck des Druckfluids;
- Öffnen des Formwerkzeugs;
- Entformen des Werkstücks; und
- Schließen des Formwerkzeugs als Vorbereitung auf die Fertigung des nächsten Werkstücks.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 39 36 289 A1 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus Kunststoff beschrieben, die Hohlräume enthalten. Dabei wird ein Formwerkzeug eingesetzt, dessen Formhohlraum einerseits die Kunststoffschmelze durch eine Düse zuzuführen ist und der andererseits an einer von der Düse verschiedenen Stelle durch eine einen Nadelkern aufnehmende Hohlnadel mit einem weiteren, unter Druck stehenden Medium beaufschlagbar ist. Aufgabe der in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Erfindung ist es, ein Verstopfen der Hohlnadel mit Kunst stoffschmelze wirksam zu verhindern, wozu der Durchlaßquerschnitt der Mündungsöffnung der Hohlnadel bzw. des Nadelkerns zum Formhohlraum hing so klein gehalten wird, daß zwar das unter Druck stehende Medium ausströmen, die Kunststoffschmelze jedoch nicht einströmen kann.

Ein ähnliches, aus der EP 0 400 308 B1 bekanntes Verfahren setzt zur aufgabengemäßen schnelleren Kühlung des gefertigten Werkstücks unter den Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials eine Gaszirkulation ein. Dabei tritt Gas durch eine Begasungsdüse in den Hohlraum des soweit fertigen Werkstücks ein und aus diesem an einer anderen Stelle wieder aus; die Zirkulation wird solange aufrechterhalten, bis das Werkstück ausgehärtet ist und dem Werkzeug entnommen werden kann.

Mit derselben Aufgabenstellung, nämlich mit der Verbesserung des Abkühlprozesses und der Reduzierung der Produktionszeit beim Arbeiten mit dem Gasinnendruckverfahren - befaßt sich schließlich die EP 0 576 881 A1. Diese sieht vor, daß während der Erstarrungsphase der Kunststoffschmelze ein Kaltgas unter gesteuertem Druckwechsel in das Forminnere eingeleitet wird; die Temperatur des Kaltgases liegt dabei vorzugsweise im Bereich von -140 bis -120°C.

All diese Schriften gehen nicht auf ein Problem ein, das sich beim Hochleistungsspritzgießen im Gasinnendruckverfahren in jüngster Zeit als entscheidend für eine anhaltend hohe Qualität herausgestellt hat: Durch immer kürzer werdende Spritzzykluszeiten und eine damit einhergehende immer stärkere Beanspruchung der Maschinen kommt es zu einer Erwärmung der Systeme, die ein zuverlässiges Arbeiten nicht mehr erlauben. Im Bereich des Werkzeugs sind diese Probleme schon lange erkannt und durch Einsatz temperaturgeregelter Elemente ("Vario- Therm") auch gelöst worden.

Nicht erkannt und behoben ist das Problem jedoch im Bereich der Einspritzelemente, mit denen Gas in das schmelzflüssige Kunst stoffmaterial eingebracht wird. Der thermische Einfluß wirkt sich auf diese Fluideinspritzelemente deshalb besonders stark aus, da häufig Bauelemente mit sehr hohen Anforderungen an die Toleranz eingesetzt werden. In der DE 39 36 289 A1 geht dies bereits daraus hervor, daß für den dort vorgesehenen Spalt, durch den Gas in die Werkzeugkavität eingebracht wird, nur wenige Hundertstel Millimeter vorgesehen sind. Bei sich veränderndem Spaltabstand ist jedoch nicht mehr gewährleistet, daß einerseits ausreichend schnell Gas in die Kavität gelangt und andererseits keine Schmelze durch die Begasungsdüse zurückfließen kann. Ferner werden als Einspritzelemente häufig kleine Bauteile eingesetzt, die sich aufgrund der geringen Massen und damit geringen Wärmekapazitäten schnell aufheizen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der es möglich ist, auch bei Hochproduktionsbedingungen sicherzustellen, daß eine thermische Stabilität im Bereich des Fluideinspritzelements erhalten bleibt.

In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. den Merkmalen des Patentanspruchs 6 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nach dem Öffnen des Formwerkzeugs (1, 2) für die Entnahme des gefertigten Werkstücks (8) und vor dem Schließen des Formwerkzeugs (1, 2) als Vorbereitung auf die Fertigung des nächsten Werkstücks das Fluideinspritzelement (5) gekühlt wird.

Dies kann prinzipiell durch zwei Methoden erfolgen: entweder wird der ohnehin vorhandene Gaskanal für die Kühlung benutzt oder das Fluideinspritzelement wird zwecks Temperierung mit einem separaten Kühlmittel beaufschlagt. In jedem Falle wird die für die Entformung des fertigen Werkstücks notwendige Öffnungszeit des Werkzeugs genutzt, um zeitlich parallel zur Entformung die Temperierung des Begasungs elements zu bewerkstelligen.

Wird die Kühlung des Fluideinspritzelements durch Nutzung des im Inneren des Elements verlaufenden Gaskanals ins Auge gefaßt, wird Druckfluid direkt durch das Fluideinspritzelement (5) geleitet. Vorteilhafterweise kann das Fluid zu diesem Zweck gekühlt sein. Alternativ oder additiv kann eine Entspannung des Druckgases im Bereich des Fluideinspritzelements (5) vorgesehen werden, um einen zusätzlichen Kühleffekt zu erzielen.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß die Kühlung des Fluid einspritzelements (5) dadurch erfolgt, daß nach dem Öffnen des Formwerkzeugs (1, 2) ein das Fluideinspritzelement (5) umschließendes und/oder ein dieses anblasendes Kühlelement (6) in die Kavität des Formwerkzeugs (1, 2) eingebracht wird, das vor dem Schließen des Formwerkzeugs (1, 2) wieder aus der Kavität entfernt wird.

Die Vorrichtung weist ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (1, 2), eine Kunststoffeinspritzdüse (4) und mindestens ein Fluideinspritzelement (5) auf, das von einer Fluidversorgungsanlage (7) gespeist wird. Erfindungsgemäß sind Mittel (6) vorgesehen, die während der Phase, in der das Formwerkzeug (1, 2) geöffnet ist, das Fluideinspritzelement (5) kühlen. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus einer Anblasvorrichtung, mit der Kühlgas auf das Fluideinspritzelement (5) geleitet wird.

Durch das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung ist es nunmehr möglich, auch bei hoher thermischer Belastung der Spritzgießmaschine durch den Fertigungsprozeß die thermisch sensible Begasungsdüse in einem stabilen Zustand zu halten, so daß eine gleichbleibend hohe Qualität der gespritzten Produkte erreicht werden kann.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel darge stellt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Spritzgießprozeß mittels des Gasinnen druckverfahrens, in

Fig. 2 ist der Entformungsschritt dargestellt, der auch den parallelen Schritt des Kühlens des Fluideinspritzelements beinhaltet.

In Fig. 1 ist ein Formwerkzeug 1, 2 zu sehen, das aus zwei Formhälften 1 und 2 besteht. Eine Kunststoffplastifiziereinheit 3 produziert aus Kunststoffgranulat Schmelze, die über die Kunststoffeinspritzdüse 4 in die Kavität des Formwerkzeugs 1, 2 eingespritzt wird; dabei nimmt die Schmelze ihren Fließweg von der Plastifiziereinheit 3 über die Einspritzdüse 4 bis in die Kavität. Die Schmelzemenge ist ausreichend, um das gewünschte Werkstück unter Berücksichtigung der Hohlräume herzustellen.

Gleichzeitig und/oder anschließend an die Füllung der Werkzeugkavität wird ein Druckfluid in die Kavität gegeben; üblicherweise kommt hier Stickstoffgas (N₂) zum Einsatz, das von einer Fluidversorgungsanlage 7 zur Verfügung gestellt wird. Das Druckgas verteilt die Schmelze in der Kavität und drückt sie an die Wandungen des Werkzeugs 1, 2. Die Druckfluideingabe erfolgt an einer anderen Stelle als der, an der die Schmelze ins Werkzeug 1, 2 gelangt. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Fluideinspritzelemente 5 vorgesehen, die über Fluidleitungen mit der Fluidversorgungsanlage 7 in Verbindung stehen.

Wenn die Schmelze genügend abgekühlt ist, kann das Werkzeug 1, 2 entformt werden, das Werkstück 8 wird also entnommen, s. Fig. 2. Die beiden Werkzeughälften 1 und 2 werden hierfür in Pfeilrichtung auseinandergefahren, so daß mit geeigneten Mitteln, z. B. Robotern, das freigegebene Werkstück 8 aus dem Werkzeugbereich entnommen werden kann, s. Doppelpfeil in Fig. 2.

Die Zeit, in der das Werkzeug 1, 2 geöffnet ist, wird dazu genutzt, um die Fluideinspritzelemente 5 zu kühlen. Dies hängt im übrigen nicht davon ab, ob die Elemente 5 ortsfest im Werkzeug 1, 2 angeordnet sind oder ggf. verschiebbar, um die Werkstückentformung zu erleichtern bzw. überhaupt erst zu ermöglichen.

Zwecks Kühlung kann Gas G über die Fluidleitungen den Fluideinspritzelementen 5 zugeführt werden. Bei geöffnetem Werkzeug 1, 2 strömt dann das Gas durch die Elemente 5 hindurch und kühlt sie dabei.

Alternativ oder additiv können auch separate Kühlmittel 6 vorgesehen werden, die - vorzugsweise automatisch - in den Bereich der Fluidein spritzelemente 5 gefahren werden und diese anblasen und auf diese Weise kühlen. Vor dem Schließen des Werkzeugs müssen diese Kühlmittel dann natürlich wieder aus dem Werkzeugbereich herausge fahren werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen hohler Kunststoffgegenstände aus thermoplastischem Material, das die Schritte aufweist:

a) Einspritzen einer ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die Kavität eines Formwerkzeugs (1, 2) entlang eines Schmelzefließwegs, der sich von einer Kunststoffplastifiziereinheit (3) durch eine Kunststoffeinspritzdüse (4) bis ins Formwerkzeug (1, 2) erstreckt;
b) Gleichzeitiges und/oder anschließendes Eingeben eines Druckfluids, insbesondere Druckgases, in die Schmelze, so daß die ins Formwerkzeug (1, 2) eingebrachte Schmelze in der Kavität verteilt und an die Wandungen des Formwerkzeugs (1, 2) angepreßt wird, wobei die Eingabe des Druckfluids an einer von der Eingabestelle der Schmelze verschiedenen Stelle mittels eines Fluideinspritzelements (5) erfolgt, das in die Kavität des Formwerkzeugs (1, 2) hineinragt;
c) Abkühlenlassen des so hergestellten Formteils (8) auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Materials;
d) Entlastung der Kavität vom Druck des Druckfluids;
e) Öffnen des Formwerkzeugs (1, 2);
f) Entformen des Werkstücks (8); und
g) Schließen des Formwerkzeugs (1, 2) als Vorbereitung auf die Fertigung des nächsten Werkstücks;

dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Öffnen des Formwerkzeugs (1, 2) gemäß Schritt e) und vor dem Schließen des Formwerkzeugs (1, 2) gemäß Schritt g) das Fluideinspritzelement (5) gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Fluideinspritzelements (5) dadurch erfolgt, daß Druckfluid durch das Fluideinspritzelement (5) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfluid, zumindest für das Kühlen des Fluideinspritzelements (5), gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfluid im Bereich des Fluideinspritzelements (5) eine Entspannung erfährt, mittels der eine Abkühlung des Druckfluids und damit des Fluideinspritzelements (5) erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Fluideinspritzelements (5) dadurch erfolgt, daß nach dem Öffnen des Formwerkzeugs (1, 2) gemäß Schritt e) ein das Fluideinspritzelement (5) umschließendes und/oder ein dieses anblasendes Kühlelement (6) in die Kavität des Formwerkzeugs (1, 2) eingebracht wird, das vor dem Schließen des Formwerkzeugs (1, 2) gemäß Schritt g) wieder aus der Kavität entfernt wird.

6. Vorrichtung zur Durchfürung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, die ein aus mindestens zwei Hälften bestehendes Formwerkzeug (1, 2), eine Kunststoffeinspritzdüse (4) und mindestens ein Fluideinspritzelement (5) aufweist, das von einer Fluidversor gungsanlage (7) gespeist wird, gekennzeichnet durch Mittel (6), die während der Phase, in der das Formwerkzeug (1, 2) geöffnet ist, das Fluideinspritzelement (5) kühlen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6) aus einer Anblasvorrichtung bestehen, mit der Kühlgas auf das Fluideinspritzelement (5) geleitet wird.