DE4444579A1 - Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spritzgießverfahren nach dem Oberbegriff des ersten bzw. zweiten Anspruchs.

In den letzten Jahren werden verstärkt Kunststoffbauteile im Spritzgußverfahren hergestellt, die im Inneren einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, um die Kunst­ stoffbauteile leichter zu gestalten. Diese Hohlräume wer­ den hierbei dadurch erzielt, daß nach dem Einspritzen der flüssigen Kunststoffschmelze in das Werkzeug ein Druckgas eingeführt wird, das dazu dient, die Kunststoffschmelze im Formhohlraum zu verteilen und gleichzeitig einen Hohl­ raum zu schaffen, da die eingespritzte Kunststoffschmelze volumetrisch geringer war als das Volumen des Bauteils. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP-B 0 127 961 bekannt. Hierbei hat sich durchgesetzt, daß das Druckgas mit Hilfe einer Injektionsnadel, die im Werkzeug angeordnet ist, in die Kunststoffschmelze eingespritzt wird.

Aus der DE-C 39 13 109 ist es bekannt, den Formhohlraum im Werkzeug vollständig mit einer Kunststoffschmelze zu füllen und dann mit Hilfe eines Druckgases nach dem Ein­ setzen des Erstarrens der Kunststoffschmelze an den Wän­ den des Formhohlraumes die noch flüssige Seele des Kunst­ stoffes mit Hilfe des Druckgases in eine außerhalb des Formhohlraums angeordnete und mit diesem verbundene Ne­ benkavität auszutreiben. In der Nebenkavität kann dadurch ein separates Bauteil hergestellt werden oder es wird der dort deponierte Kunststoff wieder aufgemahlen und dem Extruder wieder zugeführt.

Nachteilig bei beiden Verfahren ist es, daß infolge des Hohlraums eine einseitige Wärmeabfuhr nur über die Wan­ dungen des Werkzeugs stattfinden kann, wodurch sich die Kühl- und damit die Zykluszeit verlängert. Auch ist bei manchen Bauteilen festgestellt worden, daß der Bau­ teilwandstärkenverlauf sich ungünstig ausbildet aufgrund der einseitigen Abkühlung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit dem genannten Gasinnendruckverfahren die Zykluszeit zu ver­ kürzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des ersten bzw. des zweiten unabhängigen Anspruchs gelöst.

Beide Lösungen basieren auf der Grundidee, daß durch das Druckgas, welches aufgrund seines notwendigen Druckes und der damit verbundenen Verdichtung bisher eine Temperatur von 30 bis 60°C beim Eintritt in das Bauteil aufwies, das Bauteil dann von innen gekühlt werden kann, wenn entweder nach dem Schaffen des Hohlraumes oder bereits direkt zu Beginn gekühltes Druckgas (Kaltgas) verwendet wird. Damit kann die Abkühlzeit im Werkzeug bis zu dessen Öffnungs­ zeitpunkt verringert werden und damit auch das Werkzeug früher geöffnet werden. Daneben kann durch das gezielte Einspritzen des Kaltgases der Wandstärkenverlauf insofern beeinflußt werden, als im Einspritzpunkt die Kunststoff­ schmelze sehr schnell erstarrt, so daß über die Wahl des Einspritzpunktes der Wandstärkenverlauf beeinflußt werden kann.

Die Unteransprüche 3 bis 7 beschreiben vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindungen. Hierbei beschreibt Anspruch 4 einen bevorzugten Temperaturbereich für das Kaltgas. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 erreicht man einen Spüleffekt im Hohlraum, da der Druck an- und ab­ schwellt und dies dadurch erreicht wird, daß eine gewisse Menge des Druckgases den Hohlraum verläßt und durch eine neue Kaltgasmenge ersetzt wird.

Auch ist es möglich, eine Kreislaufspülung durchzuführen, indem zwei Düsen eingesetzt werden, eine zum Zuführen und die andere zum Ableiten des Druckgases/Kaltgases.

Wird anstelle des bisher eingesetzten Stickstoffes CO₂ als Druckgas eingesetzt, so erreicht man aufgrund der größeren Wärmekapazität einen geringeren Kühlaufwand, wo­ mit die Kühlzeit weiter verkürzt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Diagramm mit dem Druckverlauf über der Zeit beim konventionellen Gasinnendruck­ verfahren;

Fig. 2 ein Diagramm über den Druckverlauf nach einer ersten Variante der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm über den Druckverlauf nach einer zweiten Variante der Erfindung.

In allen drei Figuren ist ein Diagramm dargestellt, bei welchem auf der Abszisse die Zeit (ab Beginn des Ein­ leitens des Druckgases/Kaltgases; der Einspritzbeginn der Schmelze liegt früher) und auf der Ordinate der Druckver­ lauf im Hohlraum eines Kunststoffbauteils in einem Werk­ zeug aufgezeichnet ist.

In allen drei Beispielen wird das Werkzeug nur zum Teil mit Kunststoffschmelze gefüllt, wie es beispielsweise in der EP-B 0 127 961 allgemein beschrieben ist.

In Fig. 1 ist der Druckverlauf des normalen Gasinnen­ druckverfahrens dargestellt, d. h. eine auf den notwendi­ gen Druck verdichtete Gasmenge wird über eine Düse im Werkzeug, der sog. Werkzeugdüse, in die noch fließfähige Kunststoffschmelze injiziert. Aufgrund der Verdichtung hat das Druckgas eine Temperatur von 30 bis 60°C. Der Druck im Hohlraum des Kunstoffbauteils wird solange auf­ rechterhalten, bis das Bauteil soweit abgekühlt ist, daß es aus dem Werkzeug entnommen werden kann. Vor dem Öffnen des Werkzeuges wird deshalb der Druck im Hohlraum abge­ senkt, indem das Druckgas abgeblasen wird bzw. wieder aufgefangen wird, um erneut unter Druck zugeführt werden zu können.

Die Steuerung des Gases wird über entsprechende Druck­ ventile bewerkstelligt. Unterhalb der Abszisse ist die entsprechende Öffnungsdauer der Gaszufuhr- und Ent­ lastungs-Ventile eingezeichnet.

Das Diagramm in Fig. 2 unterscheidet sich von dem Dia­ gramm in Fig. 1 dadurch, daß nach dem Einspritzen des auf 30 bis 60°C erwärmten Druckgases der Druck im Hohl­ raum nur kurzfristig gehalten wird. Anschließend wird der Druck abgesenkt. Die Höhe der Absenkung hängt von unter­ schiedlichen Parametern ab und wird in der Regel experi­ mentell ermittelt.

Um eine Kaltgasspülung zu erreichen, sind zwei weitere Ventile 1 und 2 vorgesehen, die dazu dienen, den Druck rasch aufzubauen und wieder bis zu dem unteren Grenzwert zu entlasten. Dieser Vorgang des Kaltgasspülens kann be­ liebig oft wiederholt werden. Dargestellt sind in Fig. 2 zwei Spülvorgänge. Das Kaltgas wird mit einer Temperatur von -30°C bis -80°C zugeführt.

Am Ende des Spülvorganges sind alle bisher beschriebenen Ventile geschlossen und ein weiteres hier nicht gesondert dargestelltes Entlüftungsventil wird geöffnet. Nach dem vollständigen Absenken des Druckes im Hohlraum kann dann das Werkzeug geöffnet und das Kunststoffbauteil entnommen werden.

In Fig. 3 ist eine zweite Variante der Erfindung darge­ stellt. Hier wird von vornherein ein Kaltgas zugeführt, wobei auch hier nur kurzzeitig der maximal notwendige Druck im Hohlraum erzeugt wird. Sofort anschließend wer­ den Spülvorgänge durchgeführt, d. h. der Druck im Hohlraum pulsiert. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach Fig. 2 werden alle Vorgänge mit Kaltgas von einer Temperatur von -30°C bis -80°C durchgeführt. Dadurch kann die Zy­ kluszeit und damit die Kühlzeit des Kunststoffbauteils weiter verkürzt werden, so daß die gesamte Zykluszeit verkürzt wird.

Da es sich bei dem hier (Fig. 3) verwendeten Druckgas um ein und dasselbe Gas mit ein und derselben Temperatur handelt, sind auch weniger Ventile notwendig wie in dem Beispiel nach Fig. 2. Dort werden von der Maschinenseite her zwei verschiedene Anlagen, nämlich einmal die übliche Druckgasanlage und zum zweiten die Kaltgasanlage benö­ tigt, wobei zur Ausübung des Verfahrens nach Fig. 3 nur eine einzige Kaltgasdruckanlage notwendig ist.

Claims (7)

1. Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoff­ bauteilen mit mindestens einem Hohlraum, bei dem durch mindestens eine Düse eine druckbeaufschlagte, fließfähige Kunststoffschmelze in das Innere eines durch ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug gebilde­ ten Formhohlraumes und andererseits durch minde­ stens eine weitere Düse ein Druckgas in das Innere der bereits im Formhohlraum befindlichen Kunst­ stoffschmelze eingespritzt wird und dann nach einem Abkühlen der Kunststoffschmelze der Gasdruck abge­ senkt und das Bauteil aus der Form entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schaffen des Hohlraumes durch das Druckgas und vor dem Abkühlen des Kunststoffes ein Kaltgas in den Hohlraum einge­ führt wird.

2. Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoff­ bauteilen mit mindestens einem Hohlraum, bei dem eine druckbeaufschlagte fließfähige Kunststoff­ schmelze durch mindestens eine Düse in das Innere eines durch ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug gebildeten Formhohlraums und andererseits durch mindestens eine weitere Düse ein Druckgas in das Innere der bereits im Formhohlraum befindlichen Kunststoffschmelze eingespritzt wird und dann nach ihrem Abkühlen der Gasdruck abgesenkt und das Bau­ teil aus der Form entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas vor dem Einführen in die Kunststoffschmelze gekühlt wird.

3. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einführen des Kalt­ gases der Druck im Hohlraum verringert wird und dann das Kaltgas zugemischt wird.

4. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas/Kaltgas mit einer Temperatur von -30°C bis -80°C in die Kunststoffschmelze eingespritzt wird.

5. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas inter­ mittierend eingespritzt wird, wozu zuvor der Druck im Hohlraum entsprechend reduziert wird.

6. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas den Hohl­ raum kontinuierlich durchströmt.

7. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaltgas Kohlen­ dioxid (CO₂) verwendet wird.