DE4444579C2 - Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spritzgießverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In den letzten Jahren werden verstärkt Kunststoffbauteile im Spritzgießverfahren hergestellt, die im Inneren einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, um die Kunststoffbauteile leichter zu gestalten. Diese Hohlräume werden hierbei dadurch erzielt, daß nach dem Einspritzen der flüssigen Kunststoffschmelze in das Werk­ zeug ein Druckgas eingebracht wird, das dazu dient, die Kunststoffschmelze im Formhohlraum zu verteilen und gleichzeitig einen Hohlraum zu schaffen, da die eingespritzte Kunststoffschmelze volumetrisch geringer war als das Volumen des Bauteils. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 127 961 B1 be­ kannt. Hierbei hat sich durchgesetzt daß das Druckgas mit Hilfe einer Injektions­ nadel, die im Werkzeug angeordnet ist, in die Kunststoffschmelze eingespritzt wird.

Aus der DE 39 13 109 C2 ist es bekannt, den Formhohlraum im Werkzeug voll­ ständig mit einer Kunststoffschmelze zu füllen und dann mit Hilfe eines Druckgases nach dem Einsetzen des Erstarrens der Kunststoffschmelze an den Wänden des Formhohlraumes die noch flüssige Seele des Kunststoffes mit Hilfe des Druck­ gases in eine außerhalb des Formhohlraums angeordnete und mit diesem verbun­ dene Nebenkavität auszutreiben. In der Nebenkavität kann dadurch ein separates Bauteil hergestellt werden oder es wird der dort deponierte Kunststoff wieder auf­ gemahlen und dem Extruder wieder zugeführt.

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

Aus der DE 42 19 915 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Spritzgußteilen aus thermoplastischen Kunststoffen bekannt, bei dem eine Kunststoffschmelze in der Form mittels eines unter hohem Druck injizierten Gases an die Formwand gepreßt wird und dann der Kunststoff mittels eines kühlenden Mediums abgekühlt wird. Als kühlendes Medium wird in der Erstarrungsphase ein Kaltgas unter gesteuertem Druckwechsel in das Form innere eingeleitet.

Hierdurch kann zwar die Zykluszeit verkürzt werden, nachteilig ist jedoch, daß zwei Druckgasanlagen vorhanden sein müssen, nämlich eine für das Druckgas, das die Kunststoffschmelze in die Formwand preßt und zum anderen die Druckgasanlage für das Kaltgas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei dem letztgenannten Verfahren die Zykluszeit weiter zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Lösung basiert auf der Grundidee, daß eine weitere Verkürzung der Zykluszeit dann erreicht wird, wenn das Druckgas selbst bereits gekühlt ist, also als Kaltgas zugeführt wird. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß durch das Zu­ führen von gekühltem Druckgas keine Qualitätseinbußen an dem Spritzgußteil ein­ treten, sondern daß wie bisher der Forminnenraum durch den Kunststoff vollstän­ dig gefüllt werden kann. Durch die Zuführung von gekühltem Druckgas direkt zu Beginn der Gaszufuhr wird die Abkühlzeit im Werkzeug bis zu dessen Öffnungs­ zeitpunkt weiter minimiert, so daß das Werkzeug noch früher als bisher bekannt geöffnet werden kann. Daneben kann durch das gezielte Einbringen des gekühlten Druckgases der Wandstärkenverlauf beeinflußt werden.

Die Unteransprüche 2 bis 5 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dungen. Hierbei beschreibt Anspruch 2 einen bevorzugten Temperaturbereich für das Kaltgas. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 erreicht man einen Spül­ effekt im Hohlraum, da der Druck an- und abschwellt 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 ein­ gesetzt werden, eine zum Zuführen und die andere zum Ableiten des Druck­ gases/Kaltgases.

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

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es stellen dar:

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

Fig. 2 ein Diagramm über den Druckverlauf nach der Erfindung.

In beiden Figuren ist ein Diagramm dargestellt, bei welchem auf der Abszisse die Zeit (ab Beginn des Einleitens des Druckgases/Kaltgases; der Einspritzbeginn der Schmelze liegt früher) und auf der Ordinate der Druckverlauf im Hohlraum eines Kunststoffbauteils in einem Werkzeug aufgezeichnet ist.

In allen Beispielen wird das Werkzeug nur zum Teil mit Kunststoffschmelze gefüllt, wie es beispielsweise in der EP 0 127 961 B1 allgemein beschrieben ist.

In Fig. 1 ist der Druckverlauf des normalen Gasinnendruckverfahrens dargestellt, d. h. eine auf den notwendigen 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 Kunststoffbauteils wird solange aufrecht­ erhalten, bis das Bauteil soweit abgekühlt ist, daß es aus dem Werkzeug entnom­ men werden kann. Vor dem Öffnen des Werkzeuges wird deshalb der Druck im Hohlraum abgesenkt, indem das Druckgas abgeblasen bzw. wieder aufgefangen wird, um erneut unter Druck zugeführt werden zu können.

Die Steuerung des Gases wird über entsprechende Druckventile bewerkstelligt. Unterhalb der Abszisse ist die entsprechende Öffnungsdauer der Gaszufuhr- und Entlastungs-Ventile eingezeichnet.

Das Diagramm in Fig. 2 unterscheidet sich von dem Diagramm in Fig. 1 da­ durch, daß von vornherein gekühltes Druckgas zugeführt wird, wobei als erstes nur kurzzeitig der maximal notwendige Druck im Hohlraum erzeugt wird. Anschließend wird der Druck abgesenkt. Die Höhe der Absenkung hängt von unterschiedlichen Parametern ab und wird in der Regel experimentell ermittelt.

Sofort nach der ersten Druckabsenkung werden die Spülvorgänge durchgeführt, d. h. der Druck im Hohlraum pulsiert. Hierzu wird der Druck des gekühlten Druck­ gases rasch aufgebaut und wieder bis zu einem unteren Grenzwert entlastet. Die­ ser Vorgang des Spülens mit gekühltem Druckgas kann beliebig oft wiederholt werden.

Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach Fig. 1 werden alle Vorgänge mit ge­ kühltem Druckgas von einer Temperatur von -30°C bis -80°C durchgeführt. Da­ durch kann die Zykluszeit und damit die Kühlzeit des Kunstoffbauteils verkürzt werden, so daß die gesamte Herstellungsdauer stark reduziert wird.

Am Ende des Spülvorganges wird ein weiteres, hier nicht gesondert dargestelltes Entlüftungsventil geöffnet. Nach dem vollständigen Absenken des Druckes im Hohlraum kann dann das Werkzeug geöffnet und das Kunststoffbauteil entnom­ men werden.

Da es sich bei dem erfindungsgemäß verwendeten gekühltem Druckgas um ein einziges Gas mit ein und derselben Temperatur handelt, sind nur wenig Ventile zusätzlich notwendig und es wird nur eine Druckgasanlage benötigt die ergänzt wird um eine entsprechende Rückkühlmöglichkeit.

Claims (5)

1. Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen 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 Bauteil aus der Form entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas vor dem Einbringen in die Kunststoffschmelze gekühlt wird.

2. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas mit einer Temperatur von -30°C bis -80°C in die Kunststoffschmelze eingebracht wird.

3. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas intermittierend eingebracht wird, wozu zuvor der Druck im Hohlraum entsprechend reduziert wird.

4. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas den Hohlraum kontinuierlich durchströmt.

5. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaltgas Kohlendioxid (CO₂) verwendet wird.