DE4444579C3 - Spritzgießverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen - Google Patents

Description

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

In den letzten Jahren werden verstärkt Kunststoff­ bauteile im Spritzgießverfahren hergestellt, die im Inne­ ren einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, um die Kunststoffbauteile leichter zu gestalten. Diese Hohlräu­ me werden hierbei dadurch erzielt, daß nach dem Ein­ spritzen 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 einge­ spritzte Kunststoffschmelze volumetrisch geringer war als das Volumen des Bauteils. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 127 961 B1 bekannt. Hierbei hat sich durchgesetzt daß das Druckgas mit Hilfe einer Injektionsnadel, die im Werkzeug angeord­ net ist, in die Kunststoffschmelze eingespritzt wird.

Aus der DE 39 13 109 C2 ist es bekannt, den Form­ hohlraum im Werkzeug vollständig mit einer Kunst­ stoffschmelze zu füllen und dann mit Hilfe eines Druck­ gases nach dem Einsetzen des Erstarrens der Kunst­ stoffschmelze an den Wänden des Formhohlraumes die noch flüssige Seele des Kunststoffes mit Hilfe des Druckgases in eine außerhalb des Formhohlraums an­ geordnete und mit diesem verbundene Nebenkavität auszutreiben. In der Nebenkavität kann dadurch ein se­ parates Bauteil hergestellt werden oder es wird der dort deponierte Kunststoff wieder aufgemahlen und dem Ex­ truder 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 auf­ grund der einseitigen Abkühlung.

Aus der DE 42 19 915 A1 ist ein Verfahren zum Her­ stellen 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 Erstarrungs­ phase ein Kaltgas unter gesteuertem Druckwechsel in das Form innere eingeleitet.

Hierdurch kann zwar die Zykluszeit verkürzt werden, nachteilig ist jedoch, daß zwei Druckgasanlagen vor­ handen 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 ver­ kürzen.

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

Die Lösung basiert auf der Grundidee, daß eine wei­ tere 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 Zuführen von gekühltem Druckgas keine Qualitätseinbußen an dem Spritzgußteil eintreten, sondern daß wie bisher der Forminnenraum durch den Kunststoff vollständig gefüllt werden kann. Durch die Zuführung von gekühltem Druckgas direkt zu Beginn der Gaszufuhr wird die Abkühlzeit im Werk­ zeug bis zu dessen Öffnungszeitpunkt weiter minimiert, so daß das Werkzeug noch früher als bisher bekannt geöffnet werden kann. Daneben kann durch das gezielte Einbringen des gekühlten Druckgases der Wandstär­ kenverlauf beeinflußt werden.

Die Unteransprüche 2 bis 5 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen. Hierbei beschreibt Anspruch 2 einen bevorzugten Temperaturbereich für das Kaltgas. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 erreicht man einen Spüleffekt 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 durchzu­ führen, 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 Küh­ laufwand, womit die Kühlzeit weiter verkürzt werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung 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 Einlei­ tens des Druckgases/Kaltgases; der Einspritzbeginn der Schmelze liegt früher) und auf der Ordinate der Druck­ verlauf 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 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 fließ­ fähige Kunststoffschmelze injiziert. Aufgrund der Ver­ dichtung hat das Druckgas eine Temperatur von 30 bis 60°C. Der Druck im Hohlraum des Kunststoffbauteils wird solange aufrechterhalten, 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 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 dadurch, daß von vornherein ge­ kühltes 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 er­ mittelt.

Sofort nach der ersten Druckabsenkung werden die Spülvorgänge durchgeführt, d. h. der Druck im Hohl­ raum pulsiert. Hierzu wird der Druck des gekühlten Druckgases rasch aufgebaut und wieder bis zu einem unteren Grenzwert entlastet. Dieser Vorgang des Spü­ lens mit gekühltem Druckgas kann beliebig oft wieder­ holt werden.

Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach Fig. 1 werden alle Vorgänge mit gekühltem Druckgas von ei­ ner Temperatur von -30°C bis -80°C durchgeführt. Dadurch 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 entnommen 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 Druckgasan­ lage 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 auf eine Temperatur von unter 30°C gekühlt wird.

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

3. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kaltgas intermittie­ rend eingebracht wird, wozu zuvor der Druck im Hohlraum entsprechend reduziert wird.

4. Spritzgießverfahren nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas den Hohlraum kontinuierlich durch­ strömt.

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