DE60126054T2

DE60126054T2 - Formvorrichtung zum Spritzgiessen von Kunststoff

Info

Publication number: DE60126054T2
Application number: DE60126054T
Authority: DE
Inventors: Naoyoshi Chuo-ku Kimura; Fumio Chuo-ku Takahashi; Masahiko Sodegaura-shi Yamaki; Akihiko Nagoya-shi Imagawa; Mitsuharu Nagoya-shi Mikawa
Original assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Current assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: US20020094354A1; US6752612B2; HK1045279A1; EP1225020A1; HK1045279B; EP1225020B1; DE60126054D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung befaßt sich mit einer Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff, welche eine abwechselnd erwärmte und gekühlte Kavitätsfläche hat.
2. Beschreibung des betreffenden Standes der Technik
Wenn beim Spritzgießen von thermoplastischen Werkstoffen das schmelzflüssige Harz bzw. der schmelzflüssige Kunststoff in eine Formkavität eingefüllt wird, deren Oberfläche auf einer hohen Temperatur belassen ist, lässt sich eine Verbesserung der Qualität des Spritzgießens dahingehend erwarten, dass bei spielsweise Übertragungscharakteristika von der Kavitätsfläche zu der Formmaterialfläche gut sind, und dass nennenswerte Trennlinien nicht in Erscheinung treten. Daher gibt es im praktischen Einsatz ein Erwärmungszyklusverfahren, bei dem die Kavitätsfläche der Form während des Einfüllens des schmelzflüssigen Kunststoffes in die Kavität erwärmt wird.
Ein Verfahren zum Erwärmen oder Kühlen der Kavitätsfläche während einer kurzen Zeitperiode ist beispielsweise ein Verfahren zum Erwärmen mittels erwärmter Luft angegeben, welches in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 22020/1970 offenbart ist. Eine Kombination aus einem Erwärmungsverfahren mittels einer elektrischen Heizeinrichtung und eines Kühlverfahrens mittels Kühlwasser ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 22759/1976 beschrieben. Ein Verfahren zum Erwärmen mittels Hochfrequenzinduktion ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 109639/1980 beschrieben. Ein Verfahren zum Erwärmen mittels Zufuhr von Dampf in eine Kavität ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 165229/1982 beschrieben. Ein Verfahren zum Erwärmen mittels einer zwischengelegten Heizplatte zwischen der Kavität und einem Kern ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 79614/1986 beschrieben. Ein Verfahren zum Erwärmen mittels einer Halogenlampe ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 42217/1989 beschreiben. Ein Verfahren zum Erwärmen einer Formfläche mittels einer elektrisch leitenden Schicht ist in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung No. 269720/1992 beschrieben.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Wärmezyklus-Formverfahren zum Erwärmen und Kühlen einer Kavitätsfläche während einer kurzen Zeitdauer durch eine Kombination des Einsatzes von Dampf und des Einsatzes von Wasser und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens entwickelt, welche beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung No. 3750669/1999 beschrieben sind. Bei diesem Wärmezyklus-Formverfahren wird die Kavitätsoberfläche erwärmt und gekühlt. Da das Erwärmen und Kühlen häufig wiederholt werden, ist eine zuverlässige und genaue Messung bezüglich der Thermobelastung bei der Formkonstruktion vorgesehen.
Insbesondere die Erwärmungs- und Kühlkanäle zum Erwärmen und Kühlen der Oberfläche eines Kavitätsblocks sind derart beschaffen und ausgelegt, dass der Abstand zwischen jeweils benachbarten Kanälen und ein Abstand zwischen den Kanälen und der Kavitätsoberfläche in geeigneter Weise derart ausgelegt sind, dass sich eine Ermüdung der zugeordneten Teile verhindern lässt. Wenn die Oberfläche einer Kavität, welche in dem Kavitätsblock eingeschnitten ist, erwärmt und gekühlt wird, ist der Zwischenraum zwischen dem Kavitätsblock und der Formbasis in geeigneter Weise unter Berücksichtigung einer Wärmedehnung des Kavitätsblocks ausgelegt. Ferner ist ein Eckteil einer Öffnung der Formbasis, in welcher der Kavitätsblock aufgenommen ist, mit einer geeigneten Krümmung abgerundet.
In einer solchen Formkonstruktion, die beispielsweise im Patent Abstract of Japan No. 09314611 beschrieben ist, ist ein geeigneter Wärmeisolator zwischen dem Kavitätsblock und der Formbasis angeordnet, um das Auftreten einer Problematik zu verhindern, bei der es sich beispielsweise um eine Verhinderung des Temperaturanstiegs des Kavitätsblocks infolge der Wärmeübertragung von dem Kavitätsblock auf die Formbasis handelt. Der Wärmeisolator ermöglicht gewisse Vorteile zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Effekt. Dies bedeutet, dass der Wärmeisolator, welcher auf der Seitenfläche des Kavitätsblocks eingesetzt ist, dahingehend zweckmäßig ist, dass sich jegliche thermische Beanspruchung, die zwischen dem Kavitätsblock und der Formbasis auftritt, ausgleichen lässt. Ferner bewirkt der Wärmeisolator, welcher auf der Bodenfläche des Kavitätsblocks eingesetzt ist, eine Herabsetzung des Kontaktdrucks zwischen den zugeordneten wärmeexpandierenden Kavitätsblöcken und der Kavität und dem Kern.
Um ein Formerzeugnis herzustellen, welches einen mit einer Öffnung versehenen Abschnitt, nämlich ein Fenster, hat, wurde eine Form vorgeschlagen, wel che darin eine Bodenkonstruktion hat. Wie insbesondere in den 1 und 2 gezeigt ist, ist auf einer Trennfläche einer Kavitätsseite der Form oder auf einer Kernseite der Form, welche eine Kavität 1 begrenzt, ein Bodenabschnitt 5a vorgesehen.
Um ferner ein Formerzeugnis mit einem Fenster herzustellen, welches ein Gitter oder einen gestürztkonischen Abschnitt am Seitenabschnitt hat, wurde eine Form vorgeschlagen, welche eine Gleitkonstruktion hat. Diese Gleitkonstruktion umfaßt einen Gleitkern und einen Gleit-Kavitätsblock, welcher im Innern des Gleitkerns angeordnet ist. Der Gleit-Kavitätsblock ist mit Erwärmungs- und Kühlkanälen ähnlich wie die Formbasis versehen. Um Schwierigkeiten zu vermeiden, die ihre Ursache entweder in der Wärmeexpansion oder in der Wärmeschrumpfung der Formbasis des Kavitätsblocks haben, ist üblicherweise ein Zwischenraum vorgesehen, welcher eine Wärmeexpansion zulässt.
Dennoch sind bei den vorstehend beschriebenen Auslegungsformen und Formvorrichtungen nach dem Stand der Technik unerwartete Schwierigkeiten aufgetreten, die nachstehend näher erläutert werden.
Die nachstehend beschriebene erste Problematik tritt bei der zuvor beschriebenen ersten Formkonstruktion auf, d.h. bei einer Bodenkonstruktion der Form zur Herstellung eines Formerzeugnisses, welches eine mit einem Boden versehenen Abschnitt ähnlich eines Fensters hat. Wenn wenigstens eine der Kavitätsflächen 2 und 3 der kavitätsseitigen Form und der außenseitigen Form, an der der Bodenabschnitt 5a als eine Trennfläche vorgesehen ist, einem wiederholten Erwärmen und Abkühlen ausgesetzt wird, kann ein Riss 9 in der Form an dem Teil auftreten, welcher unmittelbar außerhalb des Bodenabschnitts 5a zur Ausbildung des Fensters liegt, und folglich kann ein Erwärmungsmedium oder ein Kühlmedium aus den Heiz- und Kühlkanälen 4 in der Nähe der Kavitätsfläche über den Riss 9 in Richtung zu der Außenseite der Form austreten.
Die nachstehend beschriebene zweite Problematik tritt bei der vorstehend beschriebenen zweiten Formkonstruktion nach dem Stand der Technik auf, d.h. bei der Gleit-Konstruktionsform zur Herstellung eines Formerzeugnisses mit einem Fenster, einem Gitter, einem gestürzt konischen Abschnitt oder dergleichen am Seitenteil. Selbst wenn ein Zwischenraum für die Wärmeexpansion oder Wärmeschrumpfung der Formbasis des Kavitätsblocks bei der Seitenkonstruktion zwischen dem Gleitkern und der Formbasis vorgesehen ist, um die mit der Wärmeexpansion und der Wärmeschrumpfung im Zusammenhang stehenden Probleme zu beherrschen, bleibt nach wie vor noch eine Schwierigkeit hinsichtlich einer Abnutzung durch Reibung bestehen.
Die Erfindung zielt darauf ab, jegliche Abnutzung durch Reibung zwischen dem Gleitkern und der Formbasis infolge der Wärmeexpansion in einer Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff zu vermeiden, welche eine Kavitätsfläche, welche abwechselnd erwärmt und gekühlt wird, und eine Gleitkonstruktion aufweist.
Gemäß einem Merkmal nach der Erfindung werden bei einer Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff, welche eine Kavitätsfläche hat, welche abwechselnd erwärmt und gekühlt wird, ferner eine Formbasis und einen Gleitkern hat, welcher in der Formbasis vorgesehen ist, sowie einen Gleit-Kavitätsblock in dem Gleitkern hat, alle diese Teile gesondert thermisch gesteuert.
Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung wird eine Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff angegeben, welche eine Kavitätsfläche hat, die abwechselnd erwärmt und gekühlt wird, wobei Zwischenräume zwischen einem Gleitkern, welcher in der Formbasis vorgesehen ist, vorhanden sind, und ein Gleit-Kavitätsblock vorgesehen ist, wobei die Auslegung derart getroffen ist, dass Führungsschienen auf gegenüberliegenden Seitenabschnitten des Gleitkerns und eine zentrale Schiene an einer zentralen Position des Gleitkerns zum Führen des Gleitkerns vorgesehen sind.
Bei der vorstehend beschriebenen Auslegungsform kann bei der Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff, welcher eine Kavitätsfläche hat, welche abwechselnd erwärmt und gekühlt wird, eine Abnutzung durch Reibung zwischen der Formbasis und dem Gleitkern einer Gleitkonstruktion vermieden werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht eines Hauptteils (eines Teils längs der Linie B-B von 2) einer Bodenkonstruktion einer Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff nach dem Stand der Technik;
2 ist eine Seitenansicht zur Verdeutlichung der Trennfläche der kavitätsseitigen Form nach 1;
3 ist eine Vorderansicht einer Gleitkonstruktion, welche für eine Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ausgelegt ist; und
4 ist eine Seitenansicht von 3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
3 ist eine Vorderansicht einer Gleitkonstruktion einer Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. 4 ist eine Seitenansicht von 3.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist ein Gleitkern 13 neben der Kavität 12 der Form vorgesehen, in welcher ein Formerzeugnis 11 hergestellt wird. Ein Gleitkavitätsblock 14 ist im Innern des Gleitkerns 13 vorgesehen. Ferner sind Heiz- und Kühlkanäle 15 vorgesehen, welche gestatten, dass ein Heizmedium bzw. Erwärmungsmedium und ein Kühlmedium abwechselnd wiederholt darin strömen können. Diese Kanäle sind an einem Teil des Gleitkavitätsblocks 4 angrenzend an die Kavitätsfläche vorgesehen. Ferner ist ein thermischer Isolierabschnitt 16 vorgesehen, welcher entweder von einem Kanal oder einem Isoliermaterial zwischen dem Gleitkavitätsblock 14 und dem Gleitkern 13 gebildet wird. Ferner sind in dem Gleitkern 13 Kanäle 17 vorgesehen, in welchen konstant ein Kühlmittel strömt.
Zwischen dem Gleitkern 13 und der Formbasis 18 ist ein Zwischenraum h1 für die Wärmeexpansion vorgesehen, welche während des Spritzgießens auftritt. Der Gleitkern 13 wird längs den Führungsschienen 20, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gleitkerns 13 vorgesehen sind, vor und zurück bewegt, bis sich ein geneigter Bolzen 19 zusammen mit der Formbasis 18 auf und ab bewegt. In den 3 und 4 sind in der Formbasis 18 Heiz- und Kühlkanäle vorgesehen, welche gestatten, dass ein Heizmedium und ein Kühlmedium abwechselnd und wiederholt darin strömen können, obgleich dies nicht näher aus Übersichtlichkeitsgründen dargestellt ist.
Beim Spritzgießen mit einer solchen Formvorrichtung werden das Erwärmen und Abkühlen abwechselnd und wiederholt innerhalb sehr kurzer Zeiträume ausgeführt, und eine Temperatur des jeweiligen Abschnitts der Form ändert sich ständig und weicht von der üblichen Temperatur beim Spritzgießen ab, bei der die Temperatur einer Spritzform im wesentlichen konstant bleibt. Somit kann eine unerwünschte Abnutzung durch Reibung zwischen dem Gleitkern und der Formbasis auftreten. Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung die nachstehend beschriebene Konstruktion bereitgestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Formbasis 18 und der Gleitkavitätsblock 14 in dem Gleitkern 13 in der Formbasis wärmeregelnden Vorgängen gesondert ausgesetzt. Wenn beispielsweise der Gleitkavitätsblock 14 und die Formbasis thermisch durch ein und dieselbe Wärmesteuerung gesteuert werden, steigt die Temperatur des Gleitkavitätsblocks 14 schneller an und fällt schneller ab als jene der Formbasis 18, wodurch sich ergibt, dass sich eine unerwartete Änderung des Zwischenraums h1 zwischen dem Gleitkern 13 und der Formbasis 18 bildet. Die Formbasis 18 und der Gleitkern 13 werden jedoch thermisch gesondert bei der bevorzugten Ausführungsform gesteuert, so dass es möglich ist, die vorstehend beschriebenen Änderungen und Schwankungen der Zwischenraums h1 zu verhindern. Es soll noch erwähnt werden, dass die Formbasis 18 einen weiteren Gleitkern aufweisen kann, welcher einen weiteren Gleitkavitätsblock hat.
Wie insbesondere bei der bevorzugten Ausführungsform an Hand von 4 verdeutlicht ist, sind zum Ausgleich von linken Zwischenräumen h1 und rechten Zwischenräumen h1 zwischen dem Gleitkern 13 und der Formbasis 18 Zwischenräume h2 zwischen dem Gleitkern 13 und den Führungsschienen 20 vorhanden, und der Gleitkern 13 ist derart beschaffen und ausgelegt, dass er eine Gleitbewegung längs einer zentralen Schiene 21 ausführen kann, welche an einem zentralen Abschnitt vorgesehen ist.
Bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung kann das Heizmedium von irgendeinem Medium der Gruppe gebildet werden, welche gesättigten Dampf, überhitzten Dampf, unter Druck stehendes Wasser, heißes Wasser und Öl umfaßt. Ferner können Kühlwasser und Öl als Kühlmedien eingesetzt werden.
Obgleich die Heiz- und Kühlmedien zum Erwärmen und Kühlen der Form der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform eingesetzt werden, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Somit kann beispielsweise das Heiz- oder Kühlmedium durch unterschiedliche Heiz- oder Kühlmaßnahmen, wie eine elektrische Heizung oder dergleichen ersetzt werden. Rohmaterialkunststoffe, die mittels der Formvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gespritzt werden, können amorphe Polymerharze, wie Polyvinylchlorid (Harzzusammensetzungen, welche starre Harze und weiche Harze umfassen) Acrylesterharz (Harzzusammensetzungen, welche Acrylsäure, Methacrylsäure usw. als eine Säure enthalten und auch Methylgruppen, Ethylgruppen usw. als Alkylgruppe enthalten) Polystyrol (Kunststoffzusammensetzungen, welche für allgemeine Gebrauchszwecke eingesetzt werden, eine hohe Stoßwiderstandsfähigkeit und dergleichen haben), Acrylnitril-Styrolharze, Acrylnitril-Butadien-Styrolharze, modifizierte Polyphenyloxide, Polycarbonate, Polysulfone, Polyarylate, Polyetherimide, Polyethersulfone usw; kristalline Polymere wie Polyethylene (Kunststoffzusammensetzungen, welche eine niedrige Dichte haben, eine lineare niedrige Dichte haben, eine mittlere Dichte haben, eine hohe Dichte haben usw.) Polypropylen (welche Homopolymer, Zufallspolymer, Blockpolymer usw.), Polybutyl-1, Polyethylpentan-1, Polyfluorcarbon (Polyvinlyidenflorid usw.), Polyoxymethylen, Polyamid (6, 66 usw.), Terephthalatesterharz (Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat usw.), Polyphenylensulfid, Polyetheretherketone, Polyetherketon, Polyimid, usw.; Flüssigkristallpolymer (aromatisches Polyester, aromatisches Polyester, aromatisches Polyesteramid usw.); wärmehärtbare Harze wie Epoxyharze, Melaminharz, Phenolharz, Harnsäureharz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyurethan, Siliconharz und Alkydharz; und Mischzusammensetzungen und Füllstoffe (einschließlich teilchenförmiger Füllstoffe, wie Talk usw. und faserförmiges Material, wie Glasfaser usw.) und Zusammensetzungen der vorstehend genannten Kunststoffmaterialien, sein.
Ein Kühlverfahren, bei dem die Formvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, kann zusätzlich zu einem üblichen Spritzgießen ein Kompressions-Spritzgießen, ein Druckverfahren mit lokaler Oszillation, ein Gasdruckverfahren, ein Verfahren mit Gasunterstützung, ein Hohlspritzen, ein Zwischenlagenspritzen, ein Zweifarbenspritzen, ein Verfahren mit Spritzen in der Form, ein Spritzmittel zum Ziehen und Drücken, ein Hochgeschwindigkeitsspritzen usw. umfassen.

Claims

Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff, welche eine abwechselnd erwärmte und gekühlte Kavitätsfläche (12) hat, und eine Formbasis (18), einen Gleitkern (13), welcher in der Formbasis vorgesehen ist, und einen Gleitkavitätsblock (14) aufweist, welcher in dem Gleitkern vorgesehen ist, wobei die Formbasis, der Gleitkern und der Gleitkavitätsblock gesondert thermisch gesteuert sind.
Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff nach Anspruch 1, welche ferner Führungsschienen (20) und eine zentrale Schiene (21) zum Führen des Gleitkerns aufweist, wobei ein Spiel (h2) zwischen dem Gleitkern und den Führungsschienen vorgesehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gleitkerns angeordnet sind, und wobei die zentrale Schiene an einer zentralen Position des Gleitkerns angeordnet ist.
Formvorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Formbasis (18) und der Gleitkavitätsblock (14) mit Heiz- und Kühlkanälen (15) versehen sind, welche gestatten, dass ein Heizmedium und ein Kühlmedium abwechselnd und wiederholt darin strömen können.