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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Spritzgießen von Kunststoffmaterialien.
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Es
ist bekannt, dass große,
dünne Artikel durch
Spritzgießen
schwierig zu bilden sind. Der Grund ist, dass der Spalt zwischen
den zwei Teilen der Form klein ist und die Strecke, die das Material zurücklegen
muss, zu lange für
den Druck ist, der von der Formungsmaschine ausgeübt wird,
damit er am vom Spritzpunkt entfernten Ende des Spaltes zur Verfügung steht,
um den Kunststoff zum Füllen
der Form anzutreiben. Kurz, das "Fließweg/Dicken-Verhältnis" ist zu lange.
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Für gewöhnlich werden
dünne Artikel
durch Vakuum- oder Druckformverfahren gebildet, wobei eine Schicht
aus Kunststoffmaterial gedehnt wird, um sich der Kontur einer Form
anzupassen. Solche Techniken sind in ihrer Anwendung begrenzt, da
sie keine Artikel mit gleichmäßiger Wanddicke
oder Artikel mit Bereichen erhöhter
oder verringerter Wanddicke erzeugen können. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
nur eine Oberfläche
des Artikels geformt wird, und die Dicke an einem beliebigen Punkt
ausschließlich
durch die Dicke der ursprünglichen Schicht
und das Ausmaß ihrer
Verformung bestimmt wird.
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JP-04238009
(Toyo Mach & Metal
Co. Ltd.) offenbart eine Form zur Befestigung zwischen den Platten
einer Spritzgießmaschine
zum Spritzprägen eines
dünnwandigen
Artikels, wie im einleitenden Teil des beiliegenden Anspruchs 1
beschrieben. Insbesondere umfasst die Form ein erstes formgebendes Teil,
eine Druckplatte, die relativ zu dem ersten formgebenden Teil zwischen
einer ersten und zweiten Endposition bewegbar ist, in der die Form
geöffnet beziehungsweise
geschlossen ist, einen Kern, der von der Druckplatte getragen wird
und relativ zu der Druckplatte in die Richtung zum Öffnen und
Schließen
der Form bewegbar ist, ein Randverschlussteil, das den Kern umgibt
und mit diesem in dichtem Eingriff steht und zwischen dem ersten
formgebenden Teil und der Druckplatte angeordnet ist, wobei das erste
formgebende Teil, der Kern und das Randverschlussteil gemeinsam
einen Formenhohlraum definieren und jeder relativ zu den anderen
zwei in die Richtung zum Öffnen
und Schließen
der Form bewegbar ist, und Mittel zum Ausüben einer Kraft, um den Kern
von der Druckplatte weg zu der Position eines minimalen Formenhohlraumvolumens
zu spannen.
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Bei
Verwendung der letztgenannten Form wird der Kern zur Minimierung
des Volumens des Formenhohlraums bewegt, wenn die Druckplatte ihre zweite
Position erreicht, d. h., wenn die Form geschlossen ist. Danach
wird der Kern rasch zur Vergrößerung des
Volumens des Formenhohlraums zurückgezogen,
um die Einspritzgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese japanische Verweisstelle
bietet keine Lehren, die bei der Bildung von Artikeln bei einem großen Fließweg/Dicken-Verhältnis hilfreich
sind.
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US 4,080,147 , das mit der
vorliegenden Erfindung enger verwandt ist, beschreibt eine Form,
die in drei Teilen gebildet ist. Eine Druckplatte trägt einen Kern
und der Hohlraum ist durch eine doppelte Formenplatte gebildet,
die den Kern umgibt. In Betrieb wird die Form teilweise geschlossen,
so dass das Formenhohlraumvolumen größer als sein Endvolumen ist,
aber dennoch vollständig
eingeschlossen ist. Eine dosierte Menge Kunststoffmaterial wird
in den Hohlraum eingespritzt. Die Druckplatte wird dann bewegt,
um den Hohlraum auf sein Minimalvolumen zu verringern, wodurch das
Kunststoffmaterial zusammengepresst und in die engeren Abschnitte
des Formenhohlraums gedrückt
wird. Ein Problem bei dieser Vorrichtung ist, dass der Hohlraum
ein signifikantes Luftvolumen enthält, wenn das Kunststoffmaterial eindosiert
wird. Wenn diese Luftmasse durch die Bewegung des Kerns zusammengepresst
wird; steigt ihre Temperatur und wenn nicht besondere Maßnahmen
ergriffen werden, um den Formenhohlraum zu entlüften, kann dies zu Brandmarkierungen
im Fertigprodukt führen.
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Die
vorliegende Erfindung versucht daher, eine Verbesserung bereitzustellen,
die das Luftvolumen verringert, das im Formenhohlraum eingeschlossen
ist, während
das Kunststoffmaterial in diesen dosiert wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Form bereitgestellt,
wie in der Folge in Anspruch 1 der beiliegenden Ansprüche beschrieben
ist. Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Spritzprägen eines
dünnwandigen
Artikels bereit, wie in Anspruch 8 der beiliegenden Ansprüche beschrieben
ist.
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Die
Erfindung unterscheidet sich von den Lehren von JP-0423 8009 dahingehend,
dass die Druckplatte in ihrer geschlossenen Position direkt Druck
auf den Kern ausübt.
In der vorliegenden Erfindung wird das Kunststoffmaterial, das im
Formenhohlraum bereits vorhanden ist, zusammengepresst, während die
Form durch die Bewegung der Druckplatte geschlossen wird.
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Die
Erfindung bietet gegenüber
den Lehren von US-A-4.080.147 den Vorteil, dass der Einschluss von
Luft in der Form minimiert wird, indem das Kunststoffmaterial in
den geschlossenen Formenhohlraum eingespritzt wird und der Kern
sich unter der Wirkung des Einspritzdrucks des Kunststoffmaterials
zurückziehen
kann.
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Die
Erfindung kann weitgehend als Anwendung einer Technik bei Kunststoffmaterial
betrachtet werden, die jener ähnlich
ist, die beim Metallschmieden verwendet wird. Eine Menge geschmolzenen Kunststoffmaterials
wird in den Formenhohlraum eingebracht, während dieser nicht das Minimalvolumen aufweist,
und dann wird das Kunststoffmaterial durch vollständiges Schließen der
Form zusammengepresst, um das Kunststoffmaterial in alle Teile des Formenhohlraums
zu drücken.
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Es
ist bekannt, einen Teil der Form zu bewegen, um nach dem Einspritzen
einer Kunststoffschmelze in einen Formenhohlraum auf herkömmliche
Weise einen zusätzlichen
Druck auszuüben.
Dieser Prozess, der als Spritzprägen
("injection compression
moulding" – ICM) bekannt
ist, bietet die Vorteile größerer Fließlängen, dünnerer Wände und
geringerer Werte einer Materialbelastung. Dies macht den Prozess
zum Formen von Artikeln wie CDs und DVDs (wegen der verbesserten
inneren Belastungen) und Trägerkörpern und
Instrumententafeln (wegen der verbesserten Schlagfestigkeit) geeignet.
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Das
bekannte Verfahren, das bei der Bildung von CDs verwendet wird,
unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung dahingehend, dass
die Kunststoffschmelze in die Form unter wesentlichem Druck eingebracht
wird und während
des Einspritzens der Kunststoffschmelze die formgebenden Teile mit
ausreichender Kraft zusammengehalten werden, so dass der Formenhohlraum
während
des Einspritzens ein konstantes Volumen beibehalten kann. Im Gegensatz
dazu kann in der vorliegenden Erfindung das Einspritzen der Kunststoffschmelze
ein Trennen der formgebenden Teile und eine Ausweitung des Formenhohlraums
bewirken. Der leichte Druck, der anfänglich zum Schließen der
Form verwendet wird, soll vorwiegend Gas aus dem Formenhohlraum
ausschließen.
Dadurch soll der Einschluss von Gastaschen in dem Hohlraum vermieden
werden. Wenn die Schmelze in die Form geleitet wird, kann sich der Hohlraum
nach Bedarf ausweiten, so dass die Schmelze relativ frei fließen kann,
um einen Teil des Volumens des Hohlraums einzunehmen. Sobald die vorbestimmte
Menge an geschmolzenem Kunststoffmaterial in die Form geleitet wurde,
werden die Teile der Form unter hohem Druck zusammengebracht, um
den Formenhohlraum auf sein Endvolumen zu verringern und die Schmelze
in alle Teile des Hohlraums zu drücken.
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Aus
der vorangehenden Erklärung
geht hervor, dass die Menge des Kunststoffmaterials vorbestimmt
sein muss, da mit der Einspritzung nicht einfach fortgefahren werden
kann, bis der Hohlraum vollständig
gefüllt
ist und der Gegendruck ein weiteres Einspritzen des Kunststoffmaterials
in die Form verhindert. Bei der Bildung von CDs wird andererseits
die Einspritzung durch den Gegendruck gestoppt, zu einem Zeitpunkt,
zu dem das Kunststoffmaterial bereits ungefähr neunzig Prozent des Hohlraums
einnehmen kann. Die abschließende
Verringerung des Volumens des Hohlraums dient nur dazu, das teilweise
verfestigte Kunststoffmaterial in die letzten zehn Prozent des Formenhohlraums
fließen zu
lassen.
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In
einer typischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die relative Verschiebung der formgebenden
Teile unter Druck mehr als das Zehnfache der endgültigen Formendicke
und kann bis zum Zweihundertfachen der endgültigen Formendicke betragen.
Dem steht eine entsprechende Bewegung mit etwa dem Zweifachen der
endgültigen Wanddicke
gegenüber,
die für
gewöhnlich
beim Spritzprägen
verwendet wird.
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Ein
weiterer wichtiger Unterschied zwischen der Erfindung und dem herkömmlichen
Spritzprägen liegt
in der Geschwindigkeit beim Verschließen der Form und der Rate des
Druckanstiegs in dem Formenhohlraum während dem Verschlussvorgang.
In der vorliegenden Erfindung wird die Form geschlossen und der
maximale Druck in dem Hohlraum in einem Zeitraum von weniger als
0,5 Sekunden und vorzugsweise weniger als 0,3 Sekunden erreicht.
Im Gegensatz dazu wird beim Spritzprägen, nachdem das Kunststoffmaterial
unter Druck eingespritzt wurde, um einen Großteil der Form und des Hohlraums
zu füllen,
der Druck allmählich
erhöht,
um das Kunststoffmaterial den Rest der Form füllen zu lassen.
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Der
wichtigste Unterschied zwischen der Erfindung und früheren Vorschlägen liegt
jedoch in der Ausübung
eines geringen Drucks zum Verschließen der Form, während die
Einspritzung stattfindet, und eines höheren Drucks zum Zusammenpressen
des eingespritzten Kunststoffmaterials nach Beendigung der Einspritzphase.
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Die
Bedeutung dieses Unterschieds wird unter Bezugnahme auf die Formung
von Trinkbechern beschrieben, wobei dies ein Beispiel für einen
Artikel ist, für
den sich die Erfindung besonders eignet. Wenn ein Trinkbecher gebildet
wird, wird das Kunststoffmaterial in die Basis des Bechers gespritzt,
und durch Ausübung
von hohem Druck zum Verschließen der
Form nach Beendigung des Einspritzschrittes wird das Kunststoffmaterial
von der Basis nach oben gedrückt,
um die Seitenwände
des Bechers und eine Lippe um die Öffnung zu bilden.
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Bei
einer solchen Anwendung ist es wesentlich, einen Gaseinschluss in
den unteren Ecken des Formenhohlraums an der Verbindungsstelle zwischen
der Basis und den Seitenwänden
zu vermeiden. Das Zusammenpressen dieses Gases er höht dessen
Temperatur und verursacht inakzeptable Brandmarkierungen in den
Fertigprodukten.
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Wenn
das Kunststoffmaterial in einen vollständig offenen Hohlraum eingespritzt
wird, würde
es eine kleine Kugel bilden, die abgeflacht wird, wenn die formgebenden
Teile bei hoher Geschwindigkeit zusammengebracht werden, und würde Gas
in den Ecken der Formen einschließen. In der vorliegenden Erfindung
wird dies vermieden, da das eingespritzte Kunststoffmaterial an
erster Stelle keine Kugel bildet. Statt dessen wird die Form unter
leichtem Druck geschlossen oder zumindest annähernd geschlossen und das eingespritzte
Kunststoffmaterial fließt
als sich radial ausdehnende Scheibe, die die formgebenden Teile
gegebenenfalls auseinander drückt,
bis sie die Basis des Bechers vollständig füllt. Wenn der Druck erhöht wird,
um das eingespritzte Kunststoffmaterial die Seitenwände des
Bechers hoch zu drücken,
wird kein Gas in den Ecken eingeschlossen, das Brandmarkierungen
verursachen könnte.
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Es
ist wichtig, dass das Hohlraumvolumen in allen Stufen nach Beginn
des Einspritzens von Kunststoffmaterial vollständig eingeschlossen bleibt. Obwohl
das Volumen des Hohlraums variabel sein muss, darf die Schmelze
nicht aus dem Hohlraum austreten.
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Die
Form ist vorzugsweise mit Mitteln zum Ausrichten des Randverschlussteils
in Bezug auf das erste formgebende Teil versehen, um eine exakte Ausrichtung
des beweglichen Kerns in Bezug auf den Rest des Formenhohlraums
zu erreichen.
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Eine
Feder und/oder ein Dämpfer
ist vorzugsweise bereitgestellt, um einem Zurückziehen des Kerns, weg von
dem ersten formgebenden Teil und in die Druckplatte, Widerstand
zu leisten.
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Es
kann eine Ausführung
der Erfindung mit einer Formungsmaschine in Betracht gezogen werden,
die eine hydraulische Verriegelung umfasst (d. h. eine, die nur
hydraulische Stellglieder verwendet, um den gesamten notwendigen
Druck auf die formgebenden Teile auszuüben). Unter Verwendung einer
solchen Methode ist es schwieriger, die notwendige Geschwindigkeit
für den
Verschluss des Formenhohlraums zu erreichen, wie auch den raschen Temperaturanstieg,
der notwendig ist, wenn sich die formgebenden Teile ihrer geschlossenen
Position nähern.
Dies kann daher die Verwendung speziell gebauter Maschinen erfordern.
In dieser Hinsieht sollte festgehalten werden, dass das Kunststoffmaterial
abgekühlt
wird und härtet,
wenn es mit den Formenoberflächen
in Kontakt gelangt, und es daher aus diesem Grund wichtig ist, dass
der Fluss des Kunststoffmaterials durch den Verschluss der formgebenden Teile
so rasch wie möglich
beendet sein sollte. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Spritzgussmaschine mit
einem Kipphebelverschlussmechanismus besonders geeignet ist, um
die wesentliche Kraft bereitzustellen, die zur Erzielung des abschließenden Verschlusses
notwendig ist.
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Da
der Druck in dem Kunststoffmaterial beim abschließenden Verschluss
wesentlich ist, wird das Einspritzgatter, durch das das Kunststoffmaterial
in die Form gespritzt wird, vorzugsweise durch ein Ventil vor dem
endgültigen
Formenverschluss geschlossen. Dies soll ein Austreiben des Materials
aus dem Werkzeug während
dem abschließenden
Verschließen
verhindern.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Verschließen der
Form unter hohem Druck die Verringerung des Spaltes zwischen den
formgebenden Teilen über
einen wesentlichen Abschnitt des Oberflächenbereichs des fertigen geformten
Artikels, wodurch die Bewegung des Kunststoffmaterials durch ein
dünnes
formgebendes Teil, das andernfalls als zu dünn erachtet wird, nur während dem
letzten Teil des abschließenden
Verschlusses stattfindet.
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Zum
Einleiten einer exakt vorbestimmten Menge an Kunststoffmaterial
ist bevorzugt ein Heißkanaldüsensystem
bereitzustellen, das einen Verteiler umfasst, der einen Dosierzylinder
für jeden
Hohlraum enthält,
wobei jeder Dosierzylinder über
ein entsprechendes Ventil an eine gemeinsame, unter Druck stehende
Versorgung von Kunststoffmaterial angeschlossen ist und mit dem
zugehörigen
Hohlraum über
einen Schieber verbunden ist.
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Jeder
Dosierzylinder umfasst eine Kammer mit variablem Volumen, die durch
einen Kolben begrenzt ist, die zum Speichern der notwendigen Menge
an Kunststoffmaterial für
den zugehörigen
Hohlraum dient. Wenn das Kunststoffmaterial von der Druckquelle
in die Dosierzylinder eingespritzt wird, fließt es zunächst zu dem Dosierzylinder,
der den geringsten Widerstand bietet, aber wenn dieser Topf voll
ist, trifft das Kunststoffmaterial auf Widerstand und wird zu einem
anderen Dosierzylinder geleitet, bis alle Dosierzylinder voll sind.
Ein einstellbarer Anschlag kann für jeden der Kolben der Dosierzylinder bereitgestellt
sein, um eine Feineinstellung der Menge an Kunststoffmaterial zu
ermöglichen,
die an jeden Hohlraum abgegeben wird. Wenn die Schieber geöffnet und
die Kolben der Dosierzylinder in eine Richtung zur Verringerung
des Volumens der Arbeitskammern bewegt werden, wird das gelagerte
Kunststoffmaterial über
den Schieber in den Hohlraum gepresst und an einer Bewegung in die
entgegengesetzte Richtung gehindert.
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Die
Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben, von welchen:
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1 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen Formungsmaschine ist;
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2 eine
Schnittansicht durch eine vollständig
offene Form ist;
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3 eine
Schnittansicht durch die Form von 1 unmittelbar
vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze ist;
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4 eine
Schnittansicht durch die Form von 1 während dem
Einspritzen der Kunststoffschmelze ist;
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5 eine
Schnittansicht durch die Form der vorangehenden Figuren bei vollständig geschlossenem
Formenhohlraum ist;
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6 eine
Ansicht ähnlich
jener von 3 ist, die eine alternative
Ausführungsform
der Form zeigt, die einen Druckspeicher anstelle einer Schraubenfeder
verwendet, und
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7 eine
schematische Schnittansicht durch einen Teil eines Heißdüsenkanalverteilers
ist, die einen der Dosierzylinder zeigt, die verwendet werden um
zu garantieren, dass alle Hohlräume
eine gleiche Menge an Kunststoffschmelze erhalten, wenn eine Form
mit mehreren Hohlräumen
verwendet wird, die an eine gemeinsame Zufuhrschnecke angeschlossen
ist.
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Die
Formungsmaschine, die in 1 dargestellt ist, ist im Allgemeinen
herkömmlich
und wird daher nur so ausführlich
wie notwendig beschrieben, um das "injection Impact Compression"- (IIC-) Verfahren
(Spritzstoßprägeverfahren)
der Erfindung zu verstehen. Die Formungsmaschine 10 umfasst
zwei feststehende Stützwände 12 und 14,
die durch vier Verbindungsstangen 16 miteinander verbunden
sind. Eine herkömmliche
Form 18 ist dargestellt, die aus zwei Teilen besteht, nämlich einem
feststehenden Teil 18a, das an der Stützwand 12 befestigt
ist, und einem beweglichen Teil 18b, das an einer Platte 20 befestigt
ist, die entlang den Verbindungsstangen 16 gleiten kann.
Die Platte 20 wird durch einen hydraulischen Stößel 22 zu
der Stützwand 12 hin
und von dieser weg bewegt, der an der Stützwand 14 befestigt
und durch einen Kipphebelmechanismus, der Hebel 24a, die
an die Stützwand 14 angelenkt
sind, Hebel 24b, die an die Platte 20 angelenkt
sind, und Hebel 24c, die an den Stößel 22 angelenkt sind,
umfasst, mit der Platte 20 verbunden ist, wobei die anderen
Enden aller drei Hebel 24a, 24b und 24c aneinander
angelenkt sind. Die Hebel des Kipphebelmechanismus sind in ihrer
Position dargestellt, wenn der Formenhohlraum offen ist, und zum
Verschließen des
Formenhohlraums bewegt sich der Stößel nach rechts in der Ansicht,
so dass sich die Hebel 24c in eine vertikalere Position
bewegen und auf die Hebel 24a und 24b wirken,
um diese in eine miteinander ausgerichtete Position zu bewegen,
wodurch die Platte 20 und das formgebende Teil 18 zur
geschlossenen Position hin bewegt werden.
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Ein
erwärmter
Schneckenzuführmechanismus 30 erwärmt und
presst Granula zusammen, die aus einem Trichter durch Drehung der
Schnecke abgezogen werden, um eine Kunststoffschmelze zu bilden,
und die Schnecke kann auch axial bewegt werden, um die Schmelze
durch eine Reihe von Kanaldüsen
in den Formenhohlraum einzuspritzen.
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Wie
zuvor angeführt,
ist die Maschine von 1 bereits für das Spritzgießen bekannt.
Für gewöhnlich ist
der Formenhohlraum geschlossen und die Spritzschnecke wird vorgeschoben,
um den gesamten notwendigen Druck für das Einspritzen ausreichender
Schmelze zum Füllen
des Hohlraums bereitzustellen. Sobald das Kunststoffmaterial in
der Form gehärtet
ist, wird diese geöffnet,
der geformte Artikel ausgestoßen
und mit einem neuen Zyklus begonnen.
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Dieses
bekannte Betriebsverfahren hat seine Einschränkungen und kann nicht zur
Bildung von Artikeln verwendet werden, die einen sehr dünnwandigen
Abschnitt haben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Einspritzen
des Kunststoffmaterials dieses sehr rasch bei Kontakt mit der Formoberfläche abkühlt und
einen großen
Gegendruck erzeugt, der verhindert, dass das Kunststoffmaterial
den gesamten Hohlraum füllt.
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In
der vorliegenden Erfindung soll die Spritzschnecke nicht ausreichenden
Druck erzeugen, um einen geschlossenen Formenhohlraum zu füllen. Statt
dessen wird die Schnecke zum Einspritzen einer Dosis Schmelze in
die Form verwendet, während der
Formenhohlraum nicht unter Druck geschlossen ist, und anschließend werden
die formgebenden Teile unter Verwendung des Stößels 22 rasch zusammengebracht,
um das Kunststoffmaterial zu "schmieden" und es rasch in
jeden Teil des Formenhohlraums zu drücken.
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Es
wird nun ein Betriebszyklus ausführlicher unter
Bezugnahme auf 2 bis 5 betrachtet.
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Anstelle
einer herkömmlichen
zweiteiligen Form 18a, 18b, wie unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben, verwendet die bevorzugte Ausführungsform
der Erfin dung eine Formengruppe 50, die vier Komponenten
umfasst, die sich relativ zueinander bewegen können. Die erste der vier Komponenten
ist ein feststehender Hohlraumaufbau 52, der den Hohlraum 54 definiert
und mit einem Zufuhrgatter 55 ausgebildet ist, durch das
die Kunststoffschmelze in den Hohlraum eingespritzt wird. Der Hohlraumaufbau
ist an der Stützwand 12 befestigt.
Das Zufuhrgatter 55 und der Steuerstift, der das Gatter öffnet und schließt, werden
in der Folge im Zusammenhang mit der Art und Weise der Einleitung
einer exakten Dosis der Kunststoffschmelze in den Formenhohlraum 54 näher beschrieben.
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Die
anderen drei Komponenten, die gemeinsam die Kerngruppe bilden, sind
an der beweglichen Platte 20 der Formungsmaschine montiert.
Eine erste der drei Komponenten, die hierin als Druckplatte bezeichnet
wird, ist mit 56 bezeichnet und an der beweglichen Platte 20 befestigt.
Die zweite der Komponenten wird als Randverschlussplatte bezeichnet und
ist mit 58 in den Zeichnungen bezeichnet. Die Randverschlussplatte
wird von der Druckplatte 56 durch relativ starke Federn 60 weggespannt
und ist exakt ausgerichtet und geführt, so dass ein Vorsprung 59 in
eine Ausnehmung 53 in das formgebende Teil 52 des
Hohlraumaufbaus eingreift. Die letzte Komponente der Form ist ein
Kern 62, der den Formenhohlraum teilweise begrenzt und
einen zylindrischen Abschnitt hat, der frei durch eine Durchgangsbohrung,
die in der Randverschlussplatte 58 ausgebildet ist, gleitet
und in dieser exakt geführt
ist.
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Der
Kern 62 ist an seinem dem Formenhohlraum fern liegenden
Ende mit einem vergrößerten Kopf 64 ausgebildet,
der in der Art eines Kolbens in einer Kammer 66 aufgenommen
wird, die in der Druckplatte 56 ausgebildet ist. Eine schwache
Feder, die in der Kammer 66 angeordnet ist, spannt den Kern
von der Druckplatte weg zu einer ringförmigen Anschlagplatte 70,
die an der Druckplatte 56 befestigt ist und den zylindrischen
Bereich des Kerns 62 umgibt. Der vergrößerte Kopf 64, der
zwischen der Druckplatte 56 und der Anschlagplatte 70 eingeschlossen
ist, bildet eine Leerlaufkupplung, die in der Wirkungslinie zwischen
dem Kern 62 und der Maschinenplatte 20 angeordnet
ist.
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In
der Ausführungsform
von 2 bis 4 bildet der Kopf 64 keine
Dichtung mit der Kammer 66 und die Anschlagplatte 70 liegt
nicht dicht gegen den Kern 62. Stattdessen ermöglichen
kleine Zwischenräume
einen Austritt von Luft, während
die Bewegung des Kerns 62 gedämpft wird.
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2 zeigt
die Form in der Position am Ende eines Zyklus und zu Beginn des
nächsten.
Der Hohlraum ist offen und der geformte Artikel, in diesem Fall ein
Trinkbecher, wird aus dem Hohlraum auf herkömmliche Weise ausgestoßen (nicht
dargestellt). Der Kipphebelmechanismus bewegt nun die Kerngruppe
zu dem Hohlraumaufbau bis die Position, die in 3 dargestellt
ist, erreicht oder annähernd
erreicht ist. In dieser Position steht der Vorsprung 59 der
Randverschlussplatte 58 vollständig mit der Ausnehmung 53 des
Hohlraumaufbaus 52 in Eingriff und die starken Federn 60 garantieren,
dass der Hohlraum vollständig
gegen den Austritt der Kunststoffschmelze aus dem Formenhohlraum
verschlossen ist, auch wenn sich der Kern noch immer bewegen kann,
um das Hohlraumvolumen zu ändern.
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Im
nächsten
Schritt wird die Kunststoffschmelze bei einem relativ geringen Druck
durch das Zufuhrgatter 55 in den Formenhohlraum eingeleitet. An
diesem Punkt kann der Einspritzdruck der Kunststoffschmelze den
Kern 62 gegen die Wirkung der schwachen Feder 68 zurückschieben.
Die Einspritzung kann zeitlich so gesteuert werden, dass sie unmittelbar
bevor oder unmittelbar nachdem der Kern den Boden des Hohlraums 54 erreicht,
stattfindet, so dass die Schmelze, wenn sie in den Hohlraum eintritt, sich
in die Ecken des Hohlraums verteilt, ohne Gas zwischen der Schmelze
und den Ecken der Form einzuschließen. Der Einspritzdruck ist
jedoch nicht ausreichend, um die Kunststoffschmelze in die engen Teile
des Formenhohlraums zu drücken,
in diesem Fall die konische Wand des Trinkbechers.
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Schließlich wird
die Druckplatte 56 von der Platte 20 bewegt, um
eine Kraft direkt auf den Kern 62 auszuüben, nachdem die schwache Feder 68 vollständig zusammengepresst
wurde. Der Druck, der sich aus der Bewegung des Kerns unter der
Kraft des hydraulischen Stößels 22 ergibt,
der durch den mechanischen Vorteil der Kipphebel verstärkt wird,
ist ausreichend groß,
um die Schmelze zu schmieden und dadurch alle Teile der Form zu
füllen.
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Der
Begriff "schmieden" wird verwendet,
um die Geschwindigkeit zum Verschließen der Form und die Rate des
Druckanstiegs im Formenhohlraum während dem Verschlussvorgang
zu betonen. Für gewöhnlich wird
die Form geschlossen und der Maximaldruck im Hohlraum innerhalb
eines Zeitraumes von weniger als 0,5 Sekunden und vorzugsweise weniger
als 0,3 Sekunden erreicht. Im Gegensatz dazu wird beim Spritzprägen nach
dem Stand der Technik, nachdem das Kunststoffmaterial unter Druck
eingespritzt wurde, um einen Großteil der Form und des Hohlraums
zu füllen,
der Druck nur langsam erhöht, um
das Kunststoffmaterial den Rest der Form füllen zu lassen.
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Die
Ausführungsform
von 6 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen
Ausführungsform
nur darin, dass eine Gasfeder oder ein Druckspeicher 80 anstelle
der Schraubenfeder 68 verwendet wird. In diesem Fall, wie
durch O-Ringe in der Zeichnung dargestellt, liegt der Kopf 64 des
Kerns 62 dicht gegen die Wand der Kammer 66 und
die Anschlagplatte 70 liegt dicht gegen den Kern 62.
Die zwei Arbeitskammern an gegenüberliegenden
Seiten des Kopfes 64 sind durch Durchlässe 82, die in der Druckplatte 56 ausgebildet
sind, und durch Außenleitungen 86 und
verschiedene Ventile 88 mit dem Druckspeicher 80 und
der Atmosphäre
verbunden. Die Funktion ist mit jener der Schraubenfeder 68 dahingehend
vollkommen gleich, dass sich der Kern 62 gegen einen schwachen
Widerstand bewegen kann, wenn die Schmelze in den Hohlraum eingespritzt wird.
Aber die volle Kraft der Druckplatte 56 und der Platte 20 auf
den Kern 62 wirkt, wenn die Kerngruppe das Ende ihrer Bewegung
erreicht.
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Wenn
Kunststoffmaterial normal in eine Form mit mehreren Hohlräumen eingespritzt
wird, folgt die Schmelze dem Weg des geringsten Widerstandes. Somit
fließt
die Schmelze zunächst
zu dem Hohlraum, der der Zufuhrschnecke am nächsten liegt, und während sich
dieser Hohlraum füllt,
steigt sein Widerstand, so dass die Schmelze zu den anderen Hohlräumen fließt, wobei
dies wiederholt wird, bis alle Hohlräume voll sind. Eine solche
Methode kann in der vorliegenden Erfin dung nicht verwendet werden,
da die Schmelze immer auf einen schwachen Widerstand trifft, selbst
nachdem ein Hohlraum seine volle Dosis Kunststoffmaterial erhalten
hat. Eine Reaktion auf den Gegendruck würde dazu führen, dass das gesamte Kunststoffmaterial
zu dem ersten Hohlraum und keines zu den anderen fließt.
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Zur
Vermeidung dieses Problems verwendet die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein spezielles Heißdüsenkanalsystem, das in 7 dargestellt
ist, zur Verteilung des Kunststoffmaterials zu den einzelnen Hohlräumen, Wie
bei allen Heißdüsenkanalsystemen
hat der Verteiler 100 einen einzigen Einlass 90,
der mit der Schnecke verbunden ist, und mehrere Auslässe, die
jeweils durch das Zufuhrgatter 55 eines entsprechenden
Hohlraums gebildet werden. Steuerstifte 94, die die Zufuhrgatter öffnen und
schließen,
werden alle durch einen gemeinsamen Schieber 96 betätigt, der
sich in die und aus der Ebene der Zeichnung bewegt.
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Die
Steuerstifte wirken auch als Schieberventile. Insbesondere ermöglichen
die Steuerstifte 94 in einer ihrer Endpositionen, dass
Kunststoffmaterial vom Einlass 90 zur Arbeitskammer 102 eines
Dosierzylinders 98 fließen kann, der einem entsprechenden Formenhohlraum
zugeordnet ist. In dieser Zeit ist der Formenhohlraum geschlossen.
In ihren anderen Endpositionen öffnen
die Steuerstifte das Zufuhrgatter, trennen den Dosierzylinder 98 vom
Einlass 90 und verbinden ihn stattdessen mit dem Zufuhrgatter. Wenn
der Kolben nun bewegt wird, spritzt er die Menge der Kunststoffschmelze,
die in der Arbeitskammer 102 enthalten ist, in seinen zugehörigen Formenhohlraum.
Durch Einstellen eines Anschlages, der den Hub jedes Kolben begrenzt,
kann die Menge an Kunststoffmaterial, die in jeden Hohlraum eingespritzt
wird, exakt und getrennt dosiert werden.
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Die
Kolben der Dosierzylinder 98 können durch einen unabhängigen mechanischen,
elektrischen oder hydraulischen Mechanismus betätigt werden, aber es ist auch
möglich,
die Kolben so anzuordnen, dass sie parallel zu der Achse der relativen Bewegung
der Komponenten der Form montiert sind, so dass die Kraft zum Einspritzen
der Kunststoffschmelze in den Hohlraum von der Bewegung der Platte 20 abgeleitet
werden kann. Insbesondere können
die Kolben durch die Randverschlussplatte 58 betätigt werden.