DE69017056T2 - Vorrichtung zum Herstellen von hohlförmigen Artikeln. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Formteilen aus Kunststoffmittels Spritzgießen, wobei die Vorrichtung eine Düse mit einer ersten Einlaßöffnung für eine aus einer Spritzgießmaschine kommende Kunststoffschmelze und eine zweite Einlaßöffnung für ein Gas, Einrichtungen zum Einleiten des Gases in die Kunststoffschmelze sowie eine Auslaßöffnung für das Gas und die Kunststoffschmelze umfaßt, wobei die Auslaßöffnung über einen Austrittsspalt mit einer Spritzform verbunden werden kann.
• Es war schon früher bekannt, wie hohle Formteile aus Kunststoff gemäß der obigen Beschreibung hergestellt werden. In EP-A-0 250 080 bzw. in DE-OS 2 461 580 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Kunststoffschmelze durch eine Düse ausgestoßen und in eine Spritzform gedrückt wird, wobei die Düse einen mittigen Auslaß für ein Gas aufweist. Das Gas und die Kunststoffschmelze werden gleichzeitig in die Spritzform übergeführt, was bedeutet, daß die Kunststoffschmelze das Gas in sich einschließt und eine Gießhülle bildet, die an den Wandungen der Spritzform erstarrt. Als Beispiel für geeignete Gase wird Stickstoff genannt. Zum Einpressen des Gases in die Kunststoffschmelze dient ein Zylinder, in den das Gas aus einem geeigneten Vorratsbehälter eingeleitet wird. Der Zylinder ist über eine Leitung und ein Ventil mit einem mittigen Kanal in der Düse verbunden. Der Zylinder füllt sich mit Gas, das Gas wird mittels des Kolbens komprimiert, und dann wird das Gas in die Kunststoffschmelze eingeleitet.
• In EP 127 961 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben, gemäß dem der Zylinder, der zum Einpressen des Gases in die Kunststoffschmelze benutzt wird, auch als Meßvorrichtung für das Gas dient, um die Gasmenge an den herzustellenden Artikel anzupassen. Der Kolben weist einen Hub auf, der sich verstellen läßt und auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann, der der verwendeten Gasmenge entspricht. Wenn der Zylinder voll ist, wird die Gaszufuhr gestoppt, und das Gas wird durch Bewegen des Kolbens nach vorn komprimiert. Bei einem bestimmten Druck öffnet sich das Ventil, und das Gas wird in die Kunststoffschmelze übergeführt.
• Die oben beschriebenen Vorrichtungen bieten unter anderem auch die Möglichkeit, Einsackstellen zu vermeiden, d.h. örtlich begrenzte Formfehler, die entstehen, wenn dickwandige Kunststoffartikel hergestellt werden. Außerdem wird im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine bessere Wirtschaftlichkeit erreicht, da der Verbrauch an Kunststoff in dem gleichen Male abnimmt, in dem das Verfahren zu einer nicht unbedeutenden Verringerung des Gewichts des hergestellten Artikels führt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung des in die Düse einströmenden Gases zu schaffen, die einfacher ist als die bisher bekannten Anordnungen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, das Gas oder wenigstens einen Teil des Gases rückzugewinnen, das in dem Verfahren zum Einsatz kommt. Das wird init einer Vorrichtung erreicht, die die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale aufweist.
• Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, während Fig. 2 einen Längs schnitt durch die Düse zeigt, durch die der Kunststoff und das Gas zu der Spritzform geleitet werden, und Fig. 3 die elektrische Steuerungsanlage für die Vorrichtung darstellt.
• Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt die Vorrichtung eine Düse 10, an die eine herkömmliche Kunststoff-Spritzgießmaschine 11 angegliedert ist. Die Düse ist in der üblichen Weise so beweglich, daß sie an ein Werkzeug 12 herangeführt werden kann, das einen Spritzformraum aufweist, mit dem die Düse über einen Austrittsspalt in dem Werkzeug in Verbindung steht.
• Wie aus Figur 2 hervorgeht, umfaßt die Düse 10 ein vom befestigtes, hutartiges Teil 13, in dem ein mittiger Auslaßkanal 14 mit einem Auslaß 15 angeordnet ist. In dem Teil 13 befindet sich ein Einsatz 16 mit einem axial hindurchführenden Kanal 17 mit einer Einlaßöffnung 18 für den Kunststoff, wobei der Kanal 17 koaxial mit dem Auslaßkanal 14 angeordnet ist und die beiden Kanäle teilweise als Kegelstümpfe ausgeführt sind, die sich aneinander anschließen. In der Mitte der Kanäle 14 und 17 ist ein Rohr 19 angeordnet, das einen Teil des Einsatzes 16 darstellt und von dem Einsatz in den Auslaßkanal 14 hineinragt und in der Mitte der Auslaßöffnung 15 endet. An seinem anderen Ende ist das Rohr 19 als radialer Kanal in dem Einsatz 16 ausgebildet und führt weiter als eine Muffe 20, die radial ausgerichtet ist, und an der ein Rohrnippel 21 befestigt ist. Der Kanal in dem Rohrnippel 21 und in der Muffe 20 weist eine Einlaßöffnung 22 für das Gas auf, das zu der Düse geführt wird.
• Die Düse besitzt auch einen hinteren Teil 23 mit einem Ventilkörper 24, der normalerweise an einen Ventilsitz 25 stört und eine Kammer 26 teilt, in der sich die Kunststoffschmelze befindet, und diese gegen die Einlaßöffnung 18 in der Düse abdichtet. Der Ventilkörper 24 kann mittels einer nicht im einzelnen dargestellten Vorrichtung axial in einer solchen Weise bewegt werden, daß die Kunststoffschmelze aus der Kammer 26 zu der Einlaßöffnung 18 der Düse fliegt. Der vordere Teil 13 und der hintere Teil 23 der Düse sind mit Hilfe von Sperrelementen 27 miteinander verbunden.
• Die Gaseinlaßöffnung 22 der Düse 10 steht über eine Leitung 28 in Verbindung mit einem Gasspeicher 29 mit einem festen Aufnahmevolumen, in dem das Gas unter einem vergleichsweise hohen Druck vorhanden ist. Dieser Gasspeicher ist mit einem Gasdruckverstärker 30 verbunden, d.h. mit einer Druckerhöhungsvorrichtung, die durch eine Fortsetzung der Leitung 28 mit Gas aus einem Vorratsbehälter 31, d.h. aus einer Gasflasche, gespeist wird. Der Gasdruckverstärker 30 erzeugt auf diese Weise einen überwiegend konstanten Druck in dem Gasspeicher 29. Es wird vorzugsweise Stickstoff verwendet, aber es können auch andere Gase oder Gasgemische verwendet werden.
• Die Leitung 28 ist mit einem Drosselventil 32 versehen, mit dem der Gasstrom zu der Düse sehr genau auf bestimmte Werte eingestellt werden kann, die dem hergestellten Artikel entsprechen. In seiner einfachsten Version besteht das Drosselventil aus einem Nadelventil, mit dem der Strömungsquerschnitt der Leitung 28 auf einfache Weise verändert werden kann, indem die Stellung des Ventilkörpers mit Hilfe einer Schraube mit einem feinen Gewinde reguliert wird. Die Leitung 28 weist auch ein Ventil 33 auf, das über pneumatische, hydraulische und/oder elektrische Einrichtungen 34 mit Hilfe einer elektrischen Steuerungseinheit, die weiter unten beschrieben ist, in und außer Betrieb gesetzt werden kann.
• Zwischen dem Gasspeicher 29 und dem Ventil 33 ist eine Drucksteuerungsvorrichtung 34 angeordnet, mit der in dem Teil der Leitung 28, der sich links von der Drucksteuerungsvorrichtung 35 befindet, ein geeigneter Druck gewählt werden kann. Die Leitung ist auch mit Druckgebervorrichtungen 36 zur Beobachtung und Steuerung des Drucks in den verschiedenen Teilen der Leitung 28 versehen. Ebenso sind ein Sicherheitsventil 37 und ein Entfeuchter 38 für das Gas vorhanden.
• Um das Gas, das durch das Drosselventil 32 in die Leitung 28 hineinströmt, rückgewinnen und wieder in Umlauf setzen zu können, ist eine Zweigleitung 39 vorhanden, die mit der Leitung 28 links von dem Drosselventil 32 und zwischen dem Druckverstärker 30 und der Gasvorratsbehälter 31 verbunden ist. In dieser Leitung 39 ist ein Ventil 40 installiert, das über pneumatische, hydraulische und/oder elektrische Einrichtungen 41 mit Hilfe der Steuerungsanlage in und außer Betrieb gesetzt wird. Die Leitung 39 ist auch mit einem Drosselventil 42, einem Absperrventil 43 und einem Druckverstärker 44 versehen, der den Gasdruck in der Leitung links von dem Druckverstärker 44 auf den gleichen Druck erhöht, wie dieser in der Leitung zwischen dem Druckverstärker 30 und dem Gasvorratsbehälter 31 herrscht.
• Die Steuerungseinheit in Fig. 3 besitzt einen Hauptschalter 45, mit dem die Hauptstromversorgung mit einem Transformator 47 verbunden wird, dessen Sekundärseite an einen Schalter an dem Verzögerungsrelais 48 angeschlossen ist, das ein Eingangssignal von der Spritzgießmaschine empfängt, wenn sich der Ventilkörper 24 so bewegt, daß die Kunststoffschmelze in die Düse ausgestoßen wird. Die Verzögerung kann auf Werte zwischen 0,05 und 10 s eingestellt werden. Das Relais 48 verbindet die Sekundärseite des Transformators mit einem Zeitrelais 49, und dieses Relais steuert die Einrichtungen 34 zum Öffnen des Ventils 33 an. Das Zeitrelais läßt sich so einstellen, daß es das Ventil 1 - 1000 s lang offenhält. Wenn das Zeitrelais 49 nach einer vorbestimmten Zeit in seine Ausgangsstellung zurückschaltet und sich das Ventil 33 wieder schließt, wird das Zeitrelais 50 über einen vorbestimmten Zeitraum angesteuert. Dieses Relais steuert die Einrichtungen 41 zum Öffnen des Ventils 40 an.
• Die Steuerungseinheit ist ebenfalls mit einem Schalter 51 und einem elektrischen Schaltkreis zum Öffnen des Ventils 33 mit der Hand versehen, damit die Leitung und die Gaskanäle von einem durch die Düse strömenden Gas entleert werden können, falls die Kanäle durch irgendetwas verstopft sind.
• Die Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Das Ventil 33 in der Leitung 28 ist normalerweise geschlossen, wobei der Gasdruckverstärker 30 in dem Gasspeicher 29 einen überwiegend konstanten Druck aufrechterhält, wobei der Druck etwa 100 bis 1000 Bar beträgt. Der Ventilkörper 24 stört an den Ventilsitz 25 in der Düse, was bedeutet, daß die Kunststoffschmelze daran gehindert wird, in die Düse zu strömen. Wenn ein Artikel aus Kunststoff geformt werden soll, bewegt sich die Düse 10 so, daß sie an die Spritzform 12 anstößt, und der Ventilkörper 24 bewegt sich in der Figur nach links, wodurch die Kunststoffschmelze durch den Druck in der Düse, der normalerweise 500 bis 1000 Bar beträgt, in den Kanal 17 in der Düse gepreßt wird. Das Einschaltverzögerungsrelais 48 zieht dann nach der vorbestimmten Zeit an. Dadurch wird das Zeitrelais 49 so angesteuert, dar Strom zu den Einrichtungen 34 fließt, die das Ventil 33 so ansteuern, daß es sich öffnet. Das heißt, das Gas in dem Gasspeicher 29 strömt durch die Leitung 28 und durch das Drosselventil 32. Durch Einstellen des Drosselventils erfolgt eine Anpassung des durch die Düse 10 strömenden Gases, so daß die Geschwindigkeit des in die Düse einströmenden Gases überwiegend der Durchflußgeschwindigkeit der Kunststoffschmelze entspricht. Dadurch strömt das Gas durch das Rohr 19 und strömt an der Auslaßöffnung 15 der Düse heraus, so daß sich ein zentraler Gaskern bildet, der von dem Kunststoff umgeben wird.
• Auf Grund der Einschaltverzögerung an dem Ventil bildet sich vorn ein Kunststoffpfropfen, der verhindert, daß das Gas durch den Kunststoff ausbricht und Löcher in dessen Oberflächenschicht hervorruft. Das Gas preßt dann den Kunststoff an die Wandungen der Spritzform. Kehrt der Ventilkörper 24 dann in seine Ausgangsstellung zurück, hört die Kunststoffschmelze auf, durch die Düse zu strömen, wobei jedoch die Verbindung zwischen dem Gasspeicher 29 und der Spritzform 12 aufrechterhalten wird, da das Relais 49 über die eingestellte Zeit in seiner angezogenen Stellung bleibt. Die Verbindung zwischen dem Gasspeicher 29 und der Spritzform 12 wird vorzugsweise während der Dauer des gesamten Spritzgießverfahrens mit Ausnahme der Einleitungsphase aufrechterhalten, und ebenso wird sie hinterher während der Abkühlphase aufrechterhalten. Fällt das Relais 49 ab, fließt Strom zu dem Relais 50 und stellt dadurch eine elektrische Verbindung zu den Einrichtungen 41 zum Öffnen des Ventils 40 her, so daß das in der Leitung 28 links von dem Ventil 33 und in der Düse 10 und der Spritzform 12 befindliche Gas durch die Leitung 39 strömt und von dem Druckverstärker 49 auf den gleichen Druck wie in dem Gasvorratsbehälter 31 komprimiert wird. Nach einer vorbestimmten Zeit setzt das Relais 50 die Einrichtungen 41 außer Betrieb und schließt dadurch das Ventil 40 wieder.
• Es muß erwähnt werden, daß es manchmal notwendig ist, in dem Gasversorgungskanal der Düse 12 ein Absperrventil 52 einzusetzen, das verhindert, dar Gas aus der Spritzform zurückströmt, da die Gefahr besteht, dar Kunststoffstücke mit dem zurückfließenden Strom mitgerissen werden und den Kanal verstopfen. Das führt natürlicherweise zu einer Verringerung der rückgewonnenen Gasmenge, gewöhnlich ist jedoch die Gasmenge, die in der Leitung 28 eingeschlossen ist, groß im Vergleich zu der Gasmenge, die in dem herzustellenden Artikel eingeschlossen ist, was bedeutet, dar das Verhältnis der Rückgewinnung ausreicht.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Formteilen aus Kunststoff mittels eines Spritzgießverfahrens, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Düse (10) mit einer ersten Einlaßöffnung (18) für eine Kunststoffschmelze aus einer Spritzgießvorrichtung und eine zweite Einlaßöffnung (22) für ein Gas, Einrichtungen (19) zum Einleiten des Gases in die Kunststoffschmelze sowie eine Auslaßöffnung (15) für das Gas und die Kunststoffschmelze, wobei die Auslaßöffnung über einen Äustrittsspalt mit dem Spritzformraum verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dar die zweite Einlaßöffnung (22) über eine Leitung (28) mit einem Gasspeicher (29) mit einem konstanten Aufnahmevolumen in Verbindung steht, in dem das Gas einen überwiegend konstanten Druck aufweist, und dar in der Leitung ein Drosselventil (32) angeordnet ist, mit dem der Gasstrom durch die Leitung geregelt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (28) auch ein Ventil (33) zwischen dem Gasspeicher (29) und der Düse (10) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dar sie einen elektrischen Schaltkreis für das Ventil (33) aufweist, wobei der Schaltkreis Steuerungseinrichtungen (48, 49) zum Öffnen des Ventils (33) zu einer vorbestimmten Zeit nach Beginn des Einspritzens der Kunststoffschmelze in die Düse (10) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dar die Zeitverzögerung 0,05 bis 10 s beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtungen ein Zeitrelais (49) umfassen, mit dem das Ventil während eines vorbestimmten Zeitraums, der 1 bis 1000 s beträgt, in geöffneter Stellung gehalten wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einer Zweigleitung (39) versehen ist, die von der Leitung (28) an der Auslaßseite des Drosselventils (32) zu der Einlaßseite des Gasspeichers (29) verläuft und zur Rückgewinnung eines Teils des durch das Drosselstellventil strömenden Gases dient.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dar die Zweigleitung (39) mit einem Druckverstärker versehen ist, der den Druck des rückgewonnenen Gases erhöht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung (39) mit einem Ventil (40) versehen ist, das in der Phase des Verfahrens, in der der Kunststoff und das Gas in die Spritzform eingeleitet werden, sowie während eines Teils der Abkühlzeit geschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dar das Ventil (40) in der Zweigleitung (39) durch ein Zeitrelais (50) geöffnet wird, wenn das Ventil (33) in der Leitung geschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung mit einem Absperrventil (43) versehen ist.