Die Erfindung betrifft ein Spritzgiessverfahren und eine Spritzgiessvorrichtung sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Spritzgussteil. Sie betrifft zudem vorteilhafte Verwendungen der Vorrichtung.
Beim Spritzgiessen wird in bekannter Weise eine Kunststoffschmelze in ein Formnest eingespritzt. Vorrichtungen zur Durchführung des Spritzgiessens sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Wird nun eine Kunststoffschmelze in ein zu kaltes Formnest eingespritzt, so erstarren die wandnahen Schichten des Kunststoffs zu rasch, wodurch das Fliessverhalten behindert wird und Orientierungen sowie Oberflächen defekte wie Orangenhaut und Welligkeit bis hin zu Überlappungen entstehen. Die zu rasche Erstarrung der oberflächennahen Schichten des Kunststoffes vermindert die Fliessquerschnitte und beeinflusst die Füllqualität. Bei Spritzgiessformen mit vergleichsweise hohem Oberflächen-/Volumen-Verhältnis kann zudem die Front der Kunststoffschmelze zum Stillstand kommen und die Form kann dann nicht vollständig gefüllt werden.
Aus diesen Gründen müssen Spritzgiessformen vorgewärmt werden, mindestens bis zu einer Temperatur, bei der eine vollständige Füllung gewährleistet ist.
Da die Spritzgiessformen aufgrund der hohen Einspritzdrücke in der Regel grosse, aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzte Stahlblöcke sind, ist nicht nur viel Energie erforderlich, um die notwendigen Temperaturen zu erreichen und zu erhalten, sondern die einmal aufgeheizten Formen kühlen nur sehr langsam aus. Dies hat zur Folge, dass die Zeitdauer bis zur ausreichenden Verfestigung des Kunststoffs, also bis zur Ausformbarkeit sehr lang werden kann. Das Ergebnis sind unwirtschaftliche Taktzeiten.
In der Praxis wählt man den Kompromiss, dass man die Form nur gerade bis zu der Temperatur erhöht, bei der die Fliessbedingungen erfüllt sind und ausreichende Oberflächen erreicht werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die durch hohe Wandtemperaturen erzielbaren Vorteile nicht genutzt werden können. Da nun zudem Kunststoffe entwickelt wurden, die besonders hohe Temperaturen beim Einspritzen erfordern, hat sich das Problem erschwert.
Grundsätzlich wäre sogar eine gewisse Überhitzung der Formoberflächen wünschenswert, da dies zu exakten Abbildungen der Kavität und optimalen Gefügestrukturen im Kunststoffteil führen würde. Es besteht somit der Wunsch, bei der Spritzform die Formnestoberfläche auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuheizen, die während des ganzen Füllvorgangs, beispielsweise während einigen Sekunden, erhalten bleibt. Sowohl die Höhe der Temperatur als auch die Haltezeit sollten durch Verfahrensparameter einstellbar sein. Zudem sollte nach der Füllung der Form die Temperatur möglichst rasch abgesenkt werden können. Durch eine solche Absenkung der Temperatur der Formoberfläche würde die Erstarrung der Oberfläche des Kunststoffteils beschleunigt, und eventuell auch ein gewisser Zustand insbesondere im Hinblick auf bestimmte Molekülorientierungen und Kristallisationseffekte "eingefroren".
Insgesamt ergibt sich somit der Wunsch, ein Spritzgiessverfahren und eine Spritzgiessvorrichtung zu schaffen, die einen Temperaturverlauf ermöglichen, welcher die oben genannten Probleme vermeidet. Insbesondere sollen hohe Temperaturen erzielbar sein, diese Temperaturen sollen gehalten und rasch wieder gesenkt werden können. Die Vorrichtung soll trotzdem kostengünstig herstellbar und funktionssicher sein.
Das erfindungsgemässe Spritzgiessverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Formoberflächen durch Verbrennen oder Verpuffen eines energiereichen Gemisches aufgeheizt werden. Vorzugsweise erfolgt das Aufheizen der Wandoberflächen durch explosionsartige Verbrennung eines energiereichen Gasgemisches, das in der Spritzgiessform gezündet wird. Es wird somit eine kurzzeitige Wärmeerzeugung vorgeschlagen, die durch keine andere bekannte Methode übertroffen wird.
Ist die Spritzgiessform einseitig offen, so können bei der explosionsartigen Verbrennung die entstehenden Drücke sich in Richtung der \ffnung abbauen. Dadurch entstehen hohe Gasgeschwindigkeiten, die ausserdem neben den bei der Verbrennung erzeugten Druckwellen den Wärmeübergang erheblich verbessern. Da die Kavität anfänglich mit dem zündfähigen Gemisch völlig gefüllt ist, erreicht die Verbrennung und damit die Wärmeerzeugung alle Bereiche des Formnestes, auch wenn dieses sehr schmale Durchgänge und Nischen aufweist. Bei der Übertragung der im Innern des Formnestes erzeugten Wärme durch Druckwellen und durch die entstehenden Strömungsgeschwindigkeiten wird die Initialphase als wichtig erachtet.
Da die Verbrennung des Gemisches und insbesondere eines Gasgemisches in ausserordentlich kurzer Zeit, in der Regel in Millisekunden, abläuft, kann die Verbrennung in rascher Folge wiederholt werden. Die Temperatur an der Oberfläche des Formnestes wird mit steigender Verbrennung angehoben. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass durch die Zahl der Verbrennungszyklen die Höhe der Temperatur und auch die zugeführte Wärmemenge sehr einfach steuerbar sind.
Vorzugsweise wird das energiereiche Gasgemisch so ausgewählt, dass dieses im wesentlichen ohne flüssige oder feste Rückstände verbrennt. Das gasförmige Verbrennungsprodukt kann durch Spülprozesse aus der Spritzgiessform sehr schnell entfernt und die Form schliesslich evakuiert werden. Erfolgt eine solche Spülung strömungsdynamisch gegen ein Vakuumniveau, so läuft diese Spülung, gesteuert durch die Schallgeschwindigkeit, in Bruchteilen von Sekunden ab.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat somit die Vorteile, dass sehr rasch Wärme in das Formnest einbringbar ist, dass die Steuerbarkeit verbessert ist, dass Verschmutzungsprobleme vermindert sind und dass optimale Wärmeübergangsbedingungen erreichbar sind.
Die erfindungsgemässe Spritzgiessvorrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen und Zünden eines Gemisches zum Erhitzen wenigstens eines Bereichs der Oberfläche des Formnestes. Bei einer solchen Spritzgiessvorrichtung ist gemäss einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass wandnahe Schichten aus Siliciumcarbid hergestellt sind. Siliciumcarbid ist im Hinblick auf die rasche Wärmeaufnahme aus der Verbrennung und damit einer ausreichenden Speichermenge und der möglichst raschen Temperaturabsenkung sowie im Hinblick auf die instationäre Speicherfähigkeit optimal. Silicumcarbid ist zudem vergleichsweise preiswert. Bei einer solchen Spritzgiessvorrichtung wird die Wärme sehr rasch von der Oberfläche wegtransportiert, so dass keine unzulässigen Spitzen und Materialschäden ent stehen. Für den Ablauf der Verbrennungs- oder Verpuffungssequenz sind kaum Grenzen gesetzt.
Nach der Ausbildung des Temperaturprofils wird der Wärmeleitungsvorgang rasch langsamer, so dass es gelingt, durch die in rascher Folge durchgeführten Verbrennungen oder Verpuffungen die Temperatur der oberflächennahen Schicht des Formnestes "hochzupumpen".
Siliciumcarbid ist jedoch nur eine bevorzugte Möglichkeit für die Ausbildung wandnaher Schichten des Formnestes. Weitere geeignete Werkstoffe sind beispielsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliciumnitrid oder andere geeignete keramische Werkstoffe. Die Wandung des Formnestes kann jedoch in vielen Fällen aus hier üblichen Werkstoffen, beispielsweise Stahl, hergestellt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Einlassventil oder Auslassventil des Formnestes die Mittel zum Zünden des Gemisches aufweisen. Die Zündung erfolgt dann im Bereich des Auslasses bzw. Einlasses des Formnestes. Dadurch ist erreicht, dass die Mittel zum Zünden des Gemisches die Ausbildung des Formnestes in keiner Weise beeinträchtigt. Die Mittel zum Zünden des Gemisches lassen sich dann besonders einfach herstellen und arbeiten sicher, wenn das Einlassventil oder Auslassventil ein Verschlussorgan aufweist, das im geöffneten Zustand einen vergleichsweise grossen Querschnitt für den Durchtritt des Gemisches frei gibt und in das Verschlussorgan Zündkontakte eingebaut sind, die in die Durchflussöffnung des Verschlus sorgans ragen. Die Zündmittel können dann sehr einfach eingebaut, gewartet und ausgewechselt werden.
Denkbar sind jedoch auch Ausführungen, bei denen direkt im Formnest oder ausserhalb des Formnestes das Gemisch und insbesondere Gasgemisch gezündet wird. Denkbar ist auch ein Verbrennen in einer Vorkammer.
Das zu zündende Gemisch kann ein Gasgemisch, ein Aerosol oder auch ein Pulver, beispielsweise Kohlenstaub sein. Das Gemisch sollte jedoch hochreaktionsfähig und homogen sein.
Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Produkten mit eingelegten Teilen. Hierbei werden die Einlegeteile im Formnest positioniert und umspritzt. Da nun bei der Verbrennung oder Verpuffung des Gemisches nicht nur die Wandung des Formnestes, sondern ebenfalls die Einlegeteile auf eine entsprechende Temperatur gebracht werden, kann eine besonders gute Anbindung des Kunststoffs an die Einlegeteile erzielt werden. Die Produkte sind vermutlich auch besonders spannungsfrei und zeigen eine sehr gute Abbildung der Oberfläche. Es kann somit eine sehr präzise Oberflächentexturierung und eine sehr hohe Auflösung erreicht werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich deshalb besonders für das Umspritzen medizinischer Implantate, beispielsweise Ersatzteile für ein Gelenk.
Aufgrund der hohen Auflösung kann bei der Herstellung von Compact-Discs eine höhere Speicherdichte und damit bessere Wiedergabequalität erzielt werden.
Für die Herstellung von Brillengläsern eignet sich das Verfahren besonders im Hinblick auf die genannte weitgehende Spannungsfreiheit der Oberfläche. Die erfindungsgemässe Spritzgiessvorrichtung dürfte sich deshalb auch für die Herstellung anderer optischer Produkte eignen. Möglich wäre zudem ein Spritzen von Glas. Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung sind nicht auf das Spritzen von Kunststoff begrenzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Spritzgiessvorrichtung, und
Fig. 2 ein Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung gemäss Fig. 1.
Die Spritzgiessvorrichtung gemäss Fig. 1 weist eine Form 3 mit einem Einlass 4 und einem Auslass 5 auf. Der Innenraum 1 der Form 3 entspricht der Form des herzustellenden Spritzgiessproduktes und kann an sich beliebig sein. In den Innenraum 1 kann ein hier nicht gezeigtes Einlegeteil eingesetzt sein. Die Innenseite 2 der Form 3 kann beschichtet sein, beispielsweise mit Keramik, und insbesondere mit Siliciumcarbid. Geeignet sind auch Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Siliciumnitrid. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung vollständig aus Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Der Einlass 4 weist ein Einlassventil 7 auf, das über eine Steuereinheit 13 zum \ffnen und Schliessen des Einlasses 4 betätigbar ist. Ein solches Einlassventil ist in der Fig. 2 dargestellt und wird weiter unten näher erläutert.
Der Auslass 5 kann mittels eines Auslassventils 6 zum \ffnen und Schliessen des Auslasses betätigt werden. Die Steuerung erfolgt ebenfalls über die Steuereinheit 13. Der Auslass führt eine Leitung 10 zu einer hier schematisch gezeigten Vakuumpumpe 28, die ebenfalls von der Einheit 13 aus steuerbar ist und mit der bei offenem Auslassventil 6 der Innenraum 1 evakuierbar ist.
Der Einlass 4 ist über eine Leitung 9 mit einem Mischventil 12 und dieses über Leitungen 19 mit drei Gasdruckflaschen 20, 21 und 22 verbunden. Jede Flasche besitzt ein Ventil 16, 17 bzw. 18. Diese Ventile 16, 17 bzw. 18 sind über Leitungen 16 min , 17 min und 18 min mit der Steuereinheit 13 verbunden und können einzeln betätigt werden. Eine Druckflasche 22 weist ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff auf, das bei geöffnetem Ventil 16 über das Mischventil 12 der Leitung 9 und bei geöffneten Ventilen 16 und 17 dem Innenraum 1 zugeführt werden kann um die Form 3 zu spülen. Hierbei kann die Vakuumpumpe 28 eingeschaltet sein, die dadurch den Spülvorgang unterstützt. Die Druckflaschen 20 und 21 enthalten Gase oder Gasgemische, die bei entsprechend geöffneten Ventilen in wählbaren Anteilen über das Mischventil und die Leitung 9 dem Innenraum 1 zugeführt werden können.
Die Flasche 20 enthält beispielsweise Sauerstoff und die Flasche 21 Wasserstoff. Die Druckflasche 21 kann auch eine vergasbare Flüssigkeit enthalten. Ausser Wasserstoff sind auch andere verbrennbare oder verpuffbare Gase, Aerosole oder Pulver, beispielsweise Acetylen, Kohlenmonoxid, Methan, Propan oder Kohlenstaub möglich. Selbstverständlich können im Ventil 12 auch mehr als zwei Gase gemischt werden.
Die Gemische werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie ohne flüssige oder feste Rückstände im Innenraum 1 verbrennbar sind. Die geeignete Zusammensetzung wird durch eine entsprechende Stellung der Ventile 17 und 18 gesteuert.
Um ein Gemisch im Innenraum 1 zu zünden, weist das Einlassventil 7 oder auch das Auslassventil 6 gemäss Fig. 2 ein Verschlussorgan 24 auf, das im wesentlichen ein quergebohrter Zylinderstift ist, der ähnlich einem Kugelventil im geöffneten Zustand einen grossen Querschnitt freigibt und im geschlossenen Zustand glatt schliesst. In eine Durchflussöffnung 26 des Verschlussorgans 24 sind Zündkontakte 27 eingebaut, an die über Leitungen 8 eine geeignete Spannung anlegbar ist. Die Zündung wird vorzugsweise ebenfalls über die Steuereinheit 13 gesteuert. Das zündfähige Gemisch wird elektrisch gezündet, sobald nach einer einstellbaren Zeit der Innenraum 1 mit diesem Gemisch gefüllt ist. Die nach der Zündung im Innenraum 1 entstehende Flamme breitet sich explosionsartig im Innenraum 1 aus und verpufft in Richtung der Vakuumpumpe 28.
Bei der Zündung ist das Auslassventil 6 geöffnet und die Vakuumpumpe 28 wird eingeschaltet. Um das Durchschlagen der Flamme in die Leitungen 9 und 10 zu verhindern, sind Detonationssperren 11 vorgesehen, wie sie an sich beispielsweise bei Grubenlampen bekannt sind. Die Verbrennung kann sofort anschliessend wiederholt werden, wobei allenfalls mit dem Inhalt der Druckflasche 22, also beispielsweise mit Stickstoff kurz der Innenraum 1 bei laufender Vakuumpumpe 28 gespült werden kann. Die periodischen Verpuffungs- bzw. Verbrennungsvorgänge im Innenraum 1 können bis in den Bereich der Zündtemperatur, bei Kohlenmonoxid z.B. 605 DEG C und bei Wasserstoff 560 DEG C, fortgesetzt werden.
Durch den, bzw. die Verbrennungsvorgänge wird die Form 3 an der Innenseite des Innenraumes 1 auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Um eine Überhitzungsspitze klein zu halten, erfolgt das Einspritzen des Grundstoffes vorzugsweise ohne zeitlichen Verzug nach dem Aufheizen der Form 3. Das Einspritzen von Kunststoff ist an sich gut bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Die Einspritzung wird über die in Fig. 1 gezeigten Leitungen 14 und 15 gesteuert.
Die Entformung kann in an sich bekannter Weise erfolgen.
Eine gewisse Überhitzung der Formoberflächen ist dann vorteilhaft, wenn sehr glatte Oberflächen der Spritzgussteile, möglicherweise bis zur Ausbildung metallischer Glanzeffekte gewünscht ist. Die Erfindung ermöglicht durch eine entspre chende Steuerung der Verbrennungs- bzw. Verpuffungsvorgänge eine solche Überhitzung der Formoberfläche und damit die Herstellung beispielsweise von Brillengläsern und anderen optischen Gläsern, die eine sehr glatte Oberfläche aufweisen müssen und weitgehend spannungsfrei sein sollten. Wesentlich ist, dass jeweils nicht die ganze Form 3 erhitzt werden muss, sondern lediglich Bereiche nahe der Formoberfläche. Da beim Abkühlen entsprechend weniger Wärme abgeführt werden muss, kann die Temperatur entsprechend wesentlich schneller abgesenkt werden.
Dadurch erfolgt die Erstarrung der Oberfläche des Spritzgussteils schneller, was zudem ermöglicht, einen gewissen gewünschten Zustand sozusagen einzufrieren.
The invention relates to an injection molding process and an injection molding device and an injection molded part produced by the process. It also relates to advantageous uses of the device.
In injection molding, a plastic melt is injected into a mold cavity in a known manner. Devices for performing injection molding are known in numerous designs. If a plastic melt is injected into a mold cavity that is too cold, the layers of the plastic close to the wall solidify too quickly, which hinders the flow behavior and results in orientations and surface defects such as orange peel and ripples or even overlaps. The solidification of the layers of the plastic near the surface reduces the flow cross-sections and influences the filling quality. In the case of injection molds with a comparatively high surface area / volume ratio, the front of the plastic melt can also come to a standstill and the mold cannot then be filled completely.
For these reasons, injection molds must be preheated, at least up to a temperature at which complete filling is ensured.
Since the injection molds are usually large steel blocks made up of several individual elements due to the high injection pressures, not only is a lot of energy required to reach and maintain the necessary temperatures, but the molds which have been heated only cool down very slowly. The consequence of this is that the period of time until the plastic is sufficiently solidified, that is to say until it can be shaped, can be very long. The result is uneconomical cycle times.
In practice, the compromise is chosen that the shape is only increased to the temperature at which the flow conditions are met and sufficient surfaces are achieved. However, this has the disadvantage that the advantages that can be achieved by high wall temperatures cannot be used. Since plastics have now also been developed that require particularly high temperatures when injecting, the problem has become more difficult.
In principle, even a certain overheating of the mold surfaces would be desirable, since this would lead to exact images of the cavity and optimal microstructures in the plastic part. There is therefore a desire to preheat the mold cavity surface to a predetermined temperature in the injection mold, which temperature is maintained during the entire filling process, for example for a few seconds. Both the level of the temperature and the holding time should be adjustable using process parameters. In addition, after filling the mold, the temperature should be able to be lowered as quickly as possible. Such a lowering of the temperature of the mold surface would accelerate the solidification of the surface of the plastic part and possibly also "freeze" a certain state, in particular with regard to certain molecular orientations and crystallization effects.
Overall, there is thus the desire to create an injection molding process and an injection molding device that enable a temperature profile that avoids the problems mentioned above. In particular, high temperatures should be achievable, these temperatures should be maintained and be reduced again quickly. The device should nevertheless be inexpensive to manufacture and functionally reliable.
The injection molding process according to the invention is characterized in that mold surfaces are heated by burning or deflagration of an energy-rich mixture. The wall surfaces are preferably heated by explosive combustion of an energy-rich gas mixture which is ignited in the injection mold. Short-term heat generation is therefore proposed, which is not surpassed by any other known method.
If the injection mold is open on one side, the resulting pressures in the explosion-like combustion can decrease in the direction of the opening. This results in high gas velocities, which, in addition to the pressure waves generated during combustion, significantly improve heat transfer. Since the cavity is initially completely filled with the ignitable mixture, the combustion and thus the heat generation reaches all areas of the mold cavity, even if it has very narrow passages and niches. When the heat generated inside the mold cavity is transferred by pressure waves and the resulting flow velocities, the initial phase is considered important.
Since the combustion of the mixture and in particular a gas mixture takes place in an extremely short time, usually in milliseconds, the combustion can be repeated in rapid succession. The temperature on the surface of the mold cavity is raised with increasing combustion. A major advantage is that the number of combustion cycles makes it very easy to control the temperature and the amount of heat supplied.
The energy-rich gas mixture is preferably selected so that it burns essentially without liquid or solid residues. The gaseous combustion product can be removed from the injection mold very quickly by flushing processes and the mold can finally be evacuated. If such a purging takes place dynamically against a vacuum level, this purging takes place in fractions of a second, controlled by the speed of sound.
The method according to the invention thus has the advantages that heat can be introduced very quickly into the mold cavity, that the controllability is improved, that contamination problems are reduced and that optimal heat transfer conditions can be achieved.
The injection molding device according to the invention is characterized by means for supplying and igniting a mixture for heating at least a region of the surface of the mold cavity. In such an injection molding device, according to a development of the invention, it is provided that layers close to the wall are made of silicon carbide. Silicon carbide is optimal in terms of the rapid heat absorption from combustion and thus a sufficient amount of storage and the fastest possible temperature reduction as well as with regard to the transient storage capacity. Silicon carbide is also comparatively inexpensive. With such an injection molding device, the heat is transported away very quickly from the surface, so that no unacceptable peaks and material damage arise. There are hardly any limits to the sequence of the combustion or deflagration sequence.
After the temperature profile has been formed, the heat conduction process slows down rapidly, so that it is possible to "pump up" the temperature of the layer of the mold cavity near the surface due to the rapidly occurring burns or deflagrations.
However, silicon carbide is only a preferred option for the formation of layers of the mold cavity close to the wall. Other suitable materials are, for example, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride or other suitable ceramic materials. In many cases, however, the wall of the mold cavity can be made from the usual materials here, for example steel.
According to a development of the invention, it is provided that an inlet valve or outlet valve of the mold cavity have the means for igniting the mixture. The ignition then takes place in the area of the outlet or inlet of the mold cavity. It is thereby achieved that the means for igniting the mixture in no way impair the formation of the mold cavity. The means for igniting the mixture can then be produced in a particularly simple manner and work safely if the inlet valve or outlet valve has a closure element which, in the open state, releases a comparatively large cross section for the passage of the mixture and ignition contacts which are built into the closure element protrude through the flow opening of the closure. The ignition means can then be installed, maintained and replaced very easily.
However, designs are also conceivable in which the mixture and in particular gas mixture is ignited directly in the mold cavity or outside the mold cavity. Burning in an antechamber is also conceivable.
The mixture to be ignited can be a gas mixture, an aerosol or a powder, for example coal dust. However, the mixture should be highly reactive and homogeneous.
The device is particularly suitable for the production of products with inserted parts. The inserts are positioned in the mold cavity and overmolded. Since not only the wall of the mold cavity but also the inserts are brought to an appropriate temperature when the mixture is burned or deflagrated, particularly good bonding of the plastic to the inserts can be achieved. The products are probably also particularly tension-free and show a very good image of the surface. A very precise surface texturing and a very high resolution can thus be achieved. The device according to the invention is therefore particularly suitable for the encapsulation of medical implants, for example spare parts for a joint.
Due to the high resolution, a higher storage density and thus better playback quality can be achieved in the production of compact discs.
The method is particularly suitable for the manufacture of spectacle lenses in view of the above-mentioned extensive absence of tension on the surface. The injection molding device according to the invention should therefore also be suitable for the production of other optical products. It would also be possible to spray glass. The method and the device according to the invention are not limited to the injection of plastic.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2. Show it:
Fig. 1 shows schematically an inventive injection molding device, and
FIG. 2 shows a section through part of the device according to FIG. 1.
The injection molding device according to FIG. 1 has a shape 3 with an inlet 4 and an outlet 5. The interior 1 of the form 3 corresponds to the shape of the injection molded product to be produced and can be arbitrary in itself. An insert, not shown here, can be inserted into the interior 1. The inside 2 of the mold 3 can be coated, for example with ceramic, and in particular with silicon carbide. Aluminum oxide, zirconium oxide or silicon nitride are also suitable. However, a design made entirely of steel or another suitable material is also conceivable. The inlet 4 has an inlet valve 7, which can be actuated via a control unit 13 for opening and closing the inlet 4. Such an inlet valve is shown in FIG. 2 and is explained in more detail below.
The outlet 5 can be actuated by means of an outlet valve 6 for opening and closing the outlet. The control also takes place via the control unit 13. The outlet leads a line 10 to a vacuum pump 28, shown schematically here, which can also be controlled from the unit 13 and with which the interior 1 can be evacuated when the outlet valve 6 is open.
The inlet 4 is connected via a line 9 to a mixing valve 12 and this via lines 19 to three gas pressure bottles 20, 21 and 22. Each bottle has a valve 16, 17 and 18, respectively. These valves 16, 17 and 18 are connected to the control unit 13 via lines 16 min, 17 min and 18 min and can be actuated individually. A pressure bottle 22 has an inert gas, for example nitrogen, which can be supplied to the line 9 via the mixing valve 12 via the mixing valve 12 when the valve 16 is open and to the interior 1 when the valves 16 and 17 are open in order to flush the mold 3. Here, the vacuum pump 28 can be switched on, which thereby supports the rinsing process. The pressure bottles 20 and 21 contain gases or gas mixtures which can be supplied to the interior 1 in selectable proportions via the mixing valve and the line 9 when the valves are opened accordingly.
The bottle 20 contains, for example, oxygen and the bottle 21 contains hydrogen. The pressure bottle 21 can also contain a gasifiable liquid. In addition to hydrogen, other combustible or deflagrable gases, aerosols or powders, for example acetylene, carbon monoxide, methane, propane or coal dust, are also possible. Of course, more than two gases can also be mixed in the valve 12.
The mixtures are preferably selected so that they are combustible in the interior 1 without liquid or solid residues. The appropriate composition is controlled by a corresponding position of the valves 17 and 18.
In order to ignite a mixture in the interior 1, the inlet valve 7 or also the outlet valve 6 according to FIG. 2 has a closure element 24, which is essentially a cross-drilled cylinder pin, which, like a ball valve, releases a large cross section in the open state and in the closed state closes smoothly. In a flow opening 26 of the closure member 24, ignition contacts 27 are installed, to which a suitable voltage can be applied via lines 8. The ignition is preferably also controlled via the control unit 13. The ignitable mixture is ignited electrically as soon as the interior 1 is filled with this mixture after an adjustable time. The flame that arises in the interior 1 after the ignition spreads explosively in the interior 1 and evaporates in the direction of the vacuum pump 28.
When ignited, the outlet valve 6 is opened and the vacuum pump 28 is switched on. In order to prevent the flame from penetrating into the lines 9 and 10, detonation barriers 11 are provided, as are known per se, for example, in mine lamps. The combustion can then be repeated immediately, at most the interior 1 can be flushed with the contents of the pressure bottle 22, that is to say, for example, with nitrogen, while the vacuum pump 28 is running. The periodic deflagration or combustion processes in the interior 1 can go as far as the ignition temperature range, for carbon monoxide e.g. 605 ° C and with hydrogen 560 ° C, are continued.
Due to the or the combustion processes, the mold 3 on the inside of the interior 1 is heated to the desired temperature. In order to keep an overheating peak small, the base material is preferably injected without delay after the mold 3 has been heated. The injection of plastic is known per se and need not be explained in more detail here. Injection is controlled via lines 14 and 15 shown in FIG. 1.
The demolding can be carried out in a manner known per se.
A certain degree of overheating of the mold surfaces is advantageous if very smooth surfaces of the injection molded parts are desired, possibly up to the formation of metallic gloss effects. The invention enables such a overheating of the mold surface and thus the production of, for example, spectacle lenses and other optical glasses, which must have a very smooth surface and should be largely free of tension by a corresponding control of the combustion or deflagration processes. It is essential that the entire mold 3 does not have to be heated in each case, but only areas near the mold surface. Since less heat has to be dissipated during cooling, the temperature can be lowered much faster accordingly.
As a result, the solidification of the surface of the injection molded part takes place more quickly, which also makes it possible to freeze a certain desired state, so to speak.