DE19913525A1

DE19913525A1 - Plastic molding process in which hardening or cooling shrinkage of pressurized material in molding cavity is compensated by reversible enlargement in cavity as function of internal pressure

Info

Publication number: DE19913525A1
Application number: DE1999113525
Authority: DE
Inventors: Torsten Kies
Original assignee: Martin Luther Universitaet Halle Wittenberg
Current assignee: Martin Luther Universitaet Halle Wittenberg
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-09-28

Abstract

Hardening- or cooling shrinkage of pressurized material in the molding cavity, is compensated by reversible enlargement (i.e. includes expansion and/or contraction) in the cavity as a function of internal pressure. Preferred features: The reversible volume increase of the cavity is achieved by application of systems producing an opposing force as a function of compressive pressure, preferably using resilient elements coupled to moving, contour-forming parts of the cavity. (e.g. it is effectively spring-loaded). Magnitude of the reversible volume increase within the cavity is influenced by respective characteristic magnitudes of resilient elements. A special arrangement with a variable mechanical stop limits reversible volume increase. A special arrangement variably prestresses elastic elements, adjusting reversible volume increase of the cavity, up to a preset level. An arrangement with variable spring constant is used to the same end. Process-induced fluctuations of maximum compressive force are compensated. A further special system optimizes the process in accordance with material behavior. By use of moving parts forming the molding contours, and several resilient elements effective at various cavity locations, quality of the molding can be influenced locally.

Description

Es ist bekannt, dass bei der Formgebung von Kunststoffen eine Verminderung des Volumens der verarbeiteten Formmasse auftritt.It is known that when molding plastics, there is a reduction in volume the processed molding compound occurs.

Im allgemeinen erfolgt die Herstellung von Formteilen aus Kunststoffen, indem das entsprechend vorbereitete Ausgangsmaterial aus einem fließfähigen viskos-plastischen in einen form- und gestaltstabilen festen Zustand überführt wird. Der Zustandswechsel des Materials von fließfähiger zur festen, formstabilen Konsistenz ist aufgrund der physikalischen Eigenschaften des verwendeten Werkstoffs immer mit einer Volumenverminderung des Materials verbunden.In general, the production of molded parts from plastics takes place by the appropriately prepared starting material from a flowable viscous plastic into one shape and shape stable solid state is transferred. The change of state of the material from flowable to firm, dimensionally stable consistency is due to the physical Properties of the material used always with a volume reduction of the Material connected.

Das Grundproblem bei der Anwendung der verschiedenen Technologien ist die Minimierung und die reproduzierbare Beherrschung dieser Volumenkontraktion, um die gewünschte Geometrie am Formteil mit dem Herstellungsverfahren sicher zu stellen.The basic problem when using the various technologies is minimization and the reproducible mastery of this volume contraction to the desired one To ensure geometry on the molded part with the manufacturing process.

Zur Herstellung von Formteilen aus polymeren Werkstoffen bestehen eine Vielzahl von Technologien und Verfahrensvarianten, mit denen das oben genannte Grundproblem mehr oder weniger gut gelöst oder vermindert werden kann.There are a large number of for the production of molded parts from polymeric materials Technologies and process variants with which the above-mentioned basic problem more or can be solved or reduced less well.

Ein Maß für den prozesstechnisch nicht ausgleichbaren Volumenverminderungsanteil ist das Verhältnis zwischen dem Volumen des abzubildenden Formhohlraums und dem Volumen des produzierten formfixierten Kunststoffkörpers, welches als Schwindung des Formteils bezeichnet wird: "DIN 16901". Kommt eine Schwindung bei der Herstellung eines Formteils vor, kann aufgrund des unterschiedlichen Volumens von Formteil und Kavität die Geometrie des Formhohlraums nicht mehr exakt abgebildet werden. Aufwendige Berechnungen zur Vorhersage des Schwindungsverhaltens sind im Vorfeld der Werkzeugherstellung notwendig. Die bekannten Berechnungsverfahren zur Schwindungsvorhersage sind aufgrund von Vereinfachungen bei der Modellerstellung alle fehlerbehaftet. Oft wird deshalb auf Erfahrungswerte bei der Schwindungsvorhersage zurückgegriffen. Von den Herstellern thermoplastischer Kunststoffe werden Richtwerte für die Schwindung angegeben. Diese Angaben umfassen ein sehr breites Intervall, das für die Geometriebeschreibung von Präzisionsteilen unbefriedigend ist. Problematisch ist dabei vor allem, dass sich die physikalisch bedingt auftretende Volumenverminderung mit der Aushärtung der Formmasse in den einzelnen Raumrichtungen inhomogen aufteilt und deshalb in den einzelnen Richtungen sehr große Schwindungsunterschiede auftreten. In der Hauptschwindungsrichtung können die relativen Maßveränderungen bis zum 20-fachen größer sein als in der Richtung der geringsten Linearschwindung. Die Aufteilung der Volumenschwindung in einzelne Linearschwingungskomponenten ist von der Geometrie des Formteils, von den Abkühlungsbedingungen, den Einspritzbedingungen und vom Füllstoffgehalt sowie der Gestalt der Füllstoffpartikel abhängig. Wegen der Ungenauigkeiten in der Schwindungsvorhersage sind oft aufwendige Werkzeugkorrekturen oder gar Nachbauten erforderlich, um die geforderten geometrischen Eigenschaften der Formteile sicher zu stellen.This is a measure of the volume reduction portion that cannot be compensated for in terms of process technology Ratio between the volume of the mold cavity to be imaged and the volume of the produced fixed plastic body, which as a shrinkage of the molded part is designated: "DIN 16901". There is a shrinkage in the manufacture of a molded part due to the different volume of the molded part and the cavity of the mold cavity can no longer be reproduced exactly. Complex calculations for Prediction of the shrinkage behavior is necessary in the run-up to tool manufacture. The known calculation methods for shrinkage prediction are based on Simplifications in the creation of models all with errors. Often that's why Past experience in shrinkage prediction. From the manufacturers Thermoplastic materials are given guidelines for shrinkage. This Specifications include a very wide interval that is required for the geometry description of Precision parts is unsatisfactory. The main problem here is that the physical conditionally occurring volume reduction with the curing of the molding compound in the divides individual spatial directions inhomogeneously and therefore very much in the individual directions large differences in shrinkage occur. In the main shrinkage direction relative dimensional changes can be up to 20 times greater than in the direction of the smallest Linear shrinkage. The division of the volume shrinkage into individual ones Linear vibration components is from the geometry of the molding, from the Cooling conditions, the injection conditions and the filler content as well as the shape the filler particles depending. Because of the inaccuracies in the shrinkage prediction often complex tool corrections or even replicas required to achieve the required to ensure geometric properties of the molded parts.

Für den technologischen Prozess bedeutet das Auftreten der Erscheinung Schwindung, dass das Volumen des Formlings geringer wird als der Formhohlraum. Dadurch kommt es zu einem Abheben des polymeren Werkstoffs in der Kavität (Fig. 3: 12) von der Formwand (Fig. 3: 13). Dann ist der ungehinderte Wärmestrom aus dem verarbeiteten Kunststoff (Fig. 3: 12) in das Metall der Form (Fig. 1: 1 und 4) nicht mehr gegeben. Die Folge ist eine langsamere Abkühlung des Formlings. Prozesse, bei denen eine Schwindung bereits in der Kavität auftritt, können deshalb bei sonst gleichen Bedingungen die Formfixierung des Spritzlings erst zu einem späteren Zeitpunkt erreichen als Prozesse, bei denen der Kontakt zwischen Formteil und Werkzeugwand über die gesamte Abkühlungszeit erhalten bleibt. Schwindungsbehaftete Prozesse erfordern deshalb zur Herstellung der gleichen Anzahl Formteile mehr Produktionszeit und erbringen somit einen geringeren ökonomischen Effekt als schwindungsfreie.For the technological process, the appearance of the shrinkage means that the volume of the molded article becomes smaller than the mold cavity. This results in the polymer material in the cavity ( Fig. 3: 12 ) being lifted off the mold wall ( Fig. 3: 13 ). Then the unhindered heat flow from the processed plastic ( Fig. 3: 12 ) into the metal of the mold ( Fig. 1: 1 and 4 ) is no longer given. The result is a slower cooling of the molding. Processes in which shrinkage already occurs in the cavity can therefore, under otherwise identical conditions, only achieve the shape fixation of the molded part at a later point in time than processes in which the contact between the molded part and the mold wall is maintained over the entire cooling time. Processes with shrinkage therefore require more production time to produce the same number of molded parts and thus have a lower economic effect than shrinkage-free ones.

Die physikalisch bedingte Volumenkontraktion bei der Formfixierung von Werkstoffen wird in der Technik durch die beiden Grundprinzipien hydrostatische Kompression oder die Verringerung des Volumens der formgebenden Kavität ganz oder teilweise ausgeglichen.The physical contraction of volume during the fixation of materials is described in technology through the two basic principles of hydrostatic compression or Compensation for the reduction in the volume of the shaping cavity is fully or partially compensated.

Nach dem Grundprinzip der hydrostatischen Kompression der Formmasse funktioniert das Spritzgussverfahren. Es ist die am meisten angewendete Technologie zur Produktion von dünnwandigen und schalenförmigen Formteilen aus Kunststoff in großen Stückzahlen.This works according to the basic principle of hydrostatic compression of the molding compound Injection molding process. It is the most widely used technology for the production of Thin-walled and shell-shaped molded parts made of plastic in large quantities.

Typisch für Spritzgussverfahren ist die Verwendung einer Plastifiziereinheit (Fig. 1: 5) und einer Schließeinheit, die das formteilspezifische Werkzeug (Fig. 1: 1, 2, 4 usw.) aufnimmt. In der Plastifiziereinheit (Fig. 1: 5) erfolgt das Überführen des zu verarbeitenden Werkstoffs aus den für die verschiedenen eingesetzten polymeren Materialien sehr unterschiedlichen Ausgangszuständen in einen fließfähigen viskos-plastischen Zustand und die Homogenisierung des verarbeiteten Werkstoffs. Das zur Herstellung des Formteils benötigte Schussvolumen wird mit Hilfe der Plastifiziereinheit dosiert und im Stauraum des Spritzgusszylinders gesammelt. Bei entsprechenden verfahrenstechnischen Voraussetzungen wird die plastifizierte aufdosierte Masse in den Formhohlraum des speziell auf das jeweilige Formteil abgestimmten Werkzeugs eingespritzt. Um die Volumenverminderung zumindest teilweise auszugleichen, erfolgt nach der volumetrischen Füllung der Kavität mit Material (Fig. 1 und 2: 3) zusätzlich eine Kompression der Masse auf einen bestimmten hydrostatischen Druck (Fig. 1 und 2: 7) im Formhohlraum.Typical of injection molding processes is the use of a plasticizing unit ( Fig. 1: 5 ) and a clamping unit which receives the mold specific tool ( Fig. 1: 1 , 2 , 4 , etc.). In the plasticizing unit ( Fig. 1: 5 ) the material to be processed is transferred from the very different starting states for the various polymeric materials used to a flowable viscous-plastic state and the homogenization of the processed material. The shot volume required to produce the molded part is dosed with the aid of the plasticizing unit and collected in the storage space of the injection molding cylinder. In the case of corresponding procedural requirements, the plasticized metered-in mass is injected into the mold cavity of the tool which is specially matched to the respective molded part. In order to at least partially compensate for the volume reduction, after the volumetric filling of the cavity with material ( FIGS. 1 and 2: 3 ), the mass is additionally compressed to a specific hydrostatic pressure ( FIGS. 1 and 2: 7 ) in the mold cavity.

Das Spritzgusswerkzeug wird durch die Schließeinheit aufgenommen. Alle verwendeten Werkzeuge bestehen aus mindestens zwei zueinander beweglichen Teilen (Fig. 1, 2 und 3: 1 und 4), um eine Öffnung des Werkzeugs zur Entformung des Werkstücks zu ermöglichen. Mit Hilfe der Schließeinheit wird die Öffnungs- und Schließbewegung der Formhälften realisiert und eine Werkzeugverriegelung sichergestellt. Die aufgrund der Wirkung des Kompressionsdrucks (Fig. 1 und 2: 7) auftretenden Kräfte werden über das Werkzeug an die Schließeinheit weitergeleitet. Wird ein zu hoher Kompressionsdruck im Formhohlraum wirksam, ist die durch die Wirkung des Kompressionsdrucks erforderliche Kraftableitung in die Schließeinheit nicht mehr gegeben. Es kommt zu plastischen Verformungen und Zerstörungen am Werkzeug oder zu einer unerwünschten partiellen Öffnungsbewegung der Formhälften. An den produzierten Teilen tritt dann Formteilgrat (Fig. 6: 27) auf. Sie können nicht mit der erwünschten Gestalt hergestellt werden. Damit ist der Kompressionsdruck technologisch auf Werte begrenzt, bei denen keine Gratbildung auftritt und unzulässige Werkzeugdeformationen ausgeschlossen sind. Die Wechselwirkungen zwischen Kompressionsdruck (Fig. 1 und 2: 7) und der zur Vermeidung der unerwünschten vorzeitigen Öffnung des Werkzeugs notwendigen Zuhaltekraft sind in "Plaste und Kautschuk 11. Jahrgang Heft 2 1964 S. 109-114", "Plaste und Kautschuk 12. Jahrgang Heft 3 1965 S. 158-164", "Plaste und Kautschuk 34. Jahrgang Heft 9/1987 S. 348-349" und in "Saher Al Saher: Einfluss der Plastmaschine und des Werkzeugs auf die Maßgenauigkeit von Spritzgussteilen; genehmigte Dissertation A, Karl-Marx-Stadt 1988" untersucht worden. In diesen Arbeiten wird die Werkzeugverformung als unerwünschte Erscheinung betrachtet, die vermieden werden sollte. Bei der Auslegung der Werkzeuge verwenden deshalb alle bekannten Technologien und Unterverfahren möglichst steife Formen, bei denen ein Ausweichen oder eine Erweiterung der Kavität aufgrund des wirkenden Kompressionsdrucks vermieden wird.The injection molding tool is picked up by the clamping unit. All tools used consist of at least two parts that are movable relative to one another ( FIGS. 1, 2 and 3: 1 and 4 ) in order to enable the tool to be opened for demolding the workpiece. With the help of the clamping unit, the opening and closing movement of the mold halves is realized and a tool lock is ensured. The forces occurring due to the effect of the compression pressure ( Fig. 1 and 2: 7 ) are transmitted to the clamping unit via the tool. If too high a compression pressure becomes effective in the mold cavity, the force dissipation into the clamping unit required by the effect of the compression pressure is no longer present. There is plastic deformation and destruction on the tool or an undesired partial opening movement of the mold halves. Then molded part burr ( Fig. 6: 27 ) occurs on the parts produced. They cannot be made with the desired shape. This means that the compression pressure is technologically limited to values at which no burrs occur and inadmissible tool deformations are excluded. The interactions between compression pressure ( Fig. 1 and 2: 7 ) and the locking force necessary to avoid the unwanted premature opening of the tool are in "Plastics and rubber 11th volume issue 2 1964 pp. 109-114", "Plastics and rubber 12th Volume 3 1965 pp. 158-164 "," Plastics and rubber 34. Volume 9/1987 pp. 348-349 "and in" Saher Al Saher: Influence of the plastic machine and the tool on the dimensional accuracy of injection molded parts; approved dissertation A , Karl-Marx-Stadt 1988 "was examined. In this work, tool deformation is considered an undesirable phenomenon that should be avoided. When designing the tools, all known technologies and sub-processes therefore use as rigid forms as possible, in which evasion or expansion of the cavity due to the effective compression pressure is avoided.

Im Formhohlraum (Fig. 1 und 2: 3) härtet das Material bis zur Formfixierung aus. Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Werkstoffen wird dies durch Abkühlung der Formmasse erreicht. Werden Elastomere oder duroplastische Polymere verarbeitet, erfolgt die Aushärtung durch einen chemischen Strukturaufbau aufgrund einer Wärmezufuhr. Die Aufdosierung der viskosen Kunststoffmasse erfolgt meist zeitgleich zur Aushärtung der Formteile. Nach der Öffnung des Werkzeugs werden die form- und gestaltstabilen Produkte aus dem Formhohlraum entnommen. Wenn das verwendete Werkzeug wieder verschlossen wurde, kann der Herstellungsprozess erneut ablaufen.The material hardens in the mold cavity ( FIGS. 1 and 2: 3 ) until the mold is fixed. When processing thermoplastic materials, this is achieved by cooling the molding compound. If elastomers or thermosetting polymers are processed, curing takes place through a chemical structure based on the addition of heat. The viscous plastic mass is usually added at the same time as the molded parts harden. After opening the mold, the shape and shape stable products are removed from the mold cavity. If the tool used has been closed again, the manufacturing process can run again.

Zum Spritzgussverfahren sind mehrere Varianten und Unterverfahren bekannt.Several variants and sub-processes are known for the injection molding process.

Beim Spritzgießen ohne Massepolster, was beispielsweise in "Jung, Patzschke: Spritzgießen; Verlag für Grundstoffindustrie 1988" beschrieben wurde, erfolgt eine kurzzeitige hydrostatische Kompression der Masse durch den Schneckenkolben der Plastifiziereinheit (Fig. 1 und 2: 5). Die Vorwärtsbewegung des Schneckenkolbens, die das Injizieren und Komprimieren des Materials sicherstellt, wird mit dem Erreichen eines mechanischen Anschlags gestoppt. Der Schneckenkolben verbleibt bis zur Formfixierung an der Anschlagposition, um die Dekompression der Masse durch ein Ausfließen aus der Kavität zu verhindern.In injection molding without a mass cushion, as described for example in "Jung, Patzschke: Spritzgießen; Verlag für Grundstoffindustrie 1988", the mass is briefly hydrostatically compressed by the screw piston of the plasticizing unit ( FIGS. 1 and 2: 5 ). The forward movement of the screw plunger, which ensures the injection and compression of the material, is stopped when a mechanical stop is reached. The screw piston remains in the stop position until the shape is fixed in order to prevent the decompression of the mass by flowing out of the cavity.

Der maschinentechnische Aufwand zur Realisierung dieser Verfahrensvariante ist gering. Die Reproduzierbarkeit des Kompressionsniveaus der Formmasse ist aufgrund der gesteuerten Beendigung der Schneckenvorwärtsbewegung über ein Wegsignal beim Erreichen des mechanischen Anschlags ungenügend.The mechanical engineering effort to implement this process variant is low. The Reproducibility of the compression level of the molding compound is controlled due to the End of the screw forward movement via a path signal when the mechanical stop insufficient.

Durch das polsterfreie Spritzgießen können sehr komplexe Formteile hergestellt werden. Für viele Kunststoffe kann aufgrund technologischer Grenzen des Verfahrens bei der Erzeugung des Kompressionsdrucks und der notwendigen Kraftaufnahme im Werkzeug nur ein teilweiser Ausgleich der Volumenverminderung sichergestellt werden. Deshalb tritt meist eine Schwindung des Formteils auf. Eine prozesstechnische Beeinflussung der Formteilqualität kann nur global für das gesamte Formteil erfolgen. Es ist nicht möglich, lokale Gebiete des Formteils mit Prozessgrößenvariation wirksam und gezielt zu beeinflussen.Thanks to the cushion-free injection molding, very complex molded parts can be produced. For many plastics, due to the technological limitations of the process Generation of the compression pressure and the necessary force absorption in the tool only a partial compensation of the volume reduction can be ensured. That is why mostly occurs a shrinkage of the molded part. A process-technical influencing of the molded part quality can only be done globally for the entire molded part. It is not possible to visit local areas of the To influence molded parts with process size variation effectively and specifically.

In "Kunststoffe 81(1991)/3 S. 211-219" wird das sogenannte nachdruckfreie Spritzgießen vorgestellt. Bei dieser Verfahrensvariante erfolgt nach der volumetrischen Füllung der Kavität durch eine Nadelverschlussdüse in der Stellung "Offen" (Fig. 2: 9) eine kurzzeitige Kompression der Masse bis auf ein bestimmtes Druckniveau. Wenn der dazu notwendige Werkzeuginnendruckaufnehmer dieses Druckniveau registriert, erfolgt ein zwangsweiser mechanischer Verschluss der Kavität durch eine ebenfalls extra benötigte Verschlusseinheit, die in den meisten Anwendungsfällen nach dem Prinzip von pneumatisch oder hydraulisch betätigten Nadelverschlussdüsen funktioniert (Fig. 2: 8 bis 10). Ein Aus- oder Nachfließen der Formmasse in die Kavität hinein oder aus dem Formhohlraum heraus ist bei verschlossener Verschlussdüse (Fig. 2: 10) unmöglich. Der komprimierte Werkstoff kühlt unter Druckabbau bis zur Formfixierung aus.In "Kunststoffe 81 (1991) / 3 S. 211-219" the so-called post-injection molding is presented. In this variant of the method, after the volumetric filling of the cavity by means of a valve gate nozzle in the "open" position ( FIG. 2: 9 ), the mass is briefly compressed to a certain pressure level. If the mold cavity pressure sensor required for this registers this pressure level, the cavity is automatically closed mechanically by a sealing unit that is also required, which in most applications works on the principle of pneumatically or hydraulically operated needle valve nozzles ( Fig. 2: 8 to 10 ). A removal or subsequent flow of the molding material into the cavity into or out of the mold cavity is closed in a shut (Figure 2:. 10) impossible. The compressed material cools down under pressure reduction until the shape is fixed.

Der maschinentechnische Aufwand dieser Verfahrensvariante ist höher als beim massepolsterfreien Spritzgießen, da zur Ermittlung des Druckniveaus in der Kavität Drucksensoren mit entsprechender Auswerteeinrichtung notwendig sind und der mechanische Verschluss der Kavität mit Hilfe einer speziellen Vorrichtung erfolgen muss.The mechanical complexity of this process variant is higher than that of Injection molding free of cushioning of the mass, as to determine the pressure level in the cavity Pressure sensors with a corresponding evaluation device are necessary and the mechanical one The cavity must be closed using a special device.

Für viele Kunststoffe kann aufgrund technologischer Grenzen des Verfahrens bei der Erzeugung des Kompressionsdrucks und der notwendigen Kraftaufnahme im Werkzeug nur ein teilweiser Ausgleich der Volumenverminderung sichergestellt werden. Dann tritt eine Schwindung der Formteile auf. Die Reproduzierbarkeit des Kompressionsniveaus der Formmasse ist aufgrund der unmittelbaren Bestimmung mit Drucksensoren gut.For many plastics, due to the technological limitations of the process Generation of the compression pressure and the necessary force absorption in the tool only a partial compensation of the volume reduction can be ensured. Then one kicks Shrinkage of the molded parts. The reproducibility of the compression level of the Molding compound is good due to the direct determination with pressure sensors.

Mit dem nachdruckfreien Spritzgießen können sehr komplexe Formteile hergestellt werden. Eine prozesstechnische Beeinflussung der Formteilqualität kann nur global für das gesamte Formteil erfolgen. Es ist nicht möglich, lokale Gebiete des Formteils mit Prozessgrößenvariation wirksam und gezielt zu beeinflussen. With the pressure-free injection molding, very complex molded parts can be produced. Process-related influencing of the molded part quality can only be global for the whole Molding done. It is not possible to use local areas of the molding To influence process size variation effectively and specifically.

Bei der in der Praxis am häufigsten angewendeten Verfahrensweise des konventionellen Spritzgussverfahrens erfolgt nach der volumetrischen Füllung der Kavität mit der Formmasse eine hydrostatische Kompression (Fig. 1: 7) des Materials (Fig. 1: 3). Dieser hydrostatische Druck wird während der Abkühlung des Formlings im Gegensatz zu den bereits abgehandelten beiden Varianten über längere Zeit aufrecht erhalten. Das aufgrund der Abkühlung zur Verminderung tendierende Druckniveau in der Kavität (Fig. 1: 7) wird durch Nachschieben von heißer Schmelze aufrecht erhalten. Ein mechanischer Verschluss der Kavität kommt beim konventionellen Spritzgussverfahren nicht zum Einsatz. Die Aufrechterhaltung des hydrostatischen Drucks wird durch eine permanente axiale äußere Krafteinbringung auf den Schneckenkolben (Fig. 1: 6) erreicht. Vor dem Schneckenkolben befindet sich ein Massepolster, was eine Druckübertragung über die plastifizierte Masse vom Schneckenvorraum in die Kavität sicherstellt.In the procedure of the conventional injection molding process most frequently used in practice, the material ( Fig. 1: 3 ) is hydrostatically compressed ( Fig. 1: 7 ) after the cavity has been filled volumetrically with the molding compound. This hydrostatic pressure is maintained over a longer period of time during the cooling of the molding, in contrast to the two variants already dealt with. The pressure level in the cavity, which tends to decrease due to the cooling ( Fig. 1: 7 ), is maintained by feeding in hot melt. A mechanical closure of the cavity is not used in the conventional injection molding process. The maintenance of the hydrostatic pressure is achieved by a permanent axial external force application on the screw piston ( Fig. 1: 6 ). There is a mass cushion in front of the screw piston, which ensures pressure transfer via the plasticized mass from the screw antechamber into the cavity.

Der Nachdruckvolumenstrom bleibt bis zur Aushärtung des Materials im Bereich des Fließkanals wirksam. Wenn das Material in diesem Bereich ausgehärtet ist, kann keine Schmelze mehr in die folgenden Fließwegabschnitte hinein gedrückt werden oder zurück strömen. Man spricht von der thermischen Versiegelung.The holding pressure volume flow remains in the range of until the material hardens Flow channel effective. If the material has hardened in this area, none can Melt more pressed into the following flow path sections or back stream. One speaks of the thermal sealing.

Der isobare Abkühlungsprozess auf einem erhöhten Druckniveau kann also nur bis zum Erstarren der Formmasse in einem bestimmten Abschnitt der Kavität aufrecht erhalten werden. Nach "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" sind dazu drei Fälle zu unterscheiden:
Im ersten Fall erstarrt die Formasse vom Fließwegende her zur Angussposition hin nacheinander. Dieser Fall ist nach "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" anzustreben, da dann die Formmasse von einem gleichmäßigen Druckniveau aus abkühlt und einzelne lokale Restdrücke bei Temperaturabnahme isochor abgebaut werden.The isobaric cooling process at an elevated pressure level can therefore only be maintained until the molding compound solidifies in a specific section of the cavity. According to "Schmidt: Dissertation at IKV Aachen 1992", three cases can be distinguished:
In the first case, the molding compound solidifies one after the other from the end of the flow path to the sprue position. According to "Schmidt: Dissertation at the IKV Aachen 1992", this case should be aimed for, since then the molding compound cools down from an even pressure level and individual local residual pressures are isochorically reduced when the temperature decreases.

Im zweiten Fall ist der durch den Materialstrom zu überwindende Fließwiderstand der Schmelze so groß, dass der aufgebrachte Nachdruck zu gering ist, um den Schmelzetransport im Formteilinneren zu realisieren. Dann erreicht dieser Bereich den Umgebungsdruck, obwohl im Kern noch schmelzeflüssiges Material vorhanden ist. Es kommt zu höheren Schwindungswerten als bei Formteilen, die nach dem ersten Fall erstarren, da die Versiegelung bei einem hohen lokalen Temperatur- und geringen lokalen Druckniveau erfolgt. Zu diesem Fall kommt es vor allem in angussfernen Gebieten und bei langen Fliesswegen. Die Folge sind wellige Oberflächen, Einfallstellen und Lunker. Die geometrischen Qualitätsmerkmale von Formteilen, die nach diesem Fall absiegeln, sind wenig reproduzierbar, da zum einem der Zeitpunkt, ab dem ein Schmelzetransport unmöglich wird, starken statistischen Schwankungen unterliegt und zum anderen die Positionen von Einfallstellen und Lunkern erfahrungsgemäß von Teil zu Teil sehr unterschiedlich angeordnet sind.In the second case, the flow resistance to be overcome by the material flow is Melt so large that the applied pressure is too low to transport the melt to be realized inside the molded part. Then this area reaches ambient pressure, though there is still molten material in the core. There are higher ones Shrinkage values than for molded parts that solidify after the first case because of the seal at a high local temperature and low local pressure level. To this Fall occurs especially in areas far from the sprue and with long flow paths. The result is wavy surfaces, sink marks and cavities. The geometric quality characteristics of Moldings that seal after this case are not very reproducible, because on the one hand the Time from which melt transport becomes impossible, strong statistical fluctuations experience and the positions of sink marks and blowholes are arranged very differently from part to part.

Im dritten Fall wird der Schmelzefluss auf einem vorangegangenem Fließwegabschnitt unterbrochen. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn im Formteil angussferne Materialanhäufungen vorhandenen sind. Die Formmasse bleibt in den Bereichen der Materialanhäufungen auf einem hohen Temperaturniveau und großem Schwindungspotential, das nicht durch Nachdruckvolumenstrorn ausgeglichen werden kann. Eine Schwindungsbeeinflussung durch Nachdruckerhöhung ist nicht möglich, weil die Versiegelung thermisch bedingt ist. Das Schwindungsverhalten der so produzierten Teile ist kaum quantifizierbar und kontrollierbar. Es treten viele Einfallstellen und Vakuolen auf. Die Reproduzierbarkeit der geometrischen Eigenschaften für Prozesse, bei denen eine solche Volumenkontraktion vorkommt, ist nicht gegeben.In the third case, the melt flow is on a previous flow path section interrupted. This occurs, for example, if there is no sprue in the molded part Material accumulations are present. The molding compound remains in the areas of Material accumulations at a high temperature level and high shrinkage potential, that cannot be compensated for by volume flow. A Influencing the shrinkage by increasing the pressure is not possible because the seal is thermal. The shrinkage behavior of the parts produced in this way is hardly quantifiable and controllable. There are many sink marks and vacuoles. The Reproducibility of the geometric properties for processes in which such Volume contraction does not occur.

Nach welchen der drei von "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" genannten Mechanismen das Erstarren des Formteils abläuft, ist von der Geometrie des Formteils und der Angussposition abhängig. Eine rechnerische Abschätzung ist nach "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" möglich, jedoch sehr aufwendig. Die Notwendigkeit, die Gestaltung des Teils und die Angussposition so auszuführen, dass eine allmähliche Erstarrung zum Anguss hin erfolgt, schränkt die Anwendungsfreundlichkeit der Verfahrensvariante konventionelles Spritzgießen ein.According to which of the three named by "Schmidt: Dissertation at IKV Aachen 1992" Mechanisms of solidification of the molded part depend on the geometry of the molded part and the Gate position dependent. According to "Schmidt: Dissertation on IKV Aachen 1992 "possible, but very complex. The need to design the Partly and the sprue position so that a gradual solidification towards the sprue takes place, the usability of the process variant limits conventional Injection molding.

Mit der thermischen Versiegelung geht die Abkühlung der Formmasse von einem isobaren in einen isochoren Prozessverlauf über. Ein Ausgleich der Volumenverminderung ist nur durch den zum Zeitpunkt der Erstarrung vorhandenen Kompressionsdruck gegeben. Ein Ausgleich der abkühlungsbedingten Volumenkontraktion durch Injizieren von heißer Schmelze ist nach dem Einsetzen der thermischen Versiegelung nicht mehr möglich.With the thermal sealing, the cooling of the molding compound changes from an isobaric one an isochoric process. The volume reduction can only be compensated by given the compression pressure at the time of solidification. A balance the cooling-related volume contraction by injecting hot melt is after the insertion of the thermal seal is no longer possible.

Auch beim konventionellen Spritzgießen tritt bei allen bekannten Anwendungsfällen eine Schwindung an den produzierten Teilen auf. Die von den Rohstoffherstellern angegebenen breiten Schwindungsintervalle beziehen sich auf die hier beschriebene Technologievariante. Nach "Rheol. Acta 30 (1991) S. 284-299" entstehen durch das nachträgliche Injizieren von heißer Masse in das sich bereits abkühlende Formteil starke innere Spannungen, die die Festigkeit des Fertigteils vermindern. Die auftretenden Spannungen sind nach "Kunststoffe 73 (1983) 4 S. 241-245" größer als beim nachdruck- oder polsterfreiem Spritzgießen, was der entscheidende Vorteil der bereits oben abgehandelten Verfahrensvarianten gegenüber dem konventionellen Spritzgießen ist.Conventional injection molding also occurs in all known applications Shrinkage on the parts produced. The specified by the raw material manufacturers Wide shrinkage intervals relate to the technology variant described here. According to "Rheol. Acta 30 (1991) pp. 284-299", the subsequent injection of hot mass in the already cooling molded part strong internal tensions that the Reduce the strength of the finished part. The stresses that occur are according to "Plastics 73 (1983) 4 pp. 241-245 "larger than injection molding without pressure or padding, which is the decisive advantage of the process variants already discussed above over the is conventional injection molding.

Ein weiterer Nachteil des konventionellen Spritzgussverfahrens, der durch das nachträgliche Zuführen von heißer Masse in den Formling verursacht wird, ist die unterschiedliche lokale Abkühlgeschwindigkeit im Formteil. Anbindungsnahe Gebiete kühlen langsamer ab als anbindungsferne Regionen der Kavität. Um die Abkühlung entsprechend dem ersten Fall nach "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" zu gewährleisten, muss die Anbindung der Kavität an der größten Wandstärke des Formteils erfolgen. In diesem Bereich sammelt sich zusätzlich noch nachträglich heiße injizierte Masse an. Das verfahrensbedingte Nachschieben von heißer Masse erfordert aufgrund der nachträglich eingebrachten Wärme gegenüber dem polsterfreien oder dem nachdruckfreien Spritzgießen eine längere Zeitdauer bis zur vollständigen Formfixierung des verarbeiteten polymeren Werkstoffs und erfordert eine längere Produktionszeit als die beiden genannten alternativen Verfahrensvarianten. Another disadvantage of the conventional injection molding process, which is the subsequent Feeding hot mass into the molding is different, local Cooling rate in the molded part. Connected areas cool more slowly than regions of the cavity remote from the connection. To cool down according to the first case after "Schmidt: Dissertation at the IKV Aachen 1992" must be linked to the Cavity at the greatest wall thickness of the molded part. This area gathers additionally hot injected mass. The procedural replenishment of hot mass requires due to the added heat compared to the upholstery-free or pressure-free injection molding complete fixation of the processed polymeric material and requires a longer one Production time as the two alternative process variants mentioned.

Mit dem konventionellen Spritzgussverfahren können sehr komplexe Formteile hergestellt werden.With the conventional injection molding process, very complex molded parts can be produced become.

Der maschinentechnische Aufwand zum konventionellen Spritzgießen ist relativ gering und mit dem des polsterfreien Spritzgießens vergleichbar.The mechanical engineering effort for conventional injection molding is relatively low and with comparable to that of cushion-free injection molding.

Eine prozesstechnische Beeinflussung der Formteilqualität kann im Wesentlichen nur global für das gesamte Formteil erfolgen. Es ist nicht möglich, lokale Gebiete des Formteils mit Prozessgrößenvariation wirksam und gezielt zu beeinflussen.Process-related influencing of molded part quality can essentially only be done globally for the entire molded part. It is not possible to use local areas of the molding To influence process size variation effectively and specifically.

In "Kunststoffe 79(1989)/9 S. 852-856" und im "Plastverarbeiter 40 Nr. 10 S. 43-50" werden sogenannte pvT- bzw. pmT-Regelungskonzepte vorgestellt, die auf dem konventionellen Spritzgussverfahren aufbauen. Im Gegensatz zum konventionellen Spritzgussverfahren erfolgt die Beendigung der nachträglichen Injektion von Schmelze nicht durch eine thermische Versiegelung, sondern durch einen hydraulischen Angussverschluss mit Hilfe einer Nadelverschlussdüse (Fig. 2: 8, 9 und 10). Der Zeitpunkt des mechanischen Angussverschlusses wird aus dem in der Kavität gemessenen Druckverlauf und dem daraus berechneten Temperaturprofil ermittelt. Dieser Zeitpunkt wird so gewählt, dass verfahrensbedingte Schwankungen der Qualitätskennwerte aufgrund von Störgrößeneinflüssen korrigiert werden sollen.In "Kunststoffe 79 (1989) / 9 p. 852-856" and in "Plastververarbeitung 40 No. 10 p. 43-50" so-called pvT or pmT control concepts are presented, which are based on the conventional injection molding process. In contrast to the conventional injection molding process, the subsequent injection of melt is not ended by a thermal seal, but by a hydraulic sprue seal with the help of a needle valve nozzle ( Fig. 2: 8 , 9 and 10 ). The time of the mechanical gate is determined from the pressure curve measured in the cavity and the temperature profile calculated from it. This point in time is chosen so that process-related fluctuations in the quality parameters due to disturbance variables are to be corrected.

Die Schwindungswerte der so hergestellten Formteile sind größer als bei Produkten, die im konventionellen Spritzgussverfahren gefertigt wurden, weil aufgrund des vorzeitigen Angussverschlusses weniger Masse nach der volumetrischen Füllung in die Kavität nachströmen kann. Dafür vermindern sich die durch den Nachdruckvolumenstrom hervorgerufenen Spannungen, da aufgrund des höheren Temperaturniveaus bei Beendigung der Nachinjizierung Relaxationsprozesse stärker zum Tragen kommen als beim konventionellen Spritzgießen.The shrinkage values of the molded parts produced in this way are greater than for products that conventional injection molding processes were manufactured because of the premature Sprue closure less mass after volumetric filling into the cavity can flow in. In return, they decrease due to the holding volume flow caused voltages because of the higher temperature level at the end of the Post-injection Relaxation processes come into play more than with conventional ones Injection molding.

Die maschinentechnischen Voraussetzungen für diese Verfahrensvariante sind noch umfassender als beim nachdruckfreiem Spritzgießen, da zusätzlich zur Verschlussdüse und dem Werkzeuginnendruckaufnehmer umfangreiche rechentechnische Mittel im Hard- und Softwarebereich benötigt werden.The technical requirements for this process variant are still more extensive than with no injection pressure, because in addition to the sealing nozzle and the Tool pressure transducer extensive computing resources in hardware and Software area are required.

Bei der praktischen Anwendung dieser Regelungsstrategien tritt das Problem auf, dass die Berechnung der aktuellen Schmelzetemperatur immer stark fehlerbehaftet ist. Die Wärmeübergangsprozesse zwischen Kunststoffmaterial und Werkzeug und die Kontaktflächen zwischen beiden Phasen sind abhängig von Prozessgrößen.In the practical application of these control strategies, the problem arises that the Calculation of the current melt temperature is always very faulty. The Heat transfer processes between plastic material and tool and the contact surfaces between the two phases depend on process variables.

Eine Regelung mit Hilfe der Nachdruckzeit führt zu unterschiedlich langen Zykluszeiten, die ebenfalls das Qualitätsergebnis beeinflussen. Es tritt dann eine Rückkopplung im System auf. Wenn man wie beim pvT-Konzept eine Zeitgröße als Nachstellgröße verwendet, ist eine Optimierung der Produktionszeit nicht möglich.Regulation with the help of the holding pressure time leads to cycle times of different lengths, which also affect the quality result. Feedback then occurs in the system. If, as with the pvT concept, you use a time variable as an adjustment variable, this is one Production time cannot be optimized.

Elastische Werkzeugdeformationen oder eine Werkzeugatmung kann mit diesem Optimierungskonzept nicht berücksichtigt werden. Elastic tool deformation or tool breathing can be done with this Optimization concept are not considered.

Die Zielgröße der Optimierung ist meist das Formteilgewicht. Ein gleichbleibendes Formteilgewicht kann jedoch bei unterschiedlichen Schwindungsanisotropien in den einzelnen Raumrichtungen zu verschiedenen Längenmaßen führen. Die Reproduzierbarkeit der geometrischen Eigenschaften des Formteils ist aus diesem Grund nicht zwangsläufig besser als beim konventionellen Spritzgussverfahren.The target size of the optimization is usually the molded part weight. A constant one Molding weight can, however, with different shrinkage anisotropies in the individual Lead spatial directions to different lengths. The reproducibility of the For this reason, the geometrical properties of the molded part are not necessarily better than with conventional injection molding.

Die Herstellung von sehr komplexen Formteilen ist möglich.The production of very complex molded parts is possible.

Beim Spritzprägeverfahren, was beispielsweise in "Kunststoffe 77/1 S. 27-29" behandelt wird, erfolgt das Aufschmelzen und Homogenisieren der Schmelze analog zum Spritzgussverfahren mit Hilfe einer Plastifiziereinheit (Fig. 1 und 2: 5). Das für die Formgebung aufbereitete Material wird in eine teilgeschlossene Kavität eindosiert (Fig. 4: 15). Ein hydrostatischer Druck wird nur zur Überwindung des Fließwiderstands der Schmelze benötigt. Eine Kompression der Kunststoffmasse aufgrund der Vorwärtsbewegung des Schneckenkolbens unterbleibt. Es erfolgt keine vollständige volumetrische Füllung der teilgeschlossenen Kavität (Fig. 4: 15). Nach dem Beenden der Masseeindosierung in den teilgeschlossenen Formhohlraum (Fig. 4: 15) wird das Spritzprägewerkzeug durch die Schließeinheit vollständig verschlossen (Fig. 4: 14 nach 18) und das eindosierte Formmaterial (Fig. 4: 19) durch die zwangsweise aufgrund der Wirkung der Prägekrafte (Fig. 4: 17) hervorgerufene Volumenverminderung der Kavität komprimiert.In the injection molding process, which is dealt with, for example, in "Kunststoffe 77/1 p. 27-29", the melt is melted and homogenized analogously to the injection molding process with the aid of a plasticizing unit ( FIGS. 1 and 2: 5 ). The material prepared for shaping is metered into a partially closed cavity ( Fig. 4: 15 ). A hydrostatic pressure is only required to overcome the flow resistance of the melt. The plastic mass is not compressed due to the forward movement of the screw piston. There is no complete volumetric filling of the partially closed cavity ( Fig. 4: 15 ). Is the injection-compression tool through the clamping unit is completely closed (Fig. 4: 18:14): After finishing the Masseeindosierung in the partially closed mold cavity (15 Fig. 4) and the metered form material (Fig. 4: 19) by the forced due to the effect the embossing forces ( Fig. 4: 17 ) caused volume reduction of the cavity compressed.

Eine Schwindung im Sinne von "DIN 16901" kann nicht ermittelt werden, da sich das Kavitätsvolumen prozessbedingt verändert. Die abkühlungsbedingte Volumenverminderung des Materials kann vollständig durch die Verminderung des Formhohlraums ausgeglichen werden. Bei hinreichend langer Nachführung des Prägestempels (Fig. 4: 18) erfolgt die Abkühlung des Kunststoffs in der Kavität (Fig. 4: 19) vollständig unter Formzwang. Die Produktionszeiten von Teilen im Spritzprägeverfahren können sehr kurz gehalten werden, da aufgrund des von außen aufgebrachten Prägedrucks ein sehr enger Kontakt zwischen Werkzeugmaterial und Kunststoff über eine große Fläche vorherrscht und die Plastifiziereinheit unmittelbar nach dem Eindosieren des Polymers in die Form wieder Kunststoff homogenisieren und plastifizieren kann.A shrinkage in the sense of "DIN 16901" cannot be determined because the cavity volume changes due to the process. The reduction in volume of the material due to cooling can be completely compensated for by the reduction in the mold cavity. If the embossing die ( Fig. 4: 18 ) is sufficiently long, the cooling of the plastic in the cavity ( Fig. 4: 19 ) takes place completely under pressure. The production times of parts in the injection-molding process can be kept very short, because due to the embossing pressure applied from the outside, there is very close contact between the tool material and the plastic over a large area and the plasticizing unit can homogenize and plasticize the plastic again immediately after the polymer has been metered into the mold .

In Richtung senkrecht zur Prägerichtung lassen sich sehr genaue Abbildungen der Form realisieren. Deshalb ist dieses Verfahren vor allem für die Herstellung von Formteilen mit hohen Oberflächeneigenschaften geeignet.In the direction perpendicular to the embossing direction, very precise illustrations of the shape can be made realize. That is why this process is mainly used for the production of molded parts high surface properties.

In der Prägerichtung des Prägestempels (Fig. 4: 18) ist die dimensionsgenaue Abbildung der Form sehr schlecht, da die Genauigkeit der Massedosierung des Kunststoffs technisch problematisch ist. Die Anwendung des Spritzprägeverfahrens bleibt auf Formteile mit sehr einfacher Geometrie, wie beispielsweise CDs, beschränkt, da der Stempel in die Kavität eingearbeitet werden muss.In the embossing direction of the embossing stamp ( Fig. 4: 18 ), the exact dimension of the shape is very poor because the accuracy of the mass dosing of the plastic is technically problematic. The application of the injection stamping process remains limited to molded parts with a very simple geometry, such as CDs, because the stamp has to be worked into the cavity.

Die Reproduzierbarkeit der geometrischen Eigenschaften des Formteils ist senkrecht zur Prägerichtung gut, in der Prägerichtung jedoch schlecht.The reproducibility of the geometric properties of the molded part is perpendicular to Embossing direction good, but bad in the embossing direction.

Die Höhe des Prägedrucks ist durch die unerwünschte Werkzeugdeformation und der Vermeidung von Formteilgrat beschränkt. Die Prägezeit muss begrenzt werden, da bei zu langer Aufrechterhaltung des Prägedrucks innere Spannungen in den Teilen auftreten, die zum mechanischen Versagen führen können.The level of the embossing pressure is due to the undesired tool deformation and the Avoiding molding burrs is limited. The embossing time must be limited, as with too long maintenance of the embossing pressure internal stresses occur in the parts leading to the mechanical failure.

Eine prozesstechnische Beeinflussung der Formteilqualität kann nur global für das gesamte Formteil erfolgen. Es ist nicht möglich, lokale Gebiete des Formteils mit Prozessgrößenvariation wirksam und gezielt zu beeinflussen.Process-related influencing of the molded part quality can only be global for the whole Molding done. It is not possible to use local areas of the molding To influence process size variation effectively and specifically.

Das Grundprinzip der Verminderung des formgebenden Volumens wird beim Pressverfahren angewendet.The basic principle of reducing the shaping volume is in the pressing process applied.

Für das Pressverfahren ist charakteristisch, dass die Kunststoffmasse in Pulver-, Granulat- oder Tablettenform in das Werkzeug (Fig. 5: 21 und 23) eingelegt wird. Das Aufschmelzen, Aushärten oder Vernetzen geschieht bei einem Druck- (Fig. 5: 22) und Temperaturregime im geschlossenen Werkzeug. Der notwendige Pressdruck wird durch eine auf den Stempel (Fig. 5: 21) wirkende Kraft (Fig. 5: 20) erzeugt. Auf eine Plastifiziereinheit wird verzichtet.It is characteristic of the pressing process that the plastic mass in powder, granule or tablet form is inserted into the tool ( Fig. 5: 21 and 23 ). The melting, hardening or crosslinking takes place in a closed (tool) ( Fig. 5: 22 ) and temperature regime. The necessary pressing pressure is generated by a force ( Fig. 5: 20 ) acting on the stamp ( Fig. 5: 21 ). There is no plasticizing unit.

Das verarbeitete Kunststoffmaterial wird meist durch Erwärmung bei geringem Druck in den viskosen, fließfähigen Zustand zwischen Matritze (Fig. 5: 23) und Patritze (Fig. 5: 21) überführt. Wenn eine fließfähige Konsistenz des Materials vorliegt, erfolgt die Formgebung bei erhöhtem Druck. Auch die Formfixierung des Kunststoffmaterials erfolgt zum Ausgleich der materialspezifischen Volumenverminderung bei der Formfixierung unter Druck (Fig. 5: 22), der durch eine Kraft auf dem Stempel erzeugt wird (Fig. 5: 20).The processed plastic material is usually converted into the viscous, flowable state between the die ( Fig. 5: 23 ) and the patrix ( Fig. 5: 21 ) by heating at low pressure. If there is a flowable consistency of the material, the shaping takes place under increased pressure. The shape fixation of the plastic material also takes place to compensate for the material-specific volume reduction during shape fixation under pressure ( Fig. 5: 22 ), which is generated by a force on the stamp ( Fig. 5: 20 ).

Die Homogenisierung der Formmasse ist aufgrund fehlender Mischvorrichtungen in den Pressformen schlecht. Bei Kunststoffen, die Beimischungen oder mehrere Komponenten enthalten, ist deshalb ein vorhergehender Arbeitsschritt zur Mischung und Homogenisierung des Materials notwendig. Bei den oben beschriebenen Spritzgussverfahren kann darauf meist verzichtet werden, wenn eine entsprechend ausgelegte Plastifiziereinheit (Fig. 1 und 2: 5) verwendet wird.The homogenization of the molding compound is poor due to the lack of mixing devices in the molds. For plastics that contain admixtures or several components, a previous work step for mixing and homogenizing the material is therefore necessary. In the injection molding processes described above, this can usually be dispensed with if an appropriately designed plasticizing unit ( FIGS. 1 and 2: 5 ) is used.

Aufgrund der Plastifizierung in der Form benötigen durch Pressprozesse hergestellte Formteile wesentlich längere Produktionszeiten als vergleichbare Spritzgussprodukte. Aus diesem Grund wird das Pressverfahren vor allem zur Herstellung von Teilen in geringen Stückzahlen, mit großen Abmessungen oder von dickwandigen Teilen angewendet.Due to the plasticization in the mold, molded parts produced by pressing processes are required significantly longer production times than comparable injection molding products. For this reason the pressing process is mainly used for the production of parts in small quantities large dimensions or thick-walled parts.

In Richtung senkrecht zur Pressrichtung lassen sich sehr genaue Abbildungen der Form realisieren. In der Pressrichtung ist die dimensionsgenaue Abbildung der Form sehr schlecht, da die Genauigkeit der Massedosierung des Kunststoffs technisch problematisch ist. Die Anwendung des Pressverfahren bleibt wie das Spritzprägeverfahren auf Formteile mit sehr einfacher Geometrie beschränkt, da der Stempel (Fig. 5: 21) in die Form (Fig. 5: 23) eingearbeitet werden muss.In the direction perpendicular to the pressing direction, very precise images of the shape can be realized. In the pressing direction, the dimensionally accurate representation of the shape is very poor, since the accuracy of the mass dosing of the plastic is technically problematic. The application of the pressing process, like the injection molding process, remains limited to molded parts with a very simple geometry, since the stamp ( Fig. 5: 21 ) has to be worked into the mold ( Fig. 5: 23 ).

Die Reproduzierbarkeit der geometrischen Eigenschaften des Formteils ist senkrecht zur Pressrichtung gut, in der Pressrichtung jedoch schlecht.The reproducibility of the geometric properties of the molded part is perpendicular to Press direction good, but bad in the press direction.

Die Höhe des Pressdrucks (Fig. 5: 22) ist durch die unerwünschte Werkzeugdeformation beschränkt. Die Presszeit muss begrenzt werden, da bei zu langer Aufrechterhaltung des Pressdrucks (Fig. 5: 22) innere Spannungen in den Teilen auftreten, die zum mechanischen Versagen führen können.The level of the pressing pressure ( Fig. 5: 22 ) is limited by the undesired tool deformation. The pressing time must be limited, because if the pressing pressure is maintained too long ( Fig. 5: 22 ) internal stresses occur in the parts, which can lead to mechanical failure.

Eine prozesstechnische Beeinflussung der Formteilqualität kann nur global für das gesamte Formteil erfolgen. Es ist nicht möglich, lokale Gebiete des Formteils mit Prozessgrößenvariation wirksam und gezielt zu beeinflussen. Process-related influencing of the molded part quality can only be global for the whole Molding done. It is not possible to use local areas of the molding To influence process size variation effectively and specifically.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bei der Verarbeitung von Kunststoffen zu Formteilen auftretende Volumenverminderung auszugleichen, um die Schwindung zu minimieren.The invention is based on the problem that arises in the processing of plastics Compensate the volume reduction occurring to reduce the shrinkage minimize.

Das Problem wird gelöst, indem man ein im Spritzgussprozess verwendetes formteilspezifisches Werkzeug mit einem beweglichen konturbildenden Teil der Kavität (Fig. 8: 36) ausstattet und dieses an elastische Elemente (Fig. 8: 35) ankoppelt, so dass durch eine vom augenblicklichen Kompressionsdruck der Formmasse abhängige Ausweichbewegung des beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) eine reversible Erweiterung der Kavität vorkommt, die sich bei dem während der Formfixierung des Materials physikalisch bedingten Druckabbau in der Formmasse definiert zurückstellt und dadurch bis zur Entformung des Spritzlings aus dem Werkzeug die Volumengleichheit von formgebenden Formhohlraum und Formteilkörper bereits bei technisch realisierbaren Kompressionsdruck sichergestellt wird.The problem is solved by equipping a molded part-specific tool used in the injection molding process with a movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) and coupling it to elastic elements ( Fig. 8: 35 ), so that the compression pressure of the moment Molding-dependent evasive movement of the movable contour-forming part ( Fig. 8: 36 ) occurs a reversible expansion of the cavity, which is defined in the pressure reduction in the molding compound due to the physical during the fixation of the material, and thus the same volume until the mold is removed from the mold of the shaping mold cavity and molded body is ensured even at technically feasible compression pressure.

Mit der Erfindung wird eine Modifizierung und Verbesserung des Spritzgussverfahrens erreicht, bei dem bekannterweise plastifizierte Masse in eine voll geschlossene, steif ausgelegte Form injiziert und anschließend komprimiert wird. Die verfahrenstypische Kompression der Formmasse (Fig. 8: 3) wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um eine reversible Erweiterung (Fig. 8: 33) der Kavität zu realisieren. Das geschieht, indem zunächst ein bewegliches konturbildendes Teil der Kavität (Fig. 8: 36) beim Anlegen eines Kompressionsdrucks (Fig. 8: 11) eine Verschiebung aufgrund der durch die Kompression der Formmasse hervorgerufene Druckkraft ausführt. Diese Verschiebung verursacht in dem das bewegliche konturbildende Teil der Kavität (Fig. 8: 36) abstützenden elastischen Element (Fig. 8: 35) eine Gegenkraft, die erfindungsgemäß der Druckkraft entgegen gerichtet ist und deren Wert vom Verschiebeweg des beweglichen konturbildenden Teiles der Kavität (Fig. 8: 36) abhängig ist. Die Verschiebung des beweglichen konturbildenden Teil der Kavität (Fig. 8: 36) erfolgt bis zu dem Punkt, an dem ein Kräftegleichgewicht zwischen der kompressionsverursachten Druckkraft und der im elastischen Element hervorgerufenen Gegenkraft besteht.The invention achieves a modification and improvement of the injection molding process in which, as is known, plasticized mass is injected into a fully closed, rigidly designed mold and then compressed. The process-typical compression of the molding compound ( FIG. 8: 3 ) is used according to the invention in order to implement a reversible expansion ( FIG. 8: 33 ) of the cavity. This is done by first moving a movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) when applying a compression pressure ( Fig. 8: 11 ) due to the compressive force caused by the compression of the molding compound. This shift caused in the movable contour-forming portion of the cavity (Fig. 8: 36) supporting the elastic member (Fig. 8: 35) a reaction force of the pressing force according to the invention directed counter and the value from the displacement of the moving contour-forming portion of the cavity ( Fig. 8: 36 ) is dependent. The movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) is shifted to the point at which there is a balance of forces between the compression force caused by the compression and the counterforce caused in the elastic element.

Erfindungsgemäß wird das Volumen der Kavität zum Zeitpunkt der stärksten Kompression der Formmasse in etwa um den Betrag der Volumenverminderung vergrößert, der bis zur Gestaltfixierung des Formteils physikalisch bedingt auftritt. Das heißt, die druckabhängige Vergrößerung der Kavität (Fig. 8: 33) wird durch die entsprechende Dimensionierung der elastischen Größen des elastischen Elements (Fig. 8: 35) so dosiert, dass die aushärtungsbedingte Volumenverminderung der Formmasse bis zur Gestaltfixierung durch die, mit der Rückstellbewegung des elastischen Elements (Fig. 8: 35) und dem angekoppelten beweglichen konturbildenden Teil (Fig. 8: 36) verbundenen, Volumenverminderung des Formhohlraums bei Druckabbau ausgeglichen werden kann.According to the invention, the volume of the cavity at the time of the greatest compression of the molding compound is increased approximately by the amount of volume reduction that occurs until the shape of the molded part is physically determined. This means that the pressure-dependent enlargement of the cavity ( Fig. 8: 33 ) is metered by the appropriate dimensioning of the elastic sizes of the elastic element ( Fig. 8: 35 ) in such a way that the hardening-related volume reduction of the molding compound up to the shape fixation by the with Return movement of the elastic element ( Fig. 8: 35 ) and the coupled movable contour-forming part ( Fig. 8: 36 ) connected, volume reduction of the mold cavity can be compensated for when pressure is reduced.

Bei zunehmender Aushärtung des Formteils wird der Druck in der Kavität (Fig. 8: 11) physikalisch bedingt abgebaut, da sich das freie Volumen der Formmasse bei der Aushärtung vermindert. Der Druckabbau hat zur Folge, dass sich die auf die elastischen Elemente (Fig. 8: 35) wirkende Druckkraft vermindert. Dadurch verändert sich das Gleichgewicht der am beweglichen konturbildenden Teil der Kavität (Fig. 8: 36) angreifenden Kräfte und die reversible Verformung des elastischen Elements (Fig. 8: 35) stellt sich in Abhängigkeit vom Druck in der Kavität (Fig. 8: 11) zurück. Das an das elastische Element gekoppelte bewegliche konturbildende Teil der Kavität (Fig. 8: 36) wird dadurch so verschoben, dass das Kavitätsvolumen wieder vermindert wird. Die elastischen Größen der elastischen Elemente (Fig. 8: 35) werden erfindungsgemäß so ausgelegt, dass ein vollständiger Abbau des Kompressionsdrucks beim Aushärten der Formmasse möglich ist und am Ende des Aushärtungsprozesses im Formhohlraum das ursprüngliche Kavitätsvolumen vorliegt.With increasing hardening of the molded part, the pressure in the cavity ( Fig. 8: 11 ) is reduced due to physical reasons, since the free volume of the molding compound decreases during curing. The pressure reduction has the consequence that the compressive force acting on the elastic elements ( Fig. 8: 35 ) is reduced. This changes the equilibrium of the forces acting on the movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) and the reversible deformation of the elastic element ( Fig. 8: 35 ) is dependent on the pressure in the cavity ( Fig. 8: 11) ) back. The movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) coupled to the elastic element is displaced in such a way that the cavity volume is reduced again. The elastic sizes of the elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are designed according to the invention so that a complete reduction of the compression pressure is possible when the molding compound is hardened and at the end of the hardening process the original cavity volume is present in the mold cavity.

Der Ausgleich der materialspezifischen aushärtungsbedingten Volumenverminderung kann durch die Nachstellbewegung des beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) vollständig erfolgen, so dass keine Schwindung der Teile in der Form auftritt. Man kann deshalb auf ein langanhaltendes Nachschieben von Masse, wie es beim konventionellen Spritzgussprozess angewendet wird, verzichten und einen mechanischen Angussverschluss durch eine Nadelverschlussdüse (Fig. 2: 8 bis 10) analog dem nachdruckfreiem Spritzgießen anwenden oder auf die Verfahrensvariante polsterfreies Spritzgießen zurückgreifen.The material-specific curing-related volume reduction can be completely compensated by the readjustment movement of the movable contour-forming part ( Fig. 8: 36 ), so that no shrinkage of the parts occurs in the mold. It is therefore possible to dispense with long-lasting feeding of mass, as is used in the conventional injection molding process, and to use a mechanical sprue closure with a needle valve nozzle ( Fig. 2: 8 to 10 ) analogously to pressure-free injection molding, or to use the process variant of cushion-free injection molding.

Die durch das Nachschieben von heißer Masse in das sich abkühlende Formteilmaterial hervorgerufenen inneren Spannungen im Formteil werden dadurch erfindungsgemäß vermieden.The by pushing hot mass into the cooling molding material internal tensions in the molded part are thereby inventively avoided.

Die beiden bekannten Grundprinzipien zum Ausgleich der Volumenverminderung, Kompression der Formmasse und Nachführung des Kavitätsvolumens, werden erfindungsgemäß in einem Verfahren kombiniert.The two known basic principles to compensate for the volume reduction, Compression of the molding compound and tracking of the cavity volume combined according to the invention in one process.

Der Einsatz anderer Bauteile als elastische Elemente zum Aufbringen einer Gegenkraft, beispielsweise hydraulischer oder pneumatischer Systeme ist denkbar.The use of components other than elastic elements to apply a counterforce, for example hydraulic or pneumatic systems is conceivable.

Weil ein Ablösen des Kunststoffs (Fig. 3: 12) von der Werkzeugwand (Fig. 2: 13) beim Aushärten vermieden wird, kann die Formteilherstellung in einer kürzeren Produktionszeit erfolgen als bei den bekannten schwindungsbehafteten Spritzgussprozessen, da der Kontakt zwischen der Kunststoffmasse (Fig. 2: 12) und dem Werkzeugmaterial (Fig. 2: 1 und 4) während der gesamten Abkühl- oder Aushärtungszeit nicht unterbrochen wird und der Wärmestrom zwischen Kunststoffmaterial (Fig. 2: 12) und Werkzeug (Fig. 2: 1 und 4) nicht durch einen isolierenden Spalt an der Wand der Kavität (Fig. 2: 13) gestört wird. Damit ist mit der Erfindung ein höherer ökonomischer Effekt zu erwarten als mit den bekannten klassischen Verfahrensvarianten.Because detachment of the plastic ( Fig. 3: 12 ) from the tool wall ( Fig. 2: 13 ) during curing is avoided, the molded parts can be produced in a shorter production time than with the known shrinking injection molding processes, since the contact between the plastic mass ( Fig . 2: 12 ) and the tool material ( Fig. 2: 1 and 4 ) is not interrupted during the entire cooling or curing time and the heat flow between plastic material ( Fig. 2: 12 ) and tool ( Fig. 2: 1 and 4 ) is not disturbed by an insulating gap on the wall of the cavity ( Fig. 2: 13 ). A higher economic effect is therefore to be expected with the invention than with the known classic process variants.

Zur Realisierung der Erfindung sind spezielle Spritzgusswerkzeuge für die jeweiligen herzustellenden Teile notwendig, die eine bewußte Verformung zulassen.To implement the invention, special injection molds are used for the respective parts to be manufactured that allow deliberate deformation.

Bereits in "Plaste und Kautschuk 11. Jahrgang Heft 2 1964 S. 109-114" werden die unterschiedlichen Kraftwirkung und die daraus resultierenden Verformungen der Werkzeugteile von sich gegenseitig nicht beeinflussenden Werkzeugteilen und Spritzgusswerkzeugen mit massivem Querschnitt unterschieden.Already in "Plastics and rubber 11th volume issue 2 1964 pp. 109-114" different forces and the resulting deformations of the Tool parts of mutually non-influencing tool parts and A distinction is made between injection molding tools with a solid cross-section.

In Spritzgussformen, die aus Werkzeugplatten mit mechanisch massivem Querschnitt (Fig. 6: 25) aufgebaut sind, verursacht die Wirkung der Schließkraft durch das Zusammenpressen des gesamten Werkzeugs keine Veränderung der Kavität. Bei der Kompression der Formmasse greift eine Flächenkraft (Fig. 6: 28) rund um die Kavität an und führt neben dem Auseinanderdrücken der beiden Formhälften bei Überwindung der Schließkraft zu einer Durchbiegung der mechanisch kompakten Werkzeugplatte (Fig. 6: 26) proportional zum anliegenden Werkzeuginnendruck. Bei zu großen Durchbiegungen dringt schmelzeflüssiger Kunststoff in den gebildeten Spalt zwischen den beiden Formhälften und bildet den sogenannten Formteil- oder Spritzgrat (Fig. 6: 27). Bereits bei der ansatzweisen Bildung von Formteilgrat ist die elastische Rückstellung der Werkzeugdurchbiegung und die Zurückbildung des Auseinanderdrückens der beiden Formhälften bei abnehmendem Werkzeuginnendruck nicht mehr möglich, da der gebildete Werkzeugspalt durch den schnell erkalteten eingedrungenen Kunststoff blockiert ist. Zur Vermeidung des Spaltes, in dem sich Grat bildet, sind hohe Schließkräfte, besonders massive, dickwandige Werkzeuge und eine Begrenzung des Kompressionsdrucks notwendig. Spritzgussformen werden derzeit fast ausschließlich nach dem Typ des massivem Querschnitts angelegt. Die massive Ausführung von Spritzgussformen wird von vielen Autoren empfohlen und ist nach "Schmidt: Dissertation am IKV Aachen 1992" die Voraussetzung bei Berechnung von Spritzgussprozessen, da die Berechnungsprogramme derzeit keine elastische Verformung eines massiv ausgeführten Spritzgusswerkzeuges berücksichtigen. Das stellt derzeit eine wesentliche Einsatzgrenze bei der Anwendung der Berechnungsprogramme für Spritzgussprozesse dar.In injection molds that are made up of tool plates with a mechanically solid cross-section ( Fig. 6: 25 ), the effect of the clamping force does not change the cavity by pressing the entire tool together. When compressing the molding compound, a surface force ( Fig. 6: 28 ) acts around the cavity and, in addition to pushing the two mold halves apart, overcoming the closing force leads to a deflection of the mechanically compact tool plate ( Fig. 6: 26 ) proportional to the internal mold pressure . If the deflection is too large, molten plastic penetrates into the gap formed between the two mold halves and forms the so-called molded part or molded burr ( Fig. 6: 27 ). Even at the beginning of the formation of molded part burrs, the elastic resetting of the tool deflection and the receding of the pressing apart of the two mold halves with decreasing internal mold pressure is no longer possible, since the formed tool gap is blocked by the quickly cooled, penetrated plastic. In order to avoid the gap in which burrs form, high closing forces, particularly massive, thick-walled tools and a limitation of the compression pressure are necessary. Injection molds are currently almost exclusively based on the type of solid cross-section. The massive execution of injection molds is recommended by many authors and, according to "Schmidt: Dissertation at IKV Aachen 1992", is the prerequisite for the calculation of injection molding processes, since the calculation programs currently do not take elastic deformation of a solid injection molding tool into account. This is currently an essential limit of application when using the calculation programs for injection molding processes.

In "Saher Al Saher: Einfluss der Plastmaschine und des Werkzeugs auf die Maßgenauigkeit von Spritzgussteilen; genehmigte Dissertation A, Karl-Marx-Stadt 1988" ist die Berechnung der Verformung an einem speziellen, einfachem, massivem Spritzgusswerkzeug bei der Wirkung der bloßen Schließkraft und bei Wirkung der Schließkraft und des Kompressionsdrucks mit starken Abstraktionen ausgeführt worden. Diese Berechnung ist sehr aufwendig und nur mit starken Vereinfachungen möglich. Eine Verallgemeinerung der in "Saher Al Saher: Einfluss der Plastmaschine und des Werkzeugs auf die Maßgenauigkeit von Spritzgussteilen; genehmigte Dissertation A, Karl-Marx-Stadt 1988" durchgeführten Berechnung und die Übertragung auf andere Werkzeuge ist nicht bekannt.In "Saher Al Saher: Influence of the plastic machine and the tool on the dimensional accuracy of injection molded parts; approved dissertation A, Karl-Marx-Stadt 1988 "is the calculation the deformation on a special, simple, solid injection mold at Effect of the mere closing force and the effect of the closing force and the Compression with strong abstractions. This calculation is very complex and only possible with strong simplifications. A generalization of the in "Saher Al Saher: Influence of the plastic machine and the tool on the dimensional accuracy of Injection molded parts; approved dissertation A, Karl-Marx-Stadt 1988 " Calculation and transfer to other tools is unknown.

Werden sich gegenseitig nicht beeinflussende Werkzeugteile angewendet, verursacht die Wirkung der Schließkraft durch das alleinige Zusammenpressen der stützenden Werkzeugteile (Fig. 7: 29) eine Verkleinerung der Dicke der Kavität. Aufgrund der Wirkung der Schließkraft der erfolgt keine Stauchung der inneren mechanisch getrennten Werkzeugplatte (Fig. 7: 30). If tool parts that do not influence each other are used, the effect of the closing force causes the thickness of the cavity to be reduced by simply pressing the supporting tool parts together ( Fig. 7: 29 ). Due to the action of the closing force which there is no compression of the inner mechanically separate die plate (FIG. 7: 30).

Mit der Kompression der Formmasse greift eine Flächenkraft (Fig. 7: 28) an den die Kavität bildenden Werkzeugteilen (Fig. 7: 32) an. Die Größe der auf die einzelnen Werkzeugteile wirkenden augenblicklichen Kraft ergibt sich aus dem augenblicklich wirkenden Werkzeuginnendruck und der projizierten Berührungsfläche zwischen dem jeweiligem Werkzeugteil und dem Kunststoff in der Kavität. Die Kompression der Kunststoffschmelze drückt nur die an der Kavität angrenzenden Werkzeugteile (Fig. 7: 32) zusammen. Da die einzelnen Werkzeugteile nicht, wie es bei massiven Formen der Fall ist, miteinander gekoppelt sind, erfolgt keine Durchbiegung des Gesamtwerkzeugs. Die äußeren mechanisch getrennten Werkzeugplatten (Fig. 7: 31) werden nur durch den Schliessdruck zusammengedrückt und aufgrund der Wirkung des Kompressionsdrucks in der Formmasse nicht deformiert.With the compression of the molding compound, a surface force ( Fig. 7: 28 ) acts on the tool parts forming the cavity ( Fig. 7: 32 ). The size of the instantaneous force acting on the individual tool parts results from the instantaneously acting internal tool pressure and the projected contact area between the respective tool part and the plastic in the cavity. The compression of the plastic melt only compresses the tool parts adjacent to the cavity ( Fig. 7: 32 ). Since the individual tool parts are not coupled to one another, as is the case with solid shapes, there is no deflection of the entire tool. The outer mechanically separated tool plates ( Fig. 7: 31 ) are only pressed together by the closing pressure and are not deformed due to the effect of the compression pressure in the molding compound.

Werkzeugkonzepte, die bewegliche konturbildende Teil der Kavität (Fig. 8: 36) enthalten, entsprechen dem Fall sich gegenseitig nicht beeinflussender Werkzeugteile.Tool concepts that contain movable contour-forming parts of the cavity ( Fig. 8: 36 ) correspond to the case of mutually non-influencing tool parts.

Erfindungsgemäß werden die durch die Wirkung des Werkzeuginnendrucks hervorgerufenen Kräfte aus den beweglichen konturbildenden Teilen der Kavität (Fig. 8: 36) in elastische Elemente eingeleitet. In den elastischen Elementen werden diese Kräfte in eine gewollte reversible Verformung umgesetzt. Dieses Nachgeben der beweglichen konturbildenden Teile der Kavität (Fig. 8: 36) ist prinzipiell mit einer definierten Verschiebung der die Kavität bildenden Werkzeugteile (Fig. 8: 32) gleichzusetzen.According to the invention, the forces caused by the action of the cavity pressure are introduced from the movable contour-forming parts of the cavity ( FIG. 8: 36 ) into elastic elements. These forces are converted into a desired reversible deformation in the elastic elements. This yielding of the movable contour-forming parts of the cavity ( Fig. 8: 36 ) is in principle equivalent to a defined displacement of the tool parts forming the cavity ( Fig. 8: 32 ).

Im Gegensatz zu den angewendeten Verfahren mit steifer Werkzeugkonzeptionen kann ein Spritzgrat (Fig. 6: 27) bei der Anwendung der Erfindung nur dann auftreten, wenn der mechanische Anschlag (Fig. 9: 42) durch das elastische Element (Fig. 8: 35) oder das bewegliche konturbildende Teil der Kavität (Fig. 8: 36) erreicht ist und die dort wirkende resultierende Kraft aus Kompressions- und Gegenkraft ein Durchbiegen der Form bewirkt oder die vektorielle Summe der sich aus dem Werkzeuginnendruck ergebenden Kräfte größer wird als die Schließkraft. Nur dann würden die beiden Formhälften auseinander gedrückt. Damit ist der maximale Kompressionsdruck eines solchen Spritzgussprozesses durch die Schließkraft der verwendeten Spritzgussmaschine technologisch bestimmt. Die mechanische Stabilität der Form ist aufgrund der Abstimmung von mechanischem Anschlag und Kompressionskraft und der mechanischen Trennung der Werkzeugteile im Gegensatz zu Spritzgusswerkzeugen mit massiven Querschnitt von untergeordneter Bedeutung.In contrast to the methods used with rigid tool designs, a spray burr ( Fig. 6: 27 ) can only occur when the invention is used if the mechanical stop ( Fig. 9: 42 ) is caused by the elastic element ( Fig. 8: 35 ) or the movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) has been reached and the resulting force from compression and counterforce causes the shape to bend, or the vectorial sum of the forces resulting from the cavity pressure becomes greater than the closing force. Only then would the two mold halves be pushed apart. The maximum compression pressure of such an injection molding process is thus determined technologically by the closing force of the injection molding machine used. The mechanical stability of the shape is of secondary importance due to the coordination of mechanical stop and compression force and the mechanical separation of the tool parts, in contrast to injection molding tools with a solid cross-section.

Als elastische Elemente können unterschiedlichste Konstruktionen verwendet werden. Beispielsweise sind reine Zugelemente, teleskopförmig gestaltete Zug-Druck-Elemente, Druckkissen aus elastomeren Werkstoffen oder bügelförmige Biegekonstuktionen denkbar.A wide variety of constructions can be used as elastic elements. For example, pure tension elements, telescope-shaped tension-compression elements, Pressure pads made of elastomeric materials or bow-shaped bending constructions are conceivable.

Alle Ausführungsarten von elastischen Elementen (Fig. 8: 35) sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebung des beweglichen konturbildenden Teiles der Kavität (Fig. 8: 36) erreicht wird, indem die aufgenommene, aufgrund der Wirkung des Werkzeuginnenducks verursachte Kraft in eine reversible kompressionskraftabhängige Verformung umgewandelt wird. Die beweglichen konturbildenden Teile der Kavität (Fig. 8: 36) und die elastischen Elemente (Fig. 8: 35) sind dabei vorzugsweise starr gekoppelt, so dass eine Veränderung der Verschiebung eine andere Verformung bedeutet und umgekehrt. Dadurch verändert sich das Volumen der Kavität in Abhängigkeit vom momentanen Werkzeuginnendruck. Alle Ausführungsarten von elastischen Elementen (Fig. 8: 35) werden erfindungsgemäß so dimensioniert, dass die technische Volumenvergrößerung der Kavität in etwa der aufgrund der Aushärtungsprozesse im Formhohlraum vorkommenden physikalisch bedingten Volumenverminderung des Werkstoffs bis zur Entnahme aus der Form entspricht. Die notwendigen Werte können aus den materialspezifischen pvT-Diagrammen, die beispielsweise in "VDMA Verein deutscher Maschinenbauanstalten (hrsg.): Kenndaten für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Teil 1. Thermodynamik; Hanserverlag München Wien 1979" veröffentlicht sind, entnommen werden.All designs of elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are characterized in that a displacement of the movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) is achieved by the force absorbed, caused by the effect of the internal tool pressure, in a reversible compression force-dependent Deformation is converted. The movable contour-forming parts of the cavity ( Fig. 8: 36 ) and the elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are preferably rigidly coupled, so that a change in the displacement means a different deformation and vice versa. This changes the volume of the cavity depending on the current mold cavity pressure. All embodiments of elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are dimensioned according to the invention so that the technical volume increase of the cavity corresponds approximately to the physically determined volume reduction of the material due to the curing processes in the mold cavity until it is removed from the mold. The necessary values can be found in the material-specific pvT diagrams, which are published, for example, in "VDMA Association of German Mechanical Engineering Institutes (ed.): Characteristics for Processing Thermoplastic Plastics Part 1. Thermodynamics; Hanserverlag Munich Vienna 1979".

Beim Abbau des Werkzeuginnendrucks während der Abkühlung oder Aushärtung der Formmasse wird die reversible Verformung der elastischen Elemente (Fig. 8: 35) aufgrund eines veränderten Kräftegleichgewichts zurückgestellt. Diese Rückstellbewegung wird auf die beweglichen konturbildenden Teile der Kavität (Fig. 8: 36) übertragen. Das Kavitätsvolumen wird erfindungsgemäß entsprechend dem geringer werdenden Platzbedarf des Materials im Formhohlraum vermindert.When the internal mold pressure is reduced during the cooling or hardening of the molding compound, the reversible deformation of the elastic elements ( Fig. 8: 35 ) is reset due to a changed balance of forces. This restoring movement is transferred to the movable contour-forming parts of the cavity ( Fig. 8: 36 ). According to the invention, the cavity volume is reduced in accordance with the decreasing space requirement of the material in the mold cavity.

Die Wirkung eines elastischen Elements (Fig. 8: 35) wird durch seine Kennlinie (Fig. 10: 46) beeinflußt. Die Kennlinie gibt eine mathematische Funktion im Kraft (Fig. 8: 34) - Weg (Fig. 8: 33) - Diagramm an, nach der aufgrund der Wirkung des Kompressionsdrucks (Fig. 8: 11) auftretende Kraftaufbau (Fig. 9: 43) und die reversible Verformung (Fig. 8: 33) des elastischen Elements dargestellt wird.The effect of an elastic element ( Fig. 8: 35 ) is influenced by its characteristic ( Fig. 10: 46 ). The characteristic curve gives a mathematical function in the force ( Fig. 8: 34 ) - path ( Fig. 8: 33 ) - diagram, according to which the force build-up occurring due to the effect of the compression pressure ( Fig. 8: 11 ) ( Fig. 9: 43 ) and the reversible deformation ( Fig. 8: 33 ) of the elastic element is shown.

Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der pvT-Daten, lokal unterschiedliches Volumenkontraktionsverhalten aufgrund verschiedener Kristallisationsgrade und unbekannte Reibungsverhältnisse in den elastischen Elementen können erfindungsgemäß durch Variationen an der Kennlinie der elastischen Elemente (Fig. 10: 46) ausgeglichen werden. Dazu wird mit einer wählbaren Federkonstante (Fig. 10: 44), einer einstellbaren mechanisch veränderlichen Vorspannung (Fig. 10: 47) und einem justierbaren mechanischen Anschlag (Fig. 10: 45) der elastischen Elemente ein prozessspezifischer Ausgleichen von Ungenauigkeiten und Störeinflüssen erreicht.Inaccuracies in the determination of the pvT data, locally different volume contraction behavior due to different degrees of crystallization and unknown frictional relationships in the elastic elements can be compensated according to the invention by variations in the characteristic curve of the elastic elements ( Fig. 10: 46 ). For this purpose, with a selectable spring constant ( Fig. 10: 44 ), an adjustable mechanically variable preload ( Fig. 10: 47 ) and an adjustable mechanical stop ( Fig. 10: 45 ) the elastic elements process-specific compensation of inaccuracies and interference are achieved.

Die Federkonstante (Fig. 10: 44) eines elastischen Elements gibt das Verhältnis zwischen der aufgrund der Wirkung des Kompressionsdrucks entstehenden Gegenkraft (Fig. 8: 34) und der realisierten elastischen Verformung des elastischen Elements (Fig. 8: 35) an. Elastische Elemente (Fig. 8: 35) mit einer großen Federkonstante (Fig. 10: 44) führen bei der Wirkung einer vergleichbaren Gegenkraft (Fig. 8: 34) eine geringere elastische Verformung (Fig. 8: 33) aus und realisieren damit eine kleinere reversible Volumenvergrößerung der Kavität als elastische Elemente mit einer großen Federkonstante (Fig. 10: 44), die eine größere reversible Volumenvergrößerung der Kavität zulassen. Wenn man von einem künstlichen Angussverschluss mit dem Erreichen des eingestellten Kompressionsdrucks ausgeht, lassen elastische Elemente (Fig. 8: 35) mit einer geringen Federkonstanten bereits bei einem geringeren Kompressionsdruck (Fig. 8: 11) der Schmelze die notwendige Verschiebung des beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) zum Ausgleich der aushärtungsbedingten Volumenverminderung zu, als elastische Elemente mit einer großen Federkonstanten. Die steuerbare Veränderung der Federkonstante (Fig. 10: 44) eines elastischen Elements (Fig. 8: 35) kann beispielsweise durch ein verschiebbares Teil (Fig. 9: 39) an einem elastischen Element mit der speziellen Form eines Federbügels oder einer teleskopförmigen Kombination von Zug- und Druckstäben realisiert werden.The spring constant ( Fig. 10: 44 ) of an elastic element indicates the ratio between the counterforce ( Fig. 8: 34 ) due to the effect of the compression pressure and the realized elastic deformation of the elastic element ( Fig. 8: 35 ). Elastic members (Fig. 8: 35) having a large spring constant (Fig. 10: 44) result in the effect of a comparable reaction force (Fig. 8: 34) having a lower elastic deformation (Fig. 8: 33), and thus realize a smaller reversible volume increase in the cavity than elastic elements with a large spring constant ( Fig. 10: 44 ), which allow a larger reversible volume increase in the cavity. If one assumes an artificial sprue seal when the set compression pressure has been reached, elastic elements ( Fig. 8: 35 ) with a low spring constant allow the melt to shift the movable contour-forming part even with a lower compression pressure ( Fig. 8: 11 ) ( Fig. 8: 36 ) to compensate for the volume reduction due to curing, as elastic elements with a large spring constant. The controllable change in the spring constant ( Fig. 10: 44 ) of an elastic element ( Fig. 8: 35 ) can be achieved, for example, by a displaceable part ( Fig. 9: 39 ) on an elastic element with the special shape of a spring clip or a telescopic combination of Tension and compression rods can be realized.

Mit der Vorspannung des elastischen Elements (Fig. 9: 41) wird erreicht, dass die reversible Verformung erst oberhalb einer bestimmten Grenzkraft einsetzt. Die Kennlinie wird um den Betrag der Vorspannung des elastischen Elements längs der Kraftachse verschoben (Fig. 10: 47). Die Vorspannung (Fig. 9: 41) wirkt der durch den Kompressionsdruck verursachten Druckkraft (Fig. 9: 37) entgegen, die in das elastische Element (Fig. 8: 35) eingeleitet wird. Bei Kompressionsdrücken, die eine geringere Kraft als die Vorspannung (Fig. 9: 41) verursachen, kommt keine Verformung des elastischen Elements und folglich keine Verschiebung (Fig. 8: 33) des beweglichen konturbildenden Teiles der Kavität (Fig. 8: 36) vor. Dann tritt keine Vergrößerung der Kavität auf. Erst bei wirkenden Druckkräften (Fig. 9: 37), die größer sind als die Vorspannung (Fig. 9: 41), verformt sich das elastische Element (Fig. 8: 35).With the prestressing of the elastic element ( Fig. 9: 41 ) it is achieved that the reversible deformation only begins above a certain limit force. The characteristic curve is shifted by the amount of the preload of the elastic element along the force axis ( Fig. 10: 47 ). The bias ( Fig. 9: 41 ) counteracts the compressive force ( Fig. 9: 37 ) caused by the compression pressure, which is introduced into the elastic element ( Fig. 8: 35 ). At compression pressures that cause a lower force than the preload ( Fig. 9: 41 ), there is no deformation of the elastic element and consequently no displacement ( Fig. 8: 33 ) of the movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) . Then there is no enlargement of the cavity. The elastic element ( Fig. 8: 35 ) only deforms when the compressive forces ( Fig. 9:37 ) are greater than the pretension ( Fig. 9: 41 ).

Baut sich der Werkzeuginnendruck aufgrund der Verfestigung der Formmasse ab, stellt sich das elastische Element (Fig. 8: 35) solange zurück, bis der die Kompressionskraft hervorgerufene Druck in der Kavität (Fig. 8 und 9: 11) ein Niveau erreicht hat, bei dem die Kompressionskraft (Fig. 9: 37) dem Wert der Vorspannung (Fig. 9: 41) entspricht. Bei Werkzeuginnendrücken unter diesem Niveau erfolgt keine Verformung (Fig. 8: 33) des elastischen Elements (Fig. 8: 35) mehr und das bewegliche konturbildende Teil befindet sich in seiner Ausgangsposition. Der Kunststoff in der Kavität kühlt in den folgenden Zeitschritten wie beim bekannten nachdruckfreien Spritzgießen ab.If the internal mold pressure decreases due to the solidification of the molding compound, the elastic element ( Fig. 8: 35 ) is reset until the pressure in the cavity ( Fig. 8 and 9: 11 ) caused by the compression force has reached a level which the compression force ( Fig. 9: 37 ) corresponds to the value of the preload ( Fig. 9: 41 ). With internal tool pressures below this level, the elastic element ( Fig. 8: 35 ) is no longer deformed ( Fig. 8: 33 ) and the movable contour-forming part is in its initial position. The plastic in the cavity cools down in the following time steps as in the known post-pressure-free injection molding.

Das Aufbringen einer veränderlichen Vorspannung ist technisch beispielsweise durch Einbringen einer Stellschraube (Fig. 9: 40) in ein elastisches Element in der speziellen Ausführungsform einer bügelförmigen Biegekonstruktion möglich, bei der durch unterschiedliche Einschraubtiefe der federnde Bügel vorgespannt wird, oder durch die fixierte Vordehnung eines elastischen Elements in Form eines Zugstabs. The application of a variable pretension is technically possible, for example, by inserting a set screw ( Fig. 9: 40 ) into an elastic element in the special embodiment of a bow-shaped bending construction, in which the resilient bow is pretensioned by different screw-in depths, or by the fixed pre-stretching of an elastic one Elements in the form of a tension rod.

Ein mechanischer Anschlag (Fig. 10: 46) schränkt die Ausgleichsbewegung eines beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) ein. Der mechanische Anschlag kann entweder die Verschiebung des beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) begrenzen oder die weitere Verformung des elastischen Elements (Fig. 8: 35) verhindern. Beide technischen Lösungsmöglichkeiten bewirken, dass das zusätzlich geschaffene Kavitätsvolumen genau begrenzt werden kann. Eine exakte Abstimmung des zusätzlich geschaffenen Kavitätsvolumens auf die durch den Aushärtungsprozess des Kunststoffs physikalisch bedingte Volumenverminderung des polymeren Werkstoffs ist damit möglich.A mechanical stop ( Fig. 10: 46 ) restricts the compensating movement of a movable contour-forming part ( Fig. 8: 36 ). The mechanical stop can either limit the displacement of the movable contour-forming part ( Fig. 8: 36 ) or prevent further deformation of the elastic element ( Fig. 8: 35 ). Both technical solution options mean that the additional cavity volume created can be precisely limited. It is thus possible to precisely match the additional cavity volume created to the physical reduction in volume of the polymer material caused by the curing process of the plastic.

Der Einfluss von technisch bedingten Schwankungen des Kompressionsdrucks bei der Herstellung der einzelnen Formteile auf die Qualitätsmerkmale kann durch die Verwendung eines mechanischen Anschlags (Fig. 9: 42) stark vermindert werden.The influence of technical fluctuations in the compression pressure during the manufacture of the individual molded parts on the quality features can be greatly reduced by using a mechanical stop ( Fig. 9: 42 ).

Der mechanische Anschlag (Fig. 9: 42) sollte so eingestellt werden, dass die Verformung des elastischen Elements (Fig. 8: 35) beziehungsweise die Verschiebung des beweglichen konturbildenden Teiles der Kavität (Fig. 8: 36) ab einem Wert des Werkzeuginnendrucks verhindert wird, der unterhalb der Schwankungsbreite des angestrebten Kompressionsdrucks liegt. Die Schwankungen des Kompressionsdrucks wirken sich dann nur aufgrund der unterschiedlichen Massekompression, nicht jedoch aufgrund der reversiblen Ausgleichsbewegung des beweglichen konturbildenden Teiles (Fig. 8: 36) auf die Verminderung des Kavitätsvolumens während des Abkühlprozesses aus. Damit erreicht man eine Stabilisierung des Herstellungsprozesses.The mechanical stop ( Fig. 9: 42 ) should be set so that the deformation of the elastic element ( Fig. 8: 35 ) or the displacement of the movable contour-forming part of the cavity ( Fig. 8: 36 ) prevents a value of the mold cavity pressure which is below the fluctuation range of the desired compression pressure. The fluctuations in the compression pressure then only have an effect on the reduction of the cavity volume during the cooling process due to the different mass compression, but not due to the reversible compensating movement of the movable contour-forming part ( FIG. 8: 36 ). This achieves a stabilization of the manufacturing process.

Ein mechanischer Anschlag kann beispielsweise realisiert werden, indem man eine in der Höhe exakt verstellbare Brücke (Fig. 9: 42) über einen federnden Bügel, der als elastisches Element wirkt, setzt.A mechanical stop can be realized, for example, by placing a height-adjustable bridge ( Fig. 9: 42 ) over a resilient bracket that acts as an elastic element.

Durch die Stellgrößen mechanischer Anschlag (Fig. 10: 45), Vorspannung (Fig. 10: 47) und Federkonstante (Fig. 10: 44) ist man in der Lage, den zeitlichen Verlauf des Druckniveaus während des Abkühlungsprozesses zu variieren. Wenn man sich auf die Verarbeitung eines bestimmten Werkstoffs bezieht, kann man bei einem Prozess, bei dem in beiden Fällen der unveränderte mechanische Anschlag (Fig. 10: 45) wirksam wird, im ersten Fall mit einer hohen Vorspannung (Fig. 10: 47) und einer geringen Federkonstante (Fig. 10: 44) eine ähnliche oder sogar die gleiche reversible Volumenvergrößerung der Kavität erreichen wie, im zweiten Fall mit einer geringen Vorspannung (Fig. 10: 47) und einer großen Federkonstante (Fig. 10: 44). Im ersten Fall findet die Abkühlung und Aushärtung des Formteils länger auf einem hohen Druckniveau statt wie im zweiten. Damit ist man erfindungsgemäß in der Lage, den Zustandsverlauf während der Aushärtung der Kunststoffmasse zu beeinflussen und kann so die sich ausbildenden Werkstoffeigenschaften des Kunststoffteils beeinflussen. Beispielsweise kommt bei teilkristallinen Thermoplasten ein höherer Kristallitanteil vor, wenn die Abkühlung lange Zeit unter erhöhtem Druck stattfindet. The manipulated variables mechanical stop ( Fig. 10: 45 ), preload ( Fig. 10: 47 ) and spring constant ( Fig. 10: 44 ) make it possible to vary the course of the pressure level over time during the cooling process. If one refers to the processing of a certain material, in a process in which in both cases the unchanged mechanical stop ( Fig. 10: 45 ) takes effect, in the first case with a high preload ( Fig. 10: 47 ) and a low spring constant ( Fig. 10: 44 ) achieve a similar or even the same reversible increase in volume of the cavity as in the second case with a low preload ( Fig. 10: 47 ) and a large spring constant ( Fig. 10: 44 ). In the first case, the molded part is cooled and hardened longer at a high pressure level than in the second. Thus, according to the invention, one is able to influence the course of the state during the hardening of the plastic mass and can thus influence the material properties of the plastic part that are developing. For example, in the case of partially crystalline thermoplastics, there is a higher proportion of crystallite if the cooling takes place under increased pressure for a long time.

Durch den Einsatz von elastischen Elementen und der möglichen Variation von mechanischem Anschlag (Fig. 10: 45), Vorspannung (Fig. 10: 47) und Federkonstante (Fig. 10: 44) ist man erfindungsgemäß in der Lage, die Morphologie eines Formteils mit dem beeinflussbaren Druckverlauf in der Kavität während des Abkühlvorgangs zu beeinflussen. Diese Möglichkeit besteht beim Spritzgießen ohne Massepolster und beim nachdruckfreien Spritzgießen nicht und beim konventionellen Spritzgießen nur mit starken Einschränkungen, da ein zu großer Nachdruckvolumenstrom über die Anbindung eines Formteils undiskutabel große Eigenspannungen verursachen würde.By using elastic elements and the possible variation of mechanical stop ( Fig. 10: 45 ), preload ( Fig. 10: 47 ) and spring constant ( Fig. 10: 44 ), the morphology of a molded part can be achieved according to the invention to influence the influenceable pressure curve in the cavity during the cooling process. This is not possible with injection molding without a mass cushion and with pressure-free injection molding, and only with severe restrictions in conventional injection molding, since an excessively high pressure volume flow through the connection of a molded part would cause unacceptably large residual stresses.

Durch den Einsatz von mehreren beweglichen konturbildenden Teilen (Fig. 8: 36) und den jeweiligen angekoppelten elastischen Elementen (Fig. 8: 35) in einem Werkzeug ist es möglich, auch Formteile mit komplizierter Geometrie herzustellen. Das stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung gegenüber dem Spritzpräge- oder dem Pressverfahren dar. Kommen mehrere bewegliche konturbildende Teile (Fig. 8: 36) mit den jeweils angekoppelten elastischen Elementen (Fig. 8: 35) bei der Herstellung eines Formteils zum Einsatz, ist man erfindungsgemäß in der Lage durch eine unabhängige Feinabstimmung der elastischen Größen der einzelnen elastischen Elemente (Fig. 8: 35) den Herstellungsprozess des Formteils lokal zu beeinflussen. Bei allen anderen Herstellungsverfahren ist dies nur global für das gesamte Formteil möglich.By using several movable contour-forming parts ( Fig. 8: 36 ) and the respective coupled elastic elements ( Fig. 8: 35 ) in one tool, it is also possible to produce molded parts with a complicated geometry. This represents an essential advantage of the invention compared to the injection molding or pressing process. If several movable contour-forming parts ( Fig. 8: 36 ) with the respectively coupled elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are used in the production of a molded part, this is used one is able, according to the invention, to influence the manufacturing process of the molded part locally by independently fine-tuning the elastic sizes of the individual elastic elements ( FIG. 8: 35 ). With all other manufacturing processes, this is only possible globally for the entire molded part.

Werden mehrere bewegliche konturbildende Teile (Fig. 8: 36) mit den jeweils angekoppelten elastischen Elementen (Fig. 8: 35) eingesetzt, kann man erfindungsgemäß durch mehrere voneinander unabhängige Einstellungen der Größen Federkonstante (Fig. 10: 44), mechanischer Anschlag (Fig. 10: 45) und Vorspannung (Fig. 10: 47) der einzelnen elastischen Elemente (Fig. 8: 35) das jeweilige durch das einzelne bewegliche konturbildende Teil (Fig. 8: 36) und das dazugehörige elastische Element (Fig. 8: 35) bestimmte lokale Qualitätsmerkmal des Formteils relativ unabhängig von anderen lokalen Qualitätsmerkmalen beeinflussen.If several movable contour-forming parts ( Fig. 8: 36 ) with the respectively coupled elastic elements ( Fig. 8: 35 ) are used, according to the invention, several independent settings of the sizes spring constant ( Fig. 10: 44 ), mechanical stop ( Fig . 10: 45) and bias voltage (Fig. 10: 47) (of the individual elastic members Fig. 8: 35) each by the single movable outline-forming part (Fig. 8: 36) and (the corresponding elastic element Fig. 8: 35 ) influence certain local quality characteristics of the molded part relatively independently of other local quality characteristics.

Der Vorteil der Erfindung, den Formbildungsprozess lokal beeinflussen zu können, kommt besonders bei multifunktionalen Formteilen zum Tragen, bei denen eine große Anzahl von lokal beeinflussten Qualitätsgrößen, beispielsweise sehr eng tolerierte Maße, erfüllt werden müssen. Mit den bekannten Verfahren ist aufgrund der globalen Beeinflussung der Qualitätsparameter nur die Optimierung für ein Qualitätsmerkmal möglich.The advantage of the invention of being able to influence the shape formation process locally comes especially for multifunctional molded parts, where a large number of locally influenced quality parameters, for example very narrowly tolerated dimensions, are met have to. With the known methods, due to the global influence Quality parameters can only be optimized for a quality characteristic.

Mit der Erfindung ist eine Verbindung der Vorteile des konventionellen Spritzgussverfahrens, einen möglichst großen Ausgleich der Volumenschwindung bei relativ geringen Kompressionsdrücken zu erreichen, mit den Vorteilen des nachdruckfreien Spritzgießens, spannungsarme Teile in geringerer Produktionszeit herstellen zu können, möglich, ohne die jeweiligen Nachteile der alternativen Verfahrensvariante in Kauf nehmen zu müssen. The invention combines the advantages of the conventional injection molding process, the greatest possible compensation of the volume shrinkage with a relatively small one To achieve compression pressures with the advantages of post-injection molding, to be able to produce low-stress parts in a shorter production time without the to have to accept the respective disadvantages of the alternative process variant.

Durch eine Variation der Kennlinie der eingesetzten elastischen Elemente, kann der Zustandsverlauf des Aushärtungsprozesses der Kunststoffmasse beeinflusst werden. Dies konnte bisher nur durch das Press- und Spritzprägeverfahren für sehr einfache Formteilgeometrien realisiert werden, nicht aber mit den bekannten Varianten des Spritzgussverfahrens.By varying the characteristic curve of the elastic elements used, the State course of the curing process of the plastic mass can be influenced. This was previously only possible through the press and injection stamping process for very simple Mold geometries can be realized, but not with the known variants of Injection molding process.

Durch die Erfindung ist man erstmals in der Lage, die Eigenschaften eines Formteils im Herstellungsprozess durch den Einsatz von mehreren beweglichen konturbildenden Teilen in der Kavität und den dazugehörigen einzeln einstellbaren elastischen Elementen gezielt lokal zu beeinflussen. Bei allen anderen bekannten Verfahren können die Qualitätsmerkmale im Herstellungsprozess nur global für das gesamte Formteil beeinflusst werden. The invention enables for the first time the properties of a molded part in the Manufacturing process through the use of several moving contour-forming parts in local to the cavity and the associated individually adjustable elastic elements influence. In all other known methods, the quality features in Manufacturing process can only be influenced globally for the entire molded part.

Verfahren zur Formgebung von Kunststoffteilen mit Ausgleich der Volumenverminderung des WerkstoffsProcess for shaping plastic parts with compensation the volume reduction of the material

11

auswerferseitige Formhälfte
ejector-side mold half

22nd

Auswerferstift (symbolisch)
Ejector pin (symbolic)

33rd

mit Kunststoffschmelze gefüllter Formhohlraum
Mold cavity filled with plastic melt

44th

düsenseitige Formhälfte
die side mold half

55

Plastifiziereinheit
Plasticizing unit

66

auf den Schneckenkolben der Plastifiziereinheit aufgebrachte Kraft
force applied to the screw piston of the plasticizing unit

77

hydrostatisch wirksamer Werkzeuginnenruck
hydrostatically effective internal tool jerk

88th

Aufnahme der Nadelverschlußdüse
Inclusion of the needle valve nozzle

99

Verschlußnadel in Stellung "Offen"
Locking pin in the "open" position

1010th

Verschlußnadel in Stellung "Geschlossen"
Locking pin in the "closed" position

1111

temperaturabhängiger Werkzeuginnendruck
temperature-dependent cavity pressure

1212th

mit aushärtendem Kunststoff gefüllter Formhohlraum
mold cavity filled with hardening plastic

1313

Wand der Kavität, an der es zur Ablösung des aushärtenden Kunststoffs kommt
Wall of the cavity where the hardening plastic comes off

1414

Prägestempel in Stellung "Formfüllen"
Embossing stamp in the "form filling" position

1515

teilgeschlossene Kavität
partially closed cavity

1616

Schmelzekanal
Melt channel

1717th

wirkende Prägekraft
effective embossing power

1818th

Prägestempel in Stellung "Prägen"
Embossing stamp in the "embossing" position

1919th

im Kunststoffwirkender Prägedruck
in plastic embossing

2020th

wirkende Presskraft
acting press force

2121

Stempel oder Patritze
Stamp or patrix

2222

auf die Formmasse wirkender Pressdruck
pressing pressure acting on the molding compound

2323

Form oder Matritze
Form or die

2424th

Grundplatte
Base plate

2525th

mechanisch kompakte Werkzeugplatte ohne Krafteinwirkung
mechanically compact tool plate without force

2626

verformte mechanisch kompakte Werkzeugplatte aufgrund einer Krafteinwirkung
deformed mechanically compact tool plate due to the application of force

2727

Formteilgrat
Molding ridge

2828

aufgrund der Wirkung des Werkzeuginnendrucks entstehende auftreibende Kraft
due to the effect of the pressure inside the tool there is a driving force

2929

äußere mechanisch getrennte Werkzeugplatte ohne Krafteinwirkung
outer mechanically separated tool plate without force

3030th

innere mechanisch getrennte Werkzeugplatte ohne Krafteinwirkung
inner mechanically separated tool plate without force

3131

äußere mechanisch getrennte Werkzeugplatte bei Krafteinwirkung
outer mechanically separated tool plate when force is applied

3232

verformte innere mechanisch getrennte Werkzeugplatte bei Krafteinwirkung
deformed inner mechanically separated tool plate when force is applied

3333

werkzeuginnendruckabhängige Ausgleichsbewegung
compensation movement dependent on the mold pressure

3434

Gegenkraft
Drag

3535

elastisches Element (symbolisch)
elastic element (symbolic)

3636

bewegliches konturbildendes Teil der Kavität
Movable contour-forming part of the cavity

3737

auf das elastische Element wirkende Druckkraft
compressive force acting on the elastic element

3838

kraftübertragendes Koppelteil
power-transmitting coupling part

3939

verschiebbares Teil zur Einstellung der Federkonstante des elastischen Elements in der speziellen Form einer Bügelkonstruktion
Slidable part to adjust the spring constant of the elastic element in the special shape of a bracket construction

4040

Einstellschraube zur Feinabstimmung der Vorspannung des elastischen Elements in der speziellen Form einer Bügelkonstruktion
Adjusting screw for fine-tuning the preload of the elastic element in the special shape of a bracket construction

4141

sich ergebende Vorspannung
resulting preload

4242

mechanischer Anschlag des elastischen Elements in der speziellen Form einer Bügelkonstruktion
mechanical stop of the elastic element in the special shape of a bracket construction

4343

Rückstellkraft des elastischen Elements
Resilience of the elastic element

4444

Einfluß einer veränderten der Federkonstante
Influence of a changed spring constant

4545

Einfluß eines veränderten mechanischen Anschlags
Influence of a changed mechanical stop

4646

Kennlinie des elastischen Elements
Characteristic curve of the elastic element

4747

Einfluß einer veränderten Vorspannung
Influence of a changed preload

Fig. 1 Werkzeugkonzeption beim bekannten Spritzgussverfahren Fig. 1 tool design in the known injection molding process

Fig. 2 Spritzgusswerkzeug mit künstlichem Angussverschluss beim Füllen der Kavität (oben) und mit verschlossener Kavität (unten) Fig. 2 with the injection molding tool artificial Angus closure during filling of the cavity (top) and with sealed cavity (bottom)

Fig. 3 Schwindung der Formmasse nach der Aushärtung der Formmasse Fig. 3 shrinkage of the molding compound after curing of the molding compound

Fig. 4 Prinzipdarstellung des Spritzprägeverfahrens Fig. 4 schematic representation of the injection molding process

Fig. 5 Prinzipdarstellung des Pressverfahrens Fig. 5 schematic representation of the pressing process

Fig. 6 verformende Wirkung des Spritzdrucks bei einem massiv ausgelegten Werkzeug Fig. 6 deforming effect of the spray pressure in a solid tool

Fig. 7 verformende Wirkung des Spritzdrucks bei einem Werkzeug mit eingesetztem Kern Fig. 7 deforming effect of the spray pressure in a tool with an inserted core

Fig. 8 Prinzipdarstellung einer Werkzeugkonzeption mit einem elastischen Element Fig. 8 schematic representation of a tool concept with an elastic element

Fig. 9 Werkzeugkonzeption mit einem elastischen Element in der speziellen Form einer Bügelkonstruktion Fig. 9 tool design with an elastic element in the special shape of a bracket construction

Fig. 10 Kennlinie eines elastischen Elements und deren Beeinflussungsmöglichkeiten Fig. 10 characteristic of an elastic element and its possibilities of influencing

Claims

1. Verfahren zur Formgebung von Kunststoffteilen mit Ausgleich der Volumenverminderung des Werkstoffs dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtungs- oder abkühlungsbedingte Volumenverminderung des unter Druck stehenden Werkstoffs in der Kavität durch eine vom Druck im Innern der Kavität abhängige reversible Erweiterung des Formhohlraums ausgeglichen wird.1. A method for shaping plastic parts with compensation for the volume reduction of the material, characterized in that the hardening or cooling-related volume reduction of the pressurized material in the cavity is compensated for by a reversible expansion of the mold cavity which is dependent on the pressure inside the cavity.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Volumenerweiterung des Formhohlraums durch Anbringen von Systemen zur Erzeugung einer kompressionsdruckabhängigen Gegenkraft, vorzugsweise durch elastische Elemente, die an bewegliche konturbildende Teile der Kavität gekoppelt sind, erreicht wird.2. The method according to claim 1 characterized, that the reversible volume expansion of the mold cavity by attaching Systems for generating a counterforce dependent on compression pressure, preferably by elastic elements attached to movable contour-forming parts of the Cavity are coupled is achieved.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der reversiblen Volumenerweiterung der Kavität durch die jeweiligen charakteristischen elastischen Größen der elastischen Elemente beeinflussbar ist.3. The method according to claim 1 and 2 characterized, that the size of the reversible volume expansion of the cavity by the respective characteristic elastic sizes of the elastic elements can be influenced.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer speziellen Anordnung mit einem veränderlichen mechanischen Anschlag der beweglichen konturbildenden Teile oder der elastischen Elemente die reversible Volumenerweiterung der Kavität eingeschränkt werden kann und nur bis zu einer bestimmten, durch den Druck in der Kavität verursachten, Grenzkraft eine nennenswerte Volumenerweiterung der Kavität auftritt.4. The method according to claim 1, 2 and 3 characterized, that with a special arrangement with a variable mechanical stop the movable contour-forming parts or the elastic elements the reversible Volume expansion of the cavity can be limited and only up to one determined a limit force caused by the pressure in the cavity Significant volume expansion of the cavity occurs.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer speziellen Anordnung mit einer veränderlichen Vorspannung der elastischen Elemente die reversible Volumenerweiterung der Kavität eingestellt werden kann und erst ab und nur bis zu einer bestimmten, durch den Druck in der Kavität verursachten, oberen Grenzkraft auftritt. 5. The method according to claim 1, 2 and 3 characterized, that in a special arrangement with a variable preload the elastic elements the reversible volume expansion of the cavity can be set can and only from and only up to a certain point, due to the pressure in the cavity caused, upper limit force occurs.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung mit einer veränderlichen Federkonstante der elastischen Elemente die reversible Volumenerweiterung der Kavität eingestellt werden kann.6. The method according to claim 1, 2 and 3 characterized, that with an arrangement with a variable spring constant the elastic Elements the reversible volume expansion of the cavity can be set.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass sich verfahrensbedingte Schwankungen des maximalen Kompressionsdrucks nicht auf die reversible Volumenerweiterung der Kavität auswirken, da die beweglichen konturbildenden Teile der Kavität oder die elastischen Elemente bereits bei einem geringeren wirksamen Druck in der Kavität als den minimal auftretenden Kompressionsdruck einen mechanischer Anschlag erreichen und bei darüber hinausgehenden Druckwerten keine nennenswerte Volumenerweiterung der Kavität zulassen.7. The method according to claim 1, 2, 3 and 4 characterized, that there are no process-related fluctuations in the maximum compression pressure affect the reversible volume expansion of the cavity, since the movable contour-forming parts of the cavity or the elastic elements already in one less effective pressure in the cavity than the minimum occurring Compression pressure reach a mechanical stop and above pressure values beyond this, no significant volume expansion of the cavity allow.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von beweglichen konturbildenden Teilen an der Kavität und elastischen Elementen ein am Formteil lokal wirkender werkzeugspezifischer bewußter Prozesseingriff mit Hilfe der einstellbaren Federkonstante, veränderbarer Vorspannungen oder eines verschiebbaren mechanischen Anschlags ermöglicht wird und der spezielle Prozess auf das jeweils auftretende Werkstoffverhalten hin optimiert wird.8. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 characterized, that when using movable contouring parts on the cavity and elastic elements, a tool-specific, consciously acting on the molded part Process intervention with the help of the adjustable spring constant, changeable Preloads or a movable mechanical stop is made possible and the special process is optimized for the material behavior that occurs becomes.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch unterschiedliche Einstellungen der Stellgrößen mechanischer Anschlag, Federkonstante und Vorspannung unterschiedliche Zustandsverläufe bei der Abkühlung eines Kunststoffs und damit in gewissen Grenzen lokal beeinflussbare Materialeigenschaften realisierbar sind.9. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 characterized, that mechanical stop due to different settings of the manipulated variables, Spring constant and preload different state profiles during cooling of a plastic and thus can be influenced locally within certain limits Material properties are realizable.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, und 3 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz mehrerer beweglicher konturbildender Teile der Kavität und mehrerer elastischer Elemente, die an unterschiedlichen Stellen des Formhohlraums wirksam werden, eine lokal begrenzte Beeinflussung der Qualitätseigenschaften eines Formteils an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks vorgenommen werden.10. The method according to claim 1, 2 and 3 characterized, that by using several movable contour-forming parts of the cavity and several elastic elements in different places of the mold cavity become effective, a locally limited influence on the quality properties of a Molding can be made at different locations on the workpiece.