DE2425621A1

DE2425621A1 - Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE2425621A1
Application number: DE19742425621
Authority: DE
Inventors: Martin Bichler; Klaus-Diether Grundorf; Guenther Neddermann
Original assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag Kunststofftechnik Wiehe GmbH
Priority date: 1974-05-27
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1514541A; FR2272823A1; NL7505272A; FR2272823B1; BR7503308A

Description

VΑΤΐΝΤΑΝ WÄLTfi Dr. rer. nat. DIETER LOUIS

Dipl.-Phys. CLAUS PÖHLAU ? A ? R R 9 1 DipL-Ing. FRANZ LOHRENTZ £ H <£. v> U 4. I

3500 NÜRNBERC/

kesslerplatz 1

14500/01 2o/h

'.j NACHGEREICHT I

Firma DEMAG Kunststofftechnik GmbH., 85 Nürnberg

Spritzgießmaschine

Das Verarbeiten von Kunststoffen beim Spritzgießen setzt bekanntlich ein Plastifizieren des Kunststoffes vor dessen Einspritzen in ein Werkzeug voraus. Dieses Plastifizieren erfolgt je nach Art des Kunststoffes bei unterschiedlichen Temperaturen, jedoch stets in einem relativ eng begrenzten Temperaturbereich, der nach unten durch die Spritzfähigkeit, d.h. die Plastizität der Masse und nach oben dadurch begrenzt ist, daß bei wärmehärtbaren Kunststoffen ein vorzeitiges Aushärten und bei thermoplastischen Kunststoffen ein Zersetzen der Kunststoffe im Spritzzylinder vermieden werden muß. Nach dem Eintreten der Kunststoffmasse in das Werkzeug bestimmt sich ihre Temperatur nach den im Werkzeug herrschenden Temperaturverhältnissen. Um kurze Zykluszeiten zu erhalten, wird bei Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe das Werkzeug gekühlt und bei Verarbeitung wärmeaushärtender Kunststoffe das Werkzeug beheizt. Die Kühl- bzw. Heiztemperatur des Werkzeuges kann jedoch aus Wirtschaftlichkeitserwägungen nicht allein im Hinblick auf eine kurze Zykluszeit festgelegt werden, weil relativ hohe Wärmeverluste während des Anliegens der Spritzdüse am Werkzeug zu erwarten sind und weil im Hinblick auf eine gute Verarbeitung auf das Verhalten des Kunst-

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stoffes auch nach dessen Eintreten in das Werkzeug Rücksicht genommen werden muß. Dieses Verhalten wird aher wesentlich durch die weitgehend festliegende Spritztemperatur und durch die von den Werkzeugwandungen übertragene bzw. an diese abgegebene Wärmemenge bestimmt. So findet man beispielsweise, daß bei der Herstellung von dünnwandigen Gießteilen aus thermoplastischem Kunststoff die zuerst mit den Werkzeugwandungen in Berührung kommende Gießmasse relativ schnell erstarrt, so daß es schwierig oder sogar unmöglich ist, den anschließend an den Einspritzvorgang aufgebrachten Nachdruck bis in die Randzonen des Gießteiles wirksam werden zu lassen, wenn man nicht die Kühltemperatur des Werkzeugs gegenüber dem im Hinblick auf eine kurze Zykluszeit wünschenswerten Wert etwas anhebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, bei einer Spritzgießmaschine die Möglichkeit zu schaffen, die Temperatur der in das Werkzeug eintretenden Kunststoffmasse entsprechend den jeweiligen Erfordernissen (Kunststoffart, Gießteilgestaltung usw.) unabhängig von der Werkzeugtemperatur zu beeinflussen und zu steuern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Spritzgießmaschine mit einer Spritzdüse und einem Werkzeug vorgeschlagen, bei der zur Steuerung der Massetemperatur der Querschnitt des Spritzdüsenkanals und/oder des Angußkanals im Werkzeug veränderbar ist.

Es ist bekannt, daß auch die in der Düse geleistete Verformungsarbeit in Form von Friktionswärme dem die Düse durchströmenden Kunststoff zufließt und dessen Temperatur erhöht. Die Erfindung nützt diese Kenntnis gezielt dazu aus, der Kunststoffmasse auf kürzestem Wege die Wärmemenge zuzuführen, die im Hinblick auf das jeweils gewünschte Fließverhalten der

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Masse im Werkzeug, auf eine besonders kurze Zykluszeit od.dgl. die jeweils günstigste Temperatur der Masse liefert. Eine derartige gezielte Beeinflussung wäre mittels einer Temperatursteuerung des Werkzeuges selbst kaum zu erreichen, da die Wärme hierbei über den Wärmeübergang der Werkzeugwandungen an die Kunststoffmasse übergehen müßte, was entsprechend schwerfällig abläuft und darüberhinaus den eingangs geschilderten vVirtschaftlichkeitserwägungen zuwider läuft.

So kann beispielsweise bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe durch eine zweckmäßigerweise nur über einen Teil der Einspritzdauer wirksame Querschnittsverengung die zuerst in das Werkzeug eintretende Kunststoffmasse eine höhere Temperatur erhalten, so daß sie auf Grund der daraus resultierenden Viskosität beim Einsetzen des Nachdruckes diesen auch noch in die Randzonen des Gießteiles weiterleiten kann. Die Querschnittsverengung läßt sich in diesem Fall vorteilhafterweise unmittelbar durch den im Werkzeug meßbaren Druck in den Rand— zonen steuern.

Bei Verarbeitung duroplastischer Kunststoffe hingegen ist es .möglich, durch eine entsprechende Querschnittsverengung beim Einspritzvorgang die Massetemperatur erheblich zu erhöhen, so daß kürzere Aushärt- und damit Zykluszeiten erzielt werden können, ohne daß die Werkzeugtemperatur auf unwirtschaftlich hohe Werte angehoben werden müßte.

In einer einfachen AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine ist in der Spritzdüse oder im Angußkanal des Werkzeugs ein quer in den Spritzdusenkanal oder in den Angußkanal einschiebbarer Dross el stift angeordnet. Wenn das

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Fließverhalten im Werkzeug dies erfordert, kann selbstverständlich eine symmetrische Anordnung mehrerer Drosselstifte vorgesehen sein, die symmetrisch mehr oder weniger weit in den Kanal eingefahren werden und zu einer entsprechend symmetrischen Einengung des Massestromes führen« Der Drosselstift kann in seiner Lage durch ein Regel-Stellgerät gesteuert werden, das - bei Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe in Abhängigkeit vom Nachdruck in der Bandzone des Gießteiles arbeitet. In seiner einfachsten Form kann der Drosselstift aber auch von Hand verstellt, beispielsweise in den Düsenoder Angußkanal mehr oder weniger weit hineingeschraubt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind, sowie anhand von Versuchsergebnissen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine einfache Ausführungsform einer in ihrem Querschnitt veränderbaren Spritzdüse einer Spritzgießmaschine, und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform mit einem Prinzipschaltbild für eine Steuerung des Düsenquerschnitts.

Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt eine in den nicht gezeigten Spritzzylinder einer Spritzgießmaschine einschraubbare Düse 1, deren Düsenkopf 2 in bekannter Weise zur Anlage an ein entsprechend gestaltetes Werkzeug vorgewölbt ist und von einer Düsenbohrung 3 durchsetzt wird. Senkrecht zur Achse der Düsenbohrung 3 verläuft eine Bohrung k durch den Düsenkopf 2,

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deren äußerer Abschnitt abgesetzt und mit einem Gewinde versehen ist. In die Bohrung k ist ein'Drosselstift 5 einschraubbar, dessen vorderer gewindefreier Abschnitt dichtend in der ' Bohrung 4 geführt ist. Das freie gerundete Ende 6 des Drosselstifts läßt sich durch Drehen an dem Rändelkopf 7 des Drosselstifts 5 mehr oder weniger weit in die Düsenbohrung 3.hinein verstellen, so daß hierdurch der Querschnitt der Düsenbohrung 3 verändert wird. Der Durchmesser des vorderen Abschnitts des Drosselstifts 5 entspricht angenähert dem Durchmesser der Düsenbohrung 3j so daß sich durch weiteres Einschrauben des Dros— selstifts sehr kleine Querschnittsflächen der Düsenbohrung an der Stelle des Drosselstifts einstellen lassen.

Fig. 2 zeigt schematisch im Längsschnitt das vordere Ende eines Schneekenspritzzylinders 10 mit daran vorgesehener Düse 11, die mit ihrem Düsenkopf 12 an ein Werkzeug 18 anlegbar ist. In der Düse 11 befindet sich eine Düsenbohrung 13» die bei an dem Werkzeug 18 anliegender Düse mit einem Angußkanal 19 korrespondiert. Der Angußkanal 19 führt zu einem Formhohlraum 20·

In die Düsenbohrung 13 ragt das freie gerundete Ende Ib eines Drosselstiftes 15," der fest mit einem Kolben 17 verbunden ist. Der Kolben 17 ist in einem Zylinder 21 verschiebbar und wird normalerweise durch eine Feder 22 in eine Ruhestellung gedrückt, in der der Drossel stift 15 die Düsenbohrung 13 voll freigibt. Das hintere Ende des Kolbens 17 stützt sich über eine Kugel 23 auf einer Keilfläche 24 ab, die an einem in einer Bohrung 26 verschiebbaren Stößel 25 ausgebildet ist. Der Stößel 25 trägt an seinem hinteren Ende einen Teller 27, der mittels einer Stift/Nut-Führung 28 unverdrehbar in einer Bohrung 29 eines Zylinders 30 bewegbar ist. Durch eine sich

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auf dem Teller 27 abstützende Druckfeder 31 wird der Stößel in einer Ruhelage gehalten, in der der Teller 27 an drei in Tandemanordnung befindlichen Hydraulikkolben 32 bis 34 anliegt. Die Hydraulikkolben 32 bis 34 sind mit ihren Schäften ineinander verschiebbar gelagert und weisen in ihren Planschen, mit denen sie in der Bohrung des Zylinders 30 geführt sind, durchgehende Öffnungen auf, die den Durchtritt des Hydraulikmediums zur jeweils anderen Seite der Flansche gestattet. Dadurch tritt als wirksame Kolbenfläche stets nur die Querschnittsfläche des jeweiligen Kolbenschaftes in Aktion. Der Zylinder 30 und damit die Kolben bis 34 werden durch eine Druckleitung 35 in nachfolgend zu erläuternder Weise mit Hydraulikmedium beaufschlagt.

Die Zufuhr des Hydraulikmediums wird durch eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von dem in der Formhöhlung 20 gemessenen Druck der Kunststoffmasse gesteuert. Die Regeleinrichtung setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem Druckgeber 36 und einem Regler 37 sowie einem Druckmeßgerät 38. Der bei Einwirkung des Nachdrucks herrschende Druck in der Formhöhlung 20, der durch den Druckgeber 36 auf den Regler 37 gegeben wird, wird dort mit dem Sollwert verglichen. Ist der Druck zu niedrig, so deutet dies darauf hin, daß die in die Formhöhlung 20 eingespritzte Kunststoffmasse in der Randzone zu schnell erstarrt und daher den Nachdruck nicht weiterleitet. Durch den Regler 37 werden nun ein Hauptsteuerschieber 39 und ein Zusatzschieber 40 betätigt. Dadurch wird ein Druekreduzierventil 42 durch einen Fernsteuerkopf 43 angesteuert und Druckmedium wird mit z.B. 30 bar der Druckleitung 35 zugeführt. Hierdurch werden die Kolben 32 bis 34 vorgeschoben und dadurch der Drosselstift 15 in die Düsenbohrung eingeschoben.

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Zeigt der Druckgeber 36 beim nächsten Spritzzyklus immer noch unzureichenden Druck in der Formhöhlung 20 an, so sorgt der Regler 37 dafür, daß der Zusatzschieber 40 abfällt und ein Zusatzschieber 41 anzieht. Dadurch wird das Druckreduzierventil 42 durch einen Fernsteuerkopf 45 angesteuert und in der Druckleitung 35 stellt sich ein am Fernsteuerkopf '45 festgelegter Druck von z.B. 55 bar ein. Hierdurch wird der zweite Kolben 33 bis zum Anschlag vorgeschoben, wodurch entsprechend der Drosselstift 15 noch weiter in den Querschnitt der Düsenbohrung 13 eingefahren wird* Reicht auch diese Querschnittsverengung nicht aus, um das Kunststoffmaterial durch Friktion genügend zu erwärmen und somit den Nachdruck in der gewünschten Höhe in die Randzonen der Kunststoffmasse in der Formhöhlung 20 hindurchzuleiten, so wird über den Regler 37 der Zusatzschieber 41 abgeschaltet, wodurch die Druckleitung 35 mit Hydraulikmedium einer dritten Druckstufe, eingestellt am Druckreduzierventil 42 mit z.B. 100 bar, beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Kolben 34 bis auf Anschlag vorgeschoben und damit der Drosselstift 15 am weitesten in die Düsenbohrung 13 eingeschoben.

Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Querschnitt der Düsenbohrung 13 in drei Stufen in Abhängigkeit vom Druck in der Formhöhlung 20 zu verengen.

Über eine Leckölleitung 44 wird Lecköl aus dem Zylinder 30 zum Tank abgeführt.

Auf diese Weise kann mit wenigen Spritzversuchen die richtige Viskosität der Kunststoffmasse durch entsprechende Temperatur-

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steuerung festgelegt werden oder es können bei einer eingestellten Maschine im Verarbeitungsprozeß Viskositätsschwankungen ausgeglichen werden.

Auf den Regler 37 ist noch eine der maximal zulässigen Temperatur T entsprechende analoge Größe geschaltet, um zu verhindern, daß durch zu starke Drosselung des Düsenquerschnitts Werkstoffverbrennungen auftreten. Außerdem ist auch der maximal verfügbare hydraulische Einspritzdruck, durch den die Schnecke beaufschlagt wird, auf den Regler 37 aufgeschaltet. Dies bewirkt, daß der beschriebene Regelvorgang zwecks Quer— Schnittsverringerung der Düsenbohrung 13 nicht durchgeführt wird, wenn der maximal verfügbare hydraulische Einspritzdruck erreicht wird. Wäre dies nicht der Fall, so würde durch eine Verengung des Düsenquerschnittes die Einspritzgeschwindigkeit, die an einem Mengenregler eingestellt ist, absinken, weil der Einspritzdruck nicht weiter ansteigen kann, da die verfügbare Einspritzleistung erreicht ist. Dadurch verändern sich die Einspritzverhältnisse und damit die Druckverhältnisse in der Formhöhlung, ohne daß sich eine weitere Viskositätssenkung am Scherspalt einstellt.

Mit einer Spritzdüse der in Fig. 1 gezeigten Art wurden Spritzversuche an wärmeaushärtenden Kunststoffen durchgeführt, um die Verkürzung der Zykluszeit bei konstant gehaltener Werkzeugteumperatur zu ermitteln. Als Werkstoff wurde Phenolharz (Typ 3l/l6^9 ew) verspritzt; die Gießteilwanddicke betrug 3 bis k mm, die Werkzeugtemperatur 180°C, die Zylindertemperatur 70 bis 90°C. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die erzielten Ergebnisse:

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Tabelle 1

Ver- Spritz- Düsen- Ein- Nach- Härte- Zyklus- Massesuch druck quer- spritz- druck— zeit zeit Temp. bar schnitt zeit zeit

nun Sek. Sek. Sek. Sek. (°C)

1	140	25	0,8	4,7	14	23,5	114
2	140	14	0,8	' 4,7	12	21,5	116
3	140	5	1,1	4,3	9	18,5	124

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei konstant gehaltenem Einspritzdruck die Verringerung des Düsenquerschnitts

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von ursprünglich 25 auf 5 mm ^zu einer Erhöhung der Masse— temperatur von 114 auf 124°C und einer daraus resultierenden Zykluszeitverringerung von 23,5 auf 18,5 Sekunden führt.

Es wurde ein weiterer Versuch mit gleichen Bedingungen, jedoch beim Spritzen eines Gießteils mit einer Wanddieke von 12 mm durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Versuches sind aus der nachfolgenden Tabelle 2 ersichtlich:

Tabelle 2

Ver- Spritz— Düsen- Ein- Nach— Härte— Zyklus- Massesuch druck quer- spritz— druck- zeit zeit Temp. bar schnitt zeit zeit

mm

Sek. Sek. Sek. Sek. (°ü)

1	110	25	4,0	2,0	35	45	126
2	140	25	1,0	5,0	25	35	131
3	140	5	1,2	4,8	15	25	141

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Bei diesem Versuch ist die beträchtliche Verringerung der Zykluszeit von ursprünglich 45 auf 25 Sekunden bemerkenswert, die aus einer Verringerung des üüsenquerschnitts von

ursprünglich 25 auf 5 nun und zusätzlich durch eine Steigerung des Einspritzdruckes von IiO bar (beim ersten Versuch) auf 140 bar resultiert.

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Claims

Patent- (Schutz—) Ansprüche

1. Spritzgießmaschine zur Herstellung von Gießteilen aus Kunststoff, mit einer Spritzdüse und einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Masse temperatur der Querschnitt des Spritzdüsenkanals (3, 13) und/oder des Angußkanals (19) im Werkzeug (18) veränderbar ist.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalquerschnitt in Abhängigkeit von der Massetemperatur veränderbar ist.

3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2 zum Verarbeiten von thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalquerschnitt in Abhängigkeit vom Massedruefc im Werkzeug veränderbar ist.

h» Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalquerschnitt während des Einspritzvorganges veränderbar ist.

5* Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spritzdüse (l, 11) oder im Werkzeug ein quer in den Spritzdüsenkanal (3, 13) oder in den Angußkanal einschiebbarer Drosselstift (5, 15) angeordnet ist.

6. Spritzgießmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselstift (15) durch einen druckmittelbeaufschlagten Kolben verschiebbar ist, dessen Druckmittelzufuhr in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur der Masse gesteuert ist.

7. Spritzgießmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kanal (3, 13) ragende Ende (6, 16) des Drosselstifts (5, 15) gerundet ist.

8. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drosselstifte symmetrisch zum Spritzdüsenkanal und/oder zum Angußkanal angeordnet und verschiebbar sind.

9. Spritzgieiiiaaschine nach einem der Ansprüche k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselstift (5, I5) in Abhängigkeit vom Schneckenweg verstellbar ist.

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