DE68905177T2

DE68905177T2 - Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen.

Info

Publication number: DE68905177T2
Application number: DE8989911402T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tsutsumi
Original assignee: SEIKI CORP CO Ltd
Current assignee: SEIKI CORP CO Ltd
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2009-10-13
Also published as: KR920008771B1; DK144790D0; WO1990003879A1; DD285570A5; DE68905177D1; JPH03504477A; NO902601D0; MY105675A; CN1032196C; PT91997A; HUT56312A; DK144790A; AU4349089A; NO902601L; AU625074B2; FI902940A0; HU896046D0; NZ231019A; CA2000663A1; EP0389646A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffen, wobei das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 12 insbesondere und vorzugsweise beim Spritzgießen von Präzisionsprodukten Anwendung finden.
Gemäß dem Stand der Technik besteht eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff aus einer Spritzmaschine der Schneckenkolben-Art und einer Form-Anordnung, die einen Form-Hohlraum begrenzt, in dem ein Formling gebildet wird. Die Form-Anordnung kann eine Einzelform für ein Formprodukt sein oder aus einer Primärform für ein Formprodukt und einer kalten Angußform für einen Anguß bestehen. Anstelle der kalten Angußform kann die Vorrichtung mit einer ein Verteilerrohr einschließenden, heißen Angußform zwischen der Einzelform und der Spritzmaschine versehen sein. Zwischen der Form-Anordnung und dem Körper der Spritzmaschine wird im einfachsten Fall eines Hohlraums durch eine Düse oder durch eine heiße Angußform-Anordnung und die Düse ein Düsendurchlaß gebildet, der unterbrochen werden kann.
Bei einer derartigen Vorrichtung umfaßt ein Spritzgießverfahren der herkömmlichen Art die Schritte des:
Erwärmens, Plastizierens und Dosierens eines Kunststoffs für einen ersten Artikel innerhalb des Körpers einer Spritzmaschine mit einem Spritzkolben, wobei die Spritzmaschine über einen Düsendurchlaß mit einem Form-Hohlraum in Verbindung steht, der einen in einer Form-Anordnung definierten Steg hat;
Einspritzens des dosierten Materials mittels des Spritzkolbens durch den Düsendurchlaß hindurch in Richtung des Form-Hohlraums;
Ausübens eines ersten, externen Haltedrucks auf das eingespritzte Material mittels des Spritzkolbens, um das eingespritzte Material innerhalb des Düsendurchlasses und des Form-Hohlraums zu verdichten;
Unterbrechens des Düsendurchlasses an einer Stelle, welche vom Steg entfernt liegt, unter Verwendung einer Ventileinrichtung, während der erste Haltedruck gerade ausgeübt wird, so daß ein geschlossener Raum gebildet wird, der den Form-Hohlraum und einen Abschnitt des Düsendurchlasses zwischen dem Hohlraum und der Ventileinrichtung einschließt;
Ausübens eines zweiten Haltedrucks auf den Abschnitt des verdichteten Materials in dem geschlossenen Raum bei Düsendurchlaßunterbrechung und
Erwärmens, Plastizierens und Dosierens von weiterem Kunststoff im Maschinenkörper für einen Folgeartikel, während der Düsendurchlaß unterbrochen ist, und Kühlens der Form-Anordnung zur Erstarrung oder Verfestigung des verdichteten Materials im Form-Hohlraum unter dem zweiten Haltedruck, um den ersten Artikel zu schaffen.
Verfahren dieser Art und Vorrichtungen zur Durchführung derselben sind in der EU-PS 0 204 133, der GB-PS 2 116 903 und der US-PS 4 632 652 offenbart.
Die einzelnen Schritte von Spritzgießverfahren einschließlich der vorerwähnten Schritte sind in den beigefügten Tabellen I und II beispielsweise angegeben.
Unter den bedeutsamen Faktoren, die die Qualität eines Formproduktes beeinflussen, wurde der Materialdruckhalteschritt als einer der kritischsten Schritte erkannt. Wenn dieser Schritt unsachgemäß ausgeführt wird, besitzen die Formprodukte unerwünschte Schrumpfungen aufgrund eines kurzen Schusses und/oder Gußgrate infolge eines Überpackens.
Die Dauer des Materialdruckhalteschritts hängt von der Zeit ab, die zum Kühlen eines Formlings im Form-Hohlraum benötigt wird.
Bei einer feststehenden Form-Kühlfähigkeit und einem festen Volumen des Form-Hohlraums wird für eine ausreichende Erstarrung eines dünneren Formlings weniger Zeit als für eine solche eines dickeren Formlings zum Zwecke eines Entfernens desselben aus dem Form-Hohlraum benötigt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der dickere Formling mehr Zeit im Materialdruckhalteschritt erfordert, obwohl der Einspritzschritt und der Plastizier- und Dosierschritt jeweils die gleiche Zeit wie für den dünneren Formling benötigen.
Beim Stand der Technik wurde weiter festgestellt, daß, wenn der ganze Druckhalteschritt unter Verwendung der Spritzmaschine ausgeführt wird, wobei der Kolben nach einem Einspritzdruck einen externen Haltedruck auf das eingespritzte Material in einer Kombination des Form- Hohlraums und des zu dem Form-Hohlraum führenden Düsendurchlaß ausübt, der Plastizier- und Dosierschritt für den nächsten Schußzyklus nur nach Beendigung des Materialdruckhalteschritts des vorherigen Schußzyklus ausgeführt werden kann. Der Grund dafür ist, daß der Spritzkolben der Maschine an sich im wesentlichen im Materialdruckhalteschritt eingesetzt wird.
Natürlich ist ein starkes Bedürfnis nach einer höheren Produktionsausbeute von Präzisionsartikeln in der Kunststoff-Spritzgießindustrie vorhanden, welche auf eine kürzere Schußzykluszeit zurückzuführen wäre.
Der Stand der Technik, auf den vorstehend verwiesen wurde, schließt die Schritte des Unterbrechens des Düsendurchlasses, während der erste Haltedruck durch den Spritzkolben der Maschine gerade ausgeübt wird, und des anschließenden Ausübens eines zweiten Haltedrucks mittels einer Kolben- Zylinder-Hilfseinheit, während die Düse blockiert ist, ein. Dies gestattet ein Plastizieren und Dosieren des Materials für einen Folgeartikel im Körper der Maschine, während das Material für den vorhergehenden Artikel sich gerade in der Form verfestigt.
Der zusätzliche Schritt des Ausübens eines zweiten Formgebungsdruckes durch eine Einrichtung, die sich von dem Kolben unterscheidet, der den ersten Druck ausübt, bedeutet, daß die Computer, mit denen Spritzgießmaschinen üblicherweise versehen sind, um den Haltedruck und den Einspritzdruck zu steuern, ausgeklügelter oder komplizierter geworden sind, verbunden mit höheren Kosten für die Computerausstattung. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist die folgende Bemerkung keineswegs eine Übertreibung: Die Kosten für den Computer nehmen einen großen Teil der Kosten ein, die mit der Herstellung der Spritzmaschine verbunden sind, mit dem Ergebnis, daß die Maschinenherstellung in jüngerer Zeit sehr kostenaufwendig geworden ist, verglichen mit den Kosten für die ursprüngliche, einfache Spritzmaschine, welche in der Vergangenheit Verwendung fand und nicht mit einem Computer ausgerüstet war sowie durch einen einfachen Vorgang betrieben wurde, der "einen nicht abgestuften Druck und eine nicht abgestufte Einspritzgeschwindigkeit" mit einbezog. Dies führt natürlich zu einem höheren Kostenaufwand, mit dem die Herstellung von Formlingen verbunden ist.
Um die Herstellungskosten herabzusetzen, sind natürlich unterschiedliche Anstrengungen zum Verkürzen der Schußzykluszeit auf andere Art in der Industrie unternommen worden. Eine solche verkürzte Zykluszeit zwingt zu einer Verkürzung der Zeit für den Plastizier- und Dosierschritt unter herkömmlichen Umständen. Ein ernstes Problem entsteht jedoch dadurch, daß ein Verkürzen des Plastizier- und Dosierschritts eine Erhöhung der Plastizierrate oder -leistung mit einer erhöhten Energiezufuhr erforderlich macht, was zu erhöhten Maschinen- und Betriebskosten führt.
Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß eine derartige erhöhte Plastizierfähigkeit der Spritzmaschine eine Beschädigung des Kunststoffs an sich durch den Schneckenkolben infolge des Brechens von Ketten eines hohen Harzpolymers bewirkt, während das polymere Material gerade plastiziert wird. Dies führt zu einer Qualitätsminderung des Formlings.
Überdies macht es die erhöhte Plastizierfähigkeit erforderlich, daß das Material auf eine höhere Temperatur erwärmt wird. Dies führt zu einer Verlängerung der Zeit, die zum Kühlen des Formlings in der Form notwendig ist, und somit arbeitet die gesteigerte Erwärmung gegen den Versuch, die Schußzykluszeit zu verkürzen. Aufgrund dieser niedrigen Qualität des plastizierten Materials und einer gesteigerten Erwärmung in Kombination gibt es daher eine gewisse Grenze für die Erhöhung der Plastizierfähigkeit, selbst wenn die erhöhten Kosten, die mit der Herstellung einer solchen Spritzmaschine höherer Leistung verbunden sind, vernachlässigt werden.
Unter diesen Umständen gelangt der Erfinder zu der Erkenntnis, daß die Verbesserung oder die Entwicklung der Verfahren und der Vorrichtungen zum Spritzgießen eines Kunststoffs nach dem herkömmlichen Muster gerade die Grenze erreicht oder diese bereits erreicht hat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Spritzgießen zu schaffen, bei dem bzw. bei der kein Computer verwendet werden muß und das bzw. die, verglichen mit dem Stand der Technik, gewährleistet:
eine beträchtlich verkürzte Schußzykluszeit bei feststehender Plastizierfähigkeit der Spritzmaschine und
eine beträchtlich verringerte Plastizierfähigkeit der Maschine bei fester Schußzykluszeit, während eine hohe Qualität der Präzisionsformlinge als Folge des fehlenden, zu einer Schrumpfung führenden "Kurzschusses" und der fehlenden, zu Gußgraten führenden "Überpackung" sichergestellt ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Präzisionsformlingen zu schaffen, das bzw. die dahingehend verbessert ist, daß das genaue Einstellen des Materialdruckhaltens ohne Verwendung eines Computers manuell vorgenommen werden kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weniger kostenaufwendige, einfache Spritzmaschine von kleinem Maßstab und/oder geringerer Plastizierleistung zu schaffen, die, ungeachtet der Verwendung eines Computers, einen kleineren Plastizier-Schneckenkolben hat und eine Form-Anordnung von verhältnismäßig großem Maßstab einschließt, welche einer verhältnismäßig starken Form-Klemmkraft unterworfen ist, aber die Herstellung von Präzisionsformprodukten mit hoher Produktionsausbeute und hoher Qualität ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Spritzgießen vorgesehen, das die vorstehend erwähnten Schritte einschließt, aber dadurch gekennzeichnet ist, daß der geschlossene Raum, welcher bei der Düsendurchlaßunterbrechung durch die Ventileinrichtung gebildet wird, ein festes Volumen hat und daß der zweite Haltedruck ein interner Druck ist, der von dem Abschnitt des verdichteten Materials ausgeübt wird, der sich in dem feststehenden, geschlossenen Raum befindet, wobei der zweite Haltedruck automatisch und fortlaufend abnimmt, während das verdichtete Material sich im Form-Hohlraum im Verlauf des Kühlens zusammenzieht.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens vor, wie sie in Anspruch 12 dann definiert ist.
Die Erfindung bestimmt somit eine neue Richtung in der Spritzgießtechnologie, die sich von der vorerwähnten, herkömmlichen Richtung gänzlich unterscheidet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die herkömmlichen Schritte des Plastizierens, Dosierens und Einspritzens von einer Spritzmaschine der herkömmlichen Ein-Zylinder-Art oder Doppel-Zylinder-Art ausgeführt, und der erste Materialdruckhalteschritt wird von der gleichen Spritzmaschine auf herkömmliche Weise ausgeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der erste Haltedruck ein abgestufter oder nicht abgestufter externer, statischer Druck, der von dem in axialer Richtung sich bewegenden Spritzkolben ausgeübt wird, während sich das Material als Ganzes zusammenzieht und während die Form- Anordnung gerade gekühlt wird, aber der zweite Haltedruck ist ein nicht abgestufter interner, statischer Druck, der von dem vorderen Materialabschnitt ausgeübt wird, welcher in dem feststehenden, geschlossenen Raum, der von dem Form-Hohlraum und dem vorderen Teil des von der Ventileinrichtung begrenzten Düsendurchlasses gebildet wird, verdichtet wird.
Im vorliegenden Fall bezeichnet der Begriff "externer Druck" einen Druck, der auf den Kunststoff durch ein externes Mittel, d. h. den Spritzkolben, ausgeübt wird, während der Begriff "interner Druck" einen Druck bezeichnet, der vom Material auf sich selbst ausgeübt wird. Der den externen Druck ausübende Spritzkolben kann gegen das Material linear bewegt werden, das in einem Raum enthalten ist, welcher durch den Kolben geschlossen wird und dessen Volumen infolge seiner Bewegung veränderbar ist, während das den internen Druck ausübende Material in einem feststehenden, geschlossenen Raum enthalten ist, d. h. in einem geschlossenen Raum von festem Volumen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der externe Druck, ungeachtet der Veränderungen der Materialtemperatur durch Erwärmung oder Kühlung, konstant ist, während der interne Druck im Verlauf einer Temperaturveränderung schwankt.
Vorzugsweise ist der geschlossene, mit dem vorderen Abschnitt des eingespritzten Materials gepackte Raum so ausgestaltet, daß sein Volumen im wesentlichen gleich dem des Form-Hohlraums ist.
Die Ventileinrichtung ist in den Düsendurchlaß auf halbem Wege in Längsrichtung desselben eingebaut, um die Verbindung zwischen dem Inneren des Maschinenkörpers und dem Form-Hohlraum zu unterbrechen und um ein Ausüben des zweiten Haltedrucks auf den vorderen Abschnitt des eingespritzten Materials zu gestatten, der durch die Düsendurchlaßunterbrechung abgetrennt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Spritzgießverfahren des weiteren einen Schritt des Rücksaugens des heißen Materials, das im vorderen Durchlaßteil verbleibt, durch eine Ausdehnung des Volumens desselben, ehe die Form- Anordnung geöffnet wird, um den Formling zu entfernen, aber während die Düsendurchlaßunterbrechung aufrechterhalten wird, um das heiße Material aus der überschüssigen Packung zu lösen. Der Düsendurchlaß wird ausdehnbar gemacht, indem er durch einen vorderen Zylinderteil und einen hinteren Teil eines mit einer Bohrung versehenen Kolbens gebildet wird, der mit der Ventileinrichtung versehen und im Zylinderteil bewegbar ist.
Das vordere Ende des heißen Materials, das im Düsendurchlaß nach der Entfernung des Formlings verbleibt, wird durch Kühlen der Form erstarren gelassen. Das erstarrte oder kalte vordere Materialende wird durch Momentanwärme geschmolzen, welche nach Beendigung des Rücksaugschritts, aber gerade vor einem nächsten Schuß, zeitweilig aufgebracht wird.
Das momentane Erwärmen erfolgt vorzugsweise durch ein Mittel, das von dem Erfinder in der Vergangenheit erfunden wurde, d. h. durch ein sogenanntes "Speersystem". Der Rücksaugvorgang oder das Rücksaugmittel ist insbesondere in dem Fall notwendig, wo die Schußzykluszeit und daher auch die Form-Kühlzeit kurz ist. Der Grund dafür ist, daß das kalte Materialende nicht erstarrt genug ist, um dem internen Druck im vorderen Düsenteil zu widerstehen, mit dem Ergebnis, daß, wenn kein Rücksaugen zum Verringern des Drucks erfolgt, das Material wahrscheinlich beim unzureichend erstarrten Materialende austreten wird.
Die Düsendurchlaßunterbrechung wird aufgehoben, damit der Form-Hohlraum mit dem Inneren des Maschinenkörpers für den nächsten Schuß verbunden ist, ehe das kalte vordere Materialende schmilzt. In einem stationären Zustand wird das heiße plastizierte Material, das in einem unmittelbar vorangegangenen Schußzyklus eingespritzt wurde und das im Gegensatz zu einem sich ergebenden Formling in der Spritzmaschine einschließlich des gesamten Düsendurchlasses verbleibt, in Richtung des Form-Hohlraums, und zwar zusammen mit einem folgenden frischen, dosierten, plastizierten Material, durch den gesamten Düsendurchlaß hindurch beim Schmelzen des kalten vorderen Materialendes nach dem Aufheben der Düsendurchlaßunterbrechung eingespritzt. Der Betrag an frischem, dosiertem Material ist im wesentlichen dem des Formlings gleichwertig.
Bei der in den Düsendurchlaß eingebauten Ventileinrichtung ist der im feststehenden, geschlossenen Raum der Erfindung begrenzte, vordere Düsendurchlaßteil ein vorderer Teil, der aufgrund der Düsendurchlaßunterbrechung abgetrennt wird. Der erste externe Druck, der von dem Spritzkolben am Ende des ersten Materialdruckhalteschritts ausgeübt wird, ist im wesentlichen dem internen Druck gleichwertig, der von dem verdichteten Material am Beginn des zweiten Materialinnendruckhalteschritts ausgeübt wird.
Der Düsendurchlaß kann eine heiße Angußform bilden, welche ein Verteilerrohr einschließt, das eine Eingußöffnung hat, an der die Düse angebracht ist. Die Form-Anordnung kann von der Art sein, daß sie eine Primärform zum Schaffen eines Formproduktes und eine kalte Angußform zum Schaffen eines Form-Angusses bildet, wobei das Formprodukt und der Form-Anguß in Kombination den Formling im Form-Hohlraum bilden.
Der Erfinder hat den vorstehend erwähnten, vorderen Düsendurchlaßteil festen Volumens, der die Ventileinrichtung einschließt, "Materialdruckhaltekammer" und das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung "Spritzgießsystem einschließlich einer Materialdruckhaltekammer" zum Zwecke eines praktischen Identifizierens der Erfindung genannt, die sich den aufgezeigten Problemen auf eine Weise nähert, die neu ist und sich von der herkömmlichen unterscheidet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Dauer des zweiten Materialdruckhalteschritts den überwiegenden Teil der Gesamtdauer der Materialdruckhalteschritte ein. Die Düsendurchlaßunterbrechung wird vorzugsweise bei der Einspritzung vorgenommen. Ein dynamischer Einspritzdruck, der auf das Material während des Hochgeschwindigkeitsfließens durch den gesamten Düsendurchlaß hindurch in Richtung des Form-Hohlraums ausgeübt wird, wird von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel heruntergestuft zum Zwecke eines Übergehens in einen statischen Haltedruck, aber bei Unterbrechung des Düsendurchlasses, welche unmittelbar nach Beendigung der Einspritzung vorgenommen wird, wird die Ausübung des statischen Haltedrucks auf das gesamte eingespritzte Material ebenfalls unterbrochen.
Der erste Haltedruck und der Einspritzdruck sind vorzugsweise nicht abgestufte Drücke, aber sie können natürlich je nach Bedarf mehrfach abgestufte Drücke sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Plastizier- und Dosierschritt bei Düsendurchlaßunterbrechung von der Spritzmaschine für den nächsten Schuß oder die nächste Einspritzung ausgeführt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Plastizier- und Dosierschritt mit einer verhältnismäßig niedrigen Rate längstens über einen verhältnismäßig langen Zeitraum ausgeführt werden kann, der im wesentlichen dem gleichwertig ist, welcher sich von dem Zeitpunkt gerade nach einer ersten Einspritzung bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, wenn die Form-Anordnung für eine zweite Einspritzung geschlossen wird, wobei die Zeit des längsten Schrittes fast gleichwertig der Schußzykluszeit von der ersten Einspritzung bis zur zweiten Einspritzung ist.
Dies ist ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung, das eine Verlängerung der Dauer des Plastizier- und Dosierschritts, und zwar beispielsweise von 3,5 sec bis 8,5 sec, in einer festen Schußzykluszeit von 14,59, wie in Tabelle I gezeigt ist, ermöglicht mit der Wirkung, daß die Spritzmaschine so ausgestaltet sein kann, daß sie mit einer niedrigeren Plastizierrate arbeitet, und zwar beispielsweise mit ungefähr 2/5 (3,5/8,5) der der herkömmlichen Maschine, daß eine viel kleinere, weniger Energie verbrauchende Maschine Verwendung finden kann und daß auch das L/D-Verhältnis des Schneckenkolbens größer sein kann. Des weiteren wird bei einer Spritzmaschine mit einer festen Plastizierrate die Schußzykluszeit beträchtlich herabgesetzt, z. B. auf ungefähr 65 % (9,59/14,59) der herkömmlichen Schußzykluszeit, wie in Tabelle I angegeben ist.
Ein weiterer bedeutsamer Vorteil der vorliegenden Erfindung, der durch Verwendung des internen Haltedrucks als zweiter Materialdruckhalteschritt erzielt wird, ist, daß bei Auswahl eines zweckentsprechenden, internen Anfangsdrucks der Formling ohne örtliche Schrumpfung und Gußgrate erhalten wird, ohne daß von einer Steuerung des Haltedrucks Gebrauch gemacht wurde.
Allgemein ausgedrückt, besagt dies, daß ein Computer zum Steuern des Haltedrucks nicht länger benötigt wird, da der zweite Schritt einen überwiegenden Teil der Gesamtzeit der Materialdruckhalteschritte einnimmt. Außerdem wird zum Steuern des Haltedrucks im ersten Schritt ein Computer nicht länger benötigt, weil der erste Schritt von sehr kurzer Dauer ist; mit anderen Worten: Die vorliegende Erfindung stützt sich zur Ausführung der Materialdruckhalteschritte im wesentlichen nicht auf die Spritzmaschine.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Figuren 1 und 2 zeigen eine Spritzgießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 zeigt einen Ablauf- oder Verfahrensplan zusammen mit der Ventileinrichtung von Figur 1 und gibt die zeitliche Abfolge von Spritzgießvorgängen in einem Schußzyklus an, und
Figur 4 ist ein qualitatives Diagramm, das den Haltedruck darstellt, der in den von der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Materialdruckhalteschritten ausgeübt wird.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Spritzgießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung zum Spritzgießen schließt eine Form-Einrichtung 10 mit Formhälften 11A, 11B ein, welche zumindest einen Hohlraum 11 mit einem Steg begrenzen, und besteht aus einer Spritzmaschine 20 mit einem Körper der herkömmlichen Ein-Zylinder-Art und eines Kolbenzylinders, der einen Spritzkolben 21 enthält und von dem aus sich ein hohler Ansatz 30 erstreckt, der eine Düse einschließt und einen Düsendurchlaß 50 bildet, welcher eine Verbindung zwischen dem Inneren des Maschinenkörpers 22 und dem Form-Hohlraum 11 herstellt. Die Maschine ermöglicht eine Plastizierung und Dosierung eines Kunststoffs innerhalb des Maschinenkörpers 22, während der Maschinenkörper 22 gerade erwärmt wird, ein Einspritzen des heißen, plastizierten Materials über den Düsendurchlaß 50 in den Form-Hohlraum 11 und ein wenigstens teilweises Unter-Druck-Halten des eingespritzten Materials innerhalb des ganzen Form-Hohlraums 11. Die Formhälften 11A, 11B sind mit Mitteln 12 zum Kühlen der Form-Anordnung 10 versehen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist im Düsendurchlaß 50 eine Ventileinrichtung 40 vorgesehen, um den Düsendurchlaß 50 an einer Stelle in der Mitte in Längsrichtung desselben zu unterbrechen, so daß die Verbindung zwischen dem Inneren des Maschinenkörpers 22 und dem Form-Hohlraum 11 ebenfalls unterbrochen und ein feststehender, geschlossener Raum X aus einer Kombination des Form-Hohlraums 11 und eines vorbestimmten, vorderen Teils des mit jenem in Verbindung stehenden Düsendurchlasses 50 gebildet wird, in dem ein vorbestimmter Abschnitt A des eingespritzten Materials, welcher infolge der Düsendurchlaßunterbrechung abgetrennt ist, verdichtet wird, so daß das verdichtete Material A einen internen Druck ausübt, um sich selbst gegen den Form-Hohlraum 11 zu drängen.
Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, ist die Formgebungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung eine Spritzmaschine der herkömmlichen Ein-Zylinder-Art und der Schneckenkolben-Art; sie schließt eine herkömmliche Form- Anordnung 10 ein, die einen Form-Hohlraum 11 begrenzt. Eine herkömmliche heiße Angußform 15, die ein Verteilerrohr einschließt, ein mit einer Bohrung versehener Block 31 und ein ebenfalls mit einer Bohrung versehener Unterblock 32 bilden zusammen eine Düsen-Anordnung, welche den Düsendurchlaß 50 definiert, der mit dem Inneren eines Maschinenkörpers 22 und dem Form-Hohlraum 11 eine Verbindung herstellt. Der Hauptblock 31 bildet einen Zylinder, der koaxial mit der Spritzmaschine 20 verläuft, und der Unterblock 32 bildet eine mit einer Bohrung versehene Kolbendüse, welche innerhalb des Zylinders des Hauptblocks 31 mit einem festen Vorwärtshub koaxial bewegbar und mit dem Maschinenkörper 22 einstückig ausgebildet ist. Der Zylinder ist mit einer Bandheizeinrichtung 18 versehen und definiert einen vorderen Abschnitt des Düsendurchlasses, während der Kolben einen hinteren Abschnitt des Düsendurchlasses definiert. Der Unterblock 32 ist mit dem Ventil 40 zum Unterbrechen des Düsendurchlasses und daher der Verbindung zwischen dem Form-Hohlraum 11 und dem Inneren des Maschinenkörpers 22 versehen.
Die Kombination des Hauptblocks 31 und des Unterblocks 32 gestattet eine axiale Ausdehnung des Volumens des Düsendurchlasses 50 durch eine Rückwärtsbewegung der Spritzmaschine 20, während die Düsendurchlaßunterbrechung aufrechterhalten wird, aber ehe ein Formling aus dem Form- Hohlraum 11 entfernt wird, mit der Wirkung, daß ein vorderer im vorderen Düsendurchlaßteil verbleibender Abschnitt des eingespritzten Materials, aber nicht ein Formling, zurückgesaugt wird, so daß er weder einer Druckausübung noch einer Verdichtung unterworfen wird.
Die Angußform 15 ist mit Mitteln 17, und zwar einem sogenannten "Speersystem", versehen, um die Angußform an einem freien vorderen Ende der Angußpassage momentan zu erwärmen, wenn die Form-Anordnung 10 zum Zwecke eines Einspritzvorgangs geschlossen ist, während die Form-Anordnung 10 gerade gekühlt wird.
Die Angußform 15 kann auch mit anderen Mitteln wie Heizpatronen zum Erwärmen der Angußform versehen sein, um dadurch einen Abschnitt des eingespritzten Materials, der sowohl in der Angußpassage als auch in einem Eingußkanal verbleibt, heiß zu halten, während ein freier Endabschnitt des Angusses mit dem sich innerhalb des Form-Hohlraums befindlichen Formling durch die Form-Kühlmittel erstarren gelassen wird. Letztere können Mittel einschließen, die in einer Hohlraum-Innenfläche jeder Formhälfte eine Gasdüse bilden, um auf die gegenüberliegende Hohlraumfläche der anderen Formhälfte Gas zu sprühen, damit eine zusätzliche Kühlung der Form-Anordnung an den Hohlraumflächen bewirkt wird.
Die Vorrichtung mit der die heiße Angußform 15 einschließenden Form-Anordnung 10 wird wie in Figur 3 dargestellt betrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Materialdruckhalteschritte zuerst von der Spritzmaschine 20 ausgeführt, welche einen ersten, nicht abgestuften, externen Druck auf das eingespritzte Material ausübt (I), und dann, bei Unterbrechung (i) des Düsendurchlasses durch das Ventil 40, von dem verdichteten Material A, welches einen zweiten, nicht abgestuften oder abgestuften, internen Druck ausübt (II). Bei Unterbrechung (i) des Düsendurchlasses wird der Plastizier- und Dosierschritt (III) für einen nächsten Schußzyklus ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 wird die Düsendurchlaßunterbrechung (i) aufgehoben, d. h. der Düsendurchlaß 50 wird geöffnet (ii), nachdem die Form geschlossen und verklemmt ist, aber gerade nachdem der Spritzkolben 21 zurückgezogen ist, wobei ein hinterer Abschnitt des eingespritzten Materials, der infolge der Düsendurchlaßunterbrechung abgetrennt war, und frisches, dosiertes, plastiziertes Material zusammen in den Maschinenkörper 22 zurückgesaugt werden. Die Düsendurchlaßunterbrechung (i) erfolgt genau nach dem ersten externen Materialdruckhalteschritt (I), der der Einspritzung folgt, und wird bis unmittelbar vor Öffnung der Form-Anordnung 10 zum Entfernen eines kalten Formlings fortgesetzt.
Der Plastizier- und Dosierschritt (III), mit dem bei Düsendurchlaßunterbrechung (i) begonnen wird, kann maximal solange fortgesetzt werden, bis die Düsendurchlaßunterbrechung aufgehoben wird, d. h. der Düsendurchlaß wird für einen nächsten Schußzyklus geöffnet (ii). Der Plastizier- und Dosiervorgang kann somit längstens über eine Zeitspanne (t&sub1; = T-t&sub2;) in einer Schußzykluszeit (T) hinweg fortgesetzt werden, wo t&sub2; eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne von dem Zeitpunkt, an dem mit der Einspritzung begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt ist, an dem die Düsendurchlaßunterbrechung (i) erfolgt, und eine wesentlich kürzere Zeitdauer des ersten, vom Spritzkolben (21) ausgeführten Druckhalteschritt (I), der der Einspritzung folgt, einschließt.
Die nachstehenden Tabellen I und II zeigen Betriebsschritte des Spritzgießens, die in einem Schußzyklus ausgeführt werden, wobei in ihnen jeweils von einer herkömmlichen Spritzvorrichtung und einer Spritzvorrichtung der Erfindung (Figuren 1 und 2) Gebrauch gemacht wird. Diese Vorrichtungen haben die gleiche Form-Anordnung wie diejenigen zur Herstellung von VHS-Halbgehäusen aus Plastik (vier Gehäuse bzw. zwei Gehäuse pro Einheit).
Die in Tabelle II mit einbezogene, herkömmliche Vorrichtung hat ein Düsenabsperrventil, um ein Austreten des Materials aus der Düse zu verhindern, während die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem solchen Düsenabsperrventil nicht versehen ist. Dieses Austreten wird aufgrund einer Kombination des Materials, welches durch die Form-Kühlung am vorderen Ende des Düsendurchlasses erstarrt ist, und des gerade zurückgesaugten Materials verhindert. Die andere in Tabelle I mit einbezogene, herkömmliche Vorrichtung hat kein Absperrventil.
Mit Bezug auf die Tabellen I und II wird der Plastizier- und Dosierschritt (III) gemäß der vorliegenden Erfindung für einen nächsten Schußzyklus ungefähr 8,5 sec lang (Tabelle I) bzw. ungefähr 11 sec lang (Tabelle II) ausgeführt, während der herkömmliche Plastizier- und Dosierschritt ungefähr 3,5 sec lang (Tabelle I) und ungefähr 4,5 sec lang in Schußzykluszeiten von 14,59 sec (Tabelle I) bzw. 13,50 sec (Tabelle II) ausgeführt wird.
Die sich ergebenden Formprodukte sind von hoher Qualität und haben weder Gußgrate noch Schrumpfungen.
Die vorstehenden Ergebnisse der vorliegenden Erfindung sind, verglichen mit denen des Standes der Technik, überraschend. Dies ist eine sehr vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung, welche auf einem neuen Konzept eines "Materialdruckhaltekammer-Formgebungssystems" gegründet ist, bei dem ein interner Druck eines plastizierten Materials für den internen Druckhalteschritt bei Unterbrechung des Düsendurchlasses verwendet wird und mit dem Plastizier- und Dosierschritt beim Unterbrechen des Düsendurchlasses begonnen wird.
Die Spritzmaschine ist, verglichen mit der herkömmlichen Spritzmaschine, von der Größe her kleiner und/oder wird mit einem geringeren Energieaufwand betrieben; des weiteren arbeitet sie, verglichen mit der herkömmlichen Ausführung, mit einer beträchtlich verringerten Plastizierrate. Die Wirkung wird ohne jede Computersteuerung erzielt.
Die Spritzmaschine der vorliegenden Erfindung hat keinen Computer zum Steuern eines ersten externen Haltedrucks und wird mit einem ersten, nicht abgestuften externen Haltedruck für eine sehr kurze Zeit betrieben, und beim Unterbrechen des Düsendurchlasses wird der zweite Druckhalteschritt ausgeführt, um das verdichtete Material einen zweiten, nicht abgestuften oder mehrfach abgestuften internen Druck ausüben zu lassen, ohne einen Computer zu verwenden.
Wie in den Tabellen I und II dargestellt ist, übt die herkömmliche Spritzmaschine einen mehrfach abgestuften externen Druck für den ganzen Materialdruckhalteschritt unter Verwendung eines Computers aus (zweifach abgestufter Druck in Tabelle I und dreifach abgestufter Druck in Tabelle II).
Bei der Vorrichtung der Erfindung wird die sogenannte "Materialdruckhaltekammer" (X) von dem Düsendurchlaß 50 einschließlich des Ventils 40 gebildet und zwischen dem Steg der Form-Anordnung 10 und der Stelle begrenzt, an der die Düsendurchlaßunterbrechung (i) erfolgt; dies ist bezeichnet mit X. Das Volumen des vorderen Teils des Düsendurchlasses 50, begrenzt vom Ventil 40, wenn der Düsendurchlaß unterbrochen ist, ist vorzugsweise das gleiche wie das des Form-Hohlraums 11.
Wie in Figur 4 gezeigt ist, wird im ersten Materialdruckhalteschritt (I) der erste, externe Haltedruck vom Spritzkolben 21 auf nicht abgestufte Weise ausgeübt, was keinen Computer erfordert, und im zweiten Materialdruckhalteschritt (II) verringert sich der zweite, interne Haltedruck, welcher vom verdichteten Material ausgeübt wird, vom ersten, externen Druck aus, was wiederum keinen Computer erfordert, auf nicht abgestufte Weise, während die Form-Anordnung gekühlt wird.
Das Ventil 40 in Figur 1 kann vorzugsweise abgeändert werden, damit es im wesentlichen die gleiche Funktion zeigt wie ein herkömmliches Düsenöffnungsjustierventil, mit dem ein Öffnungsgrad des Düsendurchlasses an einer bestimmten Position justiert wird, um einen Einspritzwerkstoff-Fluß zu regulieren.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorstehend erwähnte Ventileinrichtung 40 der vorliegenden Erfindung nicht dahingehend abgeändert werden kann, daß sie im wesentlichen die gleiche Funktion wie ein herkömmliches Düsenabsperrventil oder eine herkömmliche Nadelventildüse zeigt, um das im Düsendurchlaß verbleibende Material daran zu hindern, aus der Düse auszutreten, wenn die Düse von der Form-Anordnung abgenommen oder ein Formling aus dem Form- Hohlraum entfernt wird. Der Grund dafür ist, daß die Funktion der Ventileinrichtung 40, die sich beim Unterbrechen des Düsendurchlasses zeigt, zum Ausführen des zweiten Druckhalteschritts, der den überwiegenden Teil der Gesamtdauer der Materialdruckhalteschritte einschließt, im Widerspruch zu der inhärenten Funktion des Düsenabsperrventils steht, die sich dann zeigt, wenn der ganze Materialdruckhalteschritt im wesentlichen abgeschlossen ist.
Zusammenfassend sei gesagt, daß, mit Bezug auf die Wirkung auf die Konturqualität eines Formlings, die durch das Materialdruckhalten erzielt wird, das interne Drucksystem der vorliegenden Erfindung, ein sogenanntes Materialdruckhaltekammersystem", einem herkömmlichen, externen Drucksystem, das eine ausgeklügelte Computersteuerung mit einbezieht, im wesentlichen gleichwertig oder überlegen ist. Dies wird dadurch herausgestellt, daß das Materialdruckhaltekammersystem von Natur aus keine Computersteuerung benötigt. Des weiteren erzielt die vorliegende Erfindung eine überraschende Wirkung, die darin liegt, daß die Formgebungsproduktivität innerhalb einer Grenze aufgrund der Form-Kühlfähigkeit beträchtlich erhöht werden kann, und zwar trotz der Tatsache, daß die Leistung der Spritzmaschine beträchtlich niedriger sein darf mit der Wirkung, daß, verglichen mit dem Stand der Technik, die Qualität eines plastizierten Materials gesteigert wird und sowohl die Maschinenkosten als auch die Betriebskosten beträchtlich vermindert werden.
Weiter werden die vorstehend erwähnten, überraschenden Wirkungen der vorliegenden Erfindung erhöht, während die Dicke eines Formlings vergrößert wird, da der dickere Artikel eine längere Dauer der Materialdruckhalteschritte erforderlich macht. Tabelle I Styrolpolymer-VHS-Halbgehäuse (4 Form-Hohlräume) (Spritzmaschine von 220 t mit einem Schneckenkolben von 58 mm ∅) Einspritzung Haltedruck (Mehrfach abgestufter, externer Druck) Formkühlung Spritzkolben im Wartezustand Düsenverschluß Rücksaugung Plastizierung & Dosierung Form-Öffnungszeit Zeit für die Entfernung des Formlings Form-Verklemmung Von der Form-Verklemmung zur Form-Öffnung Von der Form-Öffnung zur Form-Verklemmung Zeit für einen Schußzyklus Tabelle II Styrolpolymer-VHS-Halbgehäuse (2 Form-Hohlr.) (Spritzmaschine von 220 t mit einem Schneckenkolben von 58 mm ∅) Einspritzung Haltedruck (Mehrfach abgestufter, externer Druck) Formkühlung Spritzkolben im Wartezustand Düsenverschluß Rücksaugung Plastizierung & Dosierung Form-Öffnungszeit Zeit für die Entfernung des Formlings Form-Verklemmung Von der Form-Verklemmung zur Form-Öffnung Von der Form-Öffnung zur Form-Verklemmung Zeit für einen Schußzyklus

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen eines Artikels, das die Schritte des:

Erwärmens, Plastizierens und Dosierens eines Kunststoffs für einen ersten Artikel innerhalb eines Körpers (22) einer Spritzmaschine (20) mit einem Spritzkolben (21), wobei die Spritzmaschine über einen Düsendurchlaß (50) mit einem Form-Hohlraum (11) in Verbindung steht, der einen in einer Form-Anordnung (10) definierten Steg hat;

Einspritzens des dosierten Materials mittels des Spritzkolbens (21) durch den Düsendurchlaß (50) hindurch in Richtung des Form-Hohlraums (11);

Ausübens eines ersten, externen Haltedrucks auf das eingespritzte Material mittels des Spritzkolbens (21), um das eingespritzte Material innerhalb des Düsendurchlasses (50) und des Form-Hohlraums (11) zu verdichten;

Unterbrechens des Düsendurchlasses an einer Stelle, welche vom Steg entfernt liegt, unter Verwendung einer Ventileinrichtung (49), während der erste Haltedruck gerade ausgeübt wird, so daß ein geschlossener Raum gebildet wird, der einen Form-Hohlraum (11) und einen Abschnitt des Düsendurchlasses (50) zwischen dem Hohlraum und der Ventileinrichtung (40) einschließt;

Ausübens eines zweiten Haltedrucks auf den Abschnitt des verdichteten Materials in dem geschlossenen Raum bei der Düsendurchlaßunterbrechung und

Erwärmens, Plastizierens und Dosierens von weiterem Kunststoff im Maschinenkörper (22) für einen Folgeartikel, während der Düsendurchlaß (50) unterbrochen ist, und Kühlens der Form-Anordnung (10) zur Erstarrung oder Verfestigung von verdichtetem Material im Form-Hohlraum unter dem zweiten Haltedruck, um den ersten Artikel zu schaffen, umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum, welcher bei Düsendurchlaßunterbrechung durch die Ventileinrichtung (40) gebildet wird, ein festes Volumen (X) hat und daß der zweite Haltedruck ein interner Druck ist, der von dem Abschnitt des verdichteten Materials ausgeübt wird, der sich in dem feststehenden, geschlossenen Raum (X) befindet, wobei der zweite Haltedruck automatisch und fortlaufend abnimmt, während das verdichtete Material sich im Form-Hohlraum im Verlauf des Kühlens zusammenzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des internen Haltedrucks länger dauert als der Schritt des externen Haltedrucks.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erwärmens, Plastizierens und Dosierens des weiteren Materials im wesentlichen genauso lange dauert wie der Schritt des internen Haltedrucks.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schritt des Kühlens bei Düsendurchlaßunterbrechung begonnen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, externe Druck ein nicht abgestufter Druck ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, externe Druck ein abgestufter Druck ist.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil des Düsendurchlasses von einer heißen Angußform (15) gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren einen Schritt des Rücksaugens von heißem Material, das in der heißen Angußform (15) verbleibt, einschließt durch mechanische Ausdehnung (31, 32) des Volumens des geschlossenen Raums (X), ehe die Form-Anordnung (10) geöffnet wird, um den Formling zu entfernen, aber während die Düsendurchlaßunterbrechung aufrechterhalten wird, um dadurch das heiße Material aus der Verdichtung zu lösen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein örtlicher Abschnitt des heißen Materials am Steg durch das Kühlen der Form-Anordnung (10) erstarren gelassen wird und daß der erstarrte örtliche Abschnitt durch zeitweilig aufgebrachte Wärme geschmolzen wird, nachdem der Rücksaugschritt beendet ist, aber gerade, ehe ein weiterer Einspritzschritt beginnt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsendurchlaßunterbrechung aufgehoben wird, so daß der Form-Hohlraum (11) mit dem Inneren des Maschinenkörpers (22) für die nächste Einspritzung in Verbindung steht, ehe der erstarrte örtliche Abschnitt schmilzt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße plastizierte Material, das für den Folgeartikel dosiert wird, im wesentlichen dem des Formlings gleichwertig ist.

12. Vorrichtung zum Spritzgießen von Artikeln, wobei die Vorrichtung aus:

einer Spritzmaschine (20) mit einem Körper (22), der einen Zylinder zum Aufnehmen eines erwärmten Kunststoffes zur Formung eines ersten Artikels begrenzt;

einem Spritzkolben (21), der zum Zwecke einer Axialbewegung innerhalb des Zylinders angeordnet ist;

einer hohlen Erweiterung (30), welche einen vom Maschinenkörper (22) ausgehenden Düsendurchlaß (50) bildet;

einer Form (10), die einen Hohlraum (11) mit einem Steg begrenzt, wobei die Form (10) mit der Spritzmaschine (20) kraftschlüssig verbunden ist, damit sie über den Düsendurchlaß (50) mit dem Maschinenkörper (22) in Verbindung steht, so daß durch die Axialbewegung des Spritzkolbens (21) der erwärmte Kunststoff unter Druck ab dem Körper durch den Düsendurchlaß hindurch in Richtung des Form-Hohlraums eingespritzt wird, und

einem Ventil (40) besteht, das an einer vom Steg entfernt liegenden Stelle zum Zwecke einer Bewegung relativ zum Düsendurchlaß (50) angeordnet ist, um die Verbindung zwischen dem Körper (22) und dem Form-Hohlraum (11) zu unterbrechen und um einen geschlossenen Raum zu bilden, welcher einen Abschnitt des Düsendurchlasses (50) neben dem Form-Hohlraum und den Form- Hohlraum (11) umfaßt, so daß die Spritzmaschine zum Starten eines Formvorgangs für einen zweiten Artikel zur Verfügung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß der beim Schließen des Ventils (40) gebildete, geschlossene Raum nur durch den Düsendurchlaßabschnitt, das Ventil (40) und den Form-Hohlraum (11) begrenzt wird, so daß er ein festes Volumen (X) hat, wobei das Ventil (40) den Düsendurchlaß (50) unterbricht, um ein Verdichten eines vorbestimmten Abschnitts des eingespritzten Materials in dem feststehenden, geschlossenen Raum (X) zu bewirken, so daß dieser Abschnitt des verdichteten Materials einen internen Haltedruck ausübt, um sich gegen die Form zu drängen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren eine heiße Angußform (15) aufweist, die stromabwärts vom Ventil (40) angeordnet ist und einen Abschnitt des Düsendurchlasses (50) bildet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizeinrichtung (17; 18) zum momentanen Erwärmen eines Teils des Materials am Steg der Form einschließt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Abschnitts des Düsendurchlasses (50), der von dem Ventil (40) begrenzt wird, wenn der Düsendurchlaß unterbrochen ist, im wesentlichen gleich dem des Form- Hohlraums (11) ist.