DE69312039T2 - Vorrichtung zum Spritzgiessen von Verbundstoffen in Formgebungsformen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form für Material, das "Kompositmaterial" genannt wird, das heißt, es ist zusammengesetzt aus einer geeigneten Mischung eines polymerisierbaren Harzes, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls Füllstoffen.
• Für das Spritzgießen dieses Kompositmatenais in das Innere einer Druckgußform verwendet man normalerweise eine Förderschnecke, die einerseits in eine Rotationsbewegung um die eigene Achse gebracht wird, um den Transport des Materials sicherzustellen, und andererseits in eine axiale Translationsbewegung, um nach Art eines Kolbens das genannte Material mit Kraft in den Hohlraum (das Nest) der Druckgußform zu drücken.
• Um bestimmten Nachteile dieses bekannten Systems abzuhelfen, insbesondere der Zerstörung der Fasern durch die Förderschnecke und dem Entstehen eines sehr großen Eingußzapfens, wurde in dem französischen Patent Nr. 88 04564/2629388 (INOCAR) eine verbesserte Vorrichtung vorgeschlagen, die zusätzlich zu einer bestimmten Zahl an Dosiervorrichtungen mit beweglichen Kolben, verbunden mit einer gemeinsamen Einrichtung zur gleichmäßigen Beschickung, ebenfalls vom Typ eines Kolbens, noch eine Reihe von Einspritzvorrichtungen enthält, und zwar in der gleichen Anzahl wie die vorgenannten Dosiervorrichtungen, die direkt auf der Druckgußform an unterschiedlichen Stellen des Hohlraumes der Form angeordnet sind. Jede Einspritzvorrichtung ist ausgestattet mit einer Nadel, die mit einem Stellantrieb verbunden ist, der gesteuert wird, um die Einspritzung, die von der entsprechenden Dosiervorrichtung bewirkt wird, zu vollenden, und um die entsprechende Öffnung zum Hohlraum der Druckgußform endgültig zu verschließen.
• Eine solche Einrichtung brachte exzellente Resultate, hat aber noch einen Nachteil, den man im übrigen in den klassischen Spritzgießsystemen mit Förderschnecke antrifft, nämlich den der Entfernung der Luft, die während der Durchführung der Einspritzung im Hohlraum der Druckgußform vorhanden ist. Um diese Entlüftung sicherzustellen, ist es gebräuchlich, in der geschlossenen Stellung der Form einen ganz geringen Spalt zwischen den beiden Teilen der Form vorzusehen. Aber es ist bekannt, daß die Einspritzung gestört ist, wenn dieser Spalt zu dünn ist, während man auf dem Umfang Preß- oder Schließgrate erhält, die nachher entfernt werden müssen, wenn er groß genug ist, um alle Luft ungehemmt austreten zu lassen.
• Man hat bereits vorgeschlagen, quer durch wenigstens eine der beiden Teile der Form eine oder mehrere Entlüftungsbohrungen vorzusehen, die unmittelbar nach der Injektion des Kompositmaterials verschlossen werden. Wenn auch dieses Vorgehen gut die Bildung von zu großen Preßgraten verhindert und das Einspritzen erleichtert, bleibt nichts desto weniger, daß die Fertigung der Form durch das Einbringen der Entlüftungsbohrungen und durch ihre Verschlußvorrichtung komplizierter wird, und daß diese Bohrungen, selbst wenn sie rechtzeitig geschlossen sind, unschöne Fließlinien oder Spuren auf der Außenfläche des geformten Gegenstands einprägen.
• Genau dieses Problem der Entlüftung während des Einspritzens des Kompositmaterials in den Hohlraum der Form ist die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Gelöst wird diese Aufgabe von einer Spritzgießvorrichtung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, dessen Oberbegriff der vorgenannten FR - A - 2 629 388 entspricht.
• In der Tat besteht die Erfindung im Prinzip darin, im Rahmen einer Einspritzvorrichtung vom Typ einer beweglichen Nadel, entsprechend dem vorgenannten Dokument, im Inneren des Körpers, der das Spritzgießmundstück trägt, zwei konzentrische, kulissengeführte, verschiebliche Nadeln vorzusehen, welche an unabhängigen Steuereinrichtungen angeschlossen sind, die nacheinander in der Weise betätigt werden, daß unmittelbar vor dem Durchgang des Kompositmaterials durch einen ersten schräggestellten Kanal und seine Förderung in den Hohlraum die zentrale Nadel zurückfährt und den Innenraum der äußeren Nadel freigibt, um durch Absaugen über einen zweiten schräggestellten Kanal, der mit einer geeigneten Unterdruck- oder Vakuumquelle verbunden ist und der gegenüber dem ersten Kanal axial nach hinten verschoben ist , die Entfernung der Luft zu bewirken, die in dem genannten Hohlraum eingeschlossen ist, wohingegen die gleichzeitige Axialverschiebung der beiden Nadeln in Richtung Spritzgießmundstück die Materialförderung mit Nachdruck sichert.
• Es ist nicht uninteressant, zu bemerken, daß der Innenraum der Hohlnadel, der von der inneren Nadel freigemacht wird, geeignet ist, zu weiteren Zwecken benutzt zu werden, einerseits zum Einspritzen eines Lackes oder eines für die Oberflächenverbesserung geeigneten Harzes, um die Außenfläche des geformten Gegenstandes zu überziehen, andererseits zum Eintretenlassen eines Druckluftstrahles, der geeignet ist, das Ausstoßen des genannten Gegenstands aus der Form und das Zerteilen eventueller Preßgrate zu erleichtern.
• Die beigefügte Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, erlaubt ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer besonderen Eigenschaften und der Vorteile, die sie bietet:
• Fig. 1 zeigt schematisch einen axialen Schnitt einer allgemeinen Anordnung einer Spritzgießvorrichtung entsprechend der Erfindung.
• Fig. 2 bis 5 sind vergrößerte Detailschnitte, die die beweglichen Teile der Vorrichtung in verschiedenen Phasen (Takten) des Einspritzprozesses zeigen.
• In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen A und B die zwei Teile (Hälften) einer Druck- oder Spritzgußform, C den Formhohlraum (das Nest). Letzterer steht in Verbindung mit einem ringförmigen Raum eines Spritzgußmundstückes 1, das axial den Körper 2 der Einspritzvorrichtung durchdringt. Der Körper 2 ist zur Seite hin verbunden mit einer rohrförmigen Verlängerung 3, die als Aufnahme zweier Stellantriebe 4 und 5 ausgebildet ist.
• Der Stellantrieb 4, der am Ende der Verlängerung 3 vorgesehen ist, enthält einen Zylinder 4a, in dessen Innerem ein Kolben 4b verschiebbar angeordnet ist, an dem eine Stange 4c befestigt ist. Die Axialverschiebung der beweglichen Bauteile 4b und 4c wird durch abwechselnde Beschickung eines unter Druck stehenden Fluids durch die eine oder die andere der beiden Zuleitungen 4d erreicht.
• Der Zylinder 5a des Stellantriebs 5 ist am Ende der beweglichen Stange 4c des Stellantriebs 4 befestigt und enthält einen Kolben 5b, der seinerseits mit einem axialen Stift 5c versehen ist. Selbstverständlich sind die zwei Zuleitungen 5d, die die axiale Verschiebung des Kolbens 5b ermöglichen, durch einen Längsschlitz 3a (ein Langloch) der Verlängerung 3 geführt, um die Verschiebung der beweglichen Teile 5b und 5c des Stellantriebs 5 nicht zu behindern.
• Um den Zylinder 5a herum ist eine Buchse 5e vorgesehen und an diesem Zylinder befestigt, so daß sie sich axial zur gleichen Zeit verschiebt wie dieser und wie die beweglichen Teile 4b und 4c des Stellantriebs 4. Der Boden dieser Buchse 5e wird von einer Nadel 6 durchstochen, die an der Spitze des Stifts 5c befestigt ist und die axial in das Innere einer Hohlnadel 7 hineinreicht.
• Letztere ist an der Buchse 5e und senkrecht zu deren Boden stehend befestigt und reicht in eine Führung, die das Einspritzmundstück 1 durchquert.
• Man bemerke auch, daß der Körper 2 von zwei schräg verlaufenden Kanälen 2a und 2b durchbohrt ist, welche in Längsrichtung des Mundstücks 1 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
• - Der Kanal 2a, der näher an dem Hohlraum C der Form angeordnet ist, ist mit einer Zuleitung 8 verbunden, die zum Ausgang einer Dosiervorrichtung für Kompositmaterial reicht.
• - Am Kanal 2c ist eine Zuleitung 9 angeschlossen&sub1; die geeignet ist, im richtigen Moment an eine Vakuumquelle angeschlossen zu werden.
• Es versteht sich von selbst, daß die Rohrwandung des Mundstücks 1 von je einer Öffnung auf der Höhe durchbohrt ist, die ein Einmünden jedes der Kanäle 2a und 2b erlaubt.
• Um die Funktion der Spritzgießeinrichtung darzustellen, die eben beschrieben wurde, beginnt man am besten mit dem Arbeitstakt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Der Stellantrieb 4 ist so beschickt worden, daß die freie Spitze der Hohlnadel 7 sich auf dem Niveau der Vorderseite des Mundstücks 1 befindet, so daß diese Nadel 7 den Ausgang des Kanals 2a verschließt. Dagegen ist der Stellantrieb 5 in eine solche Position gebracht worden, daß sich die innere Nadel 6 in zurückgezogener Position befindet, ihre freie Spitze liegt unmittelbar hinter der Einmündung des Kanals 2b.
• Es ist klar, daß bei diesen Bedingungen der Hohlraum C mit der Vakuumpumpe verbunden ist, nämlich über den Innenraum der Hohlnadel 7, eine seitliche Öffnung 7a dieser Nadel 7, den Kanal 2b und über die Zuleitung 9, so daß Luft, die den genannten Hohlraum erfüllt, durch Saugen entfernt wird (Pfeil F&sub1;).
• Sofort danach werden die beiden Schieber 4 und 5 so beschickt, wie es die Pfeile der Fig. 3 zeigen. Die zentrale Nadel 6 bewegt sich bis zum Niveau der Einmündung des Kanals 2a nach vorne und verschließt die Einmündung des Kanals 2b; zur gleichen Zeit wird die Hohlnadel 7 nach hinten bewegt, so daß sich ihre Spitze auf dem selben Niveau befindet wie die der Spitze 6, alles wie in Fig. 3 gezeigt.
• Die Dosiervorrichtung, die mit der Zuleitung 8 verbunden ist, kann nunmehr ihre Dosis Kompositmaterial in den schrägen Kanal 2a (Pfeil F&sub2;), in den Vorderteil des Kopfes 1 und in den Hohlraum der Form C einführen, deren Füllung auf diese Weise realisiert wird. Nach dem Vollenden der Füllung wird der Schieber 5 so beschickt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, so daß sich die zwei Nadeln 6 und 7 gleichzeitig nach vorne bewegen, in der Art eines einstückigen Kolbens, wobei sie den Kanal 2a verschließen und das Kompositmaterial mit Kraft in den Hohlraum C hineintreiben.
• Auf diese Weise kann im Hohlraum C der Form die Phase der Polymerisation und der Aushärtung stattfinden. Dann öffnen sich beiden Teile A und B der Form schließlich, um den hergestellten Gegenstand freizugeben. Falls man beabsichtigt, insbesondere vor dem Öffnen der Form, in den Hohlraum C eine bestimmte Menge eines Oberflächenverbesserungsmittels (I.M.C.), einzuspritzen, sollte man den Stellantrieb 5 so beschicken, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, um die Nadel 6 bis hinter die Einmündung des Kanals 2b zurückzufahren, wobei die Hohlnadel 7 dabei in der vorgeschobenen Position verbleibt. Die Zuleitung 9 ist dann mit einer unter Druck stehenden Quelle eines oberflächenverbessernden Produkts verbunden, das den Innenraum der Nadel 7 füllt (Pfeil F&sub3;); die dann abgegebene Menge wird durch axiales Verschieben der Nadel 6 mittels einer geeigneten Beaufschlagung des Stellantriebs 5 mit Kraft in den Formungsraum C gepreßt.
• Die Zuleitung 9 und der schräg verlaufende Kanal 2b können auch, immer mittels Zurückfahren der Nadel 6, gegen Ende der Polymerisationsphase zum Einblasen eines Druckluftstrahls in den Formhohlraum C verwendet werden. Dieses Einblasen, welches gleichzeitig mit der Öffnung der beiden Formhälften A und B erfolgt, bewirkt ein leichteres Auswerfen des geformten Gegenstandes aus dem Formungsraum C und ein leichteres Zerteilen der Gußgrate, die trotz allem noch in Höhe der Teilungsebene der Form vorhanden sein können.
• Auf jeden Fall versteht man, daß die Entfernung der Luft aus dem Formungshohlraum C vor dem Einspritzen des Kompositmaterials die Füllung des genannten Hohlraums erleichtert, ohne auf der Oberfläche des geformten Gegenstandes irgendwelche anderen Spuren zu schaffen als die, die von der Einspritzung stammen.
• Es versteht sich von selbst, daß man sich für die unabhängige Bewegung der zwei Nadeln 6 und 7 auch andere, raffiniertere Antriebselernente als die hier beschriebenen vorstellen kann, auch solche, die für eine zentrale Steuerung mittels eines Automaten, eines Rechners oder etwas ähnlichem geeignet sind.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Einspritzen eines Kompositmaterials in das Innere einer Formgebungsform von der Art, bei der die Füllung des Formhohlraums (C) mittels axialer Verschiebung einer Nadel im Inneren eines Mundstücks (1) vollendet wird, welches arn Ende eines Körpers (2) einer mit Kompositmaterial gespeisten Einspritzvorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Körper (2) in einer axialen Führung zwei konzentrische Nadeln (6, 7) enthält, die mit unabhängig voneinander wirkenden Steuerelementen (4, 5) verbunden sind, die nacheinander in der Weise betätigt werden, daß unmittelbar vor dem Durchgang des Kompositmaterials durch einen ersten Kanal (2a) im Körper (2) und seine Förderung in den Hohlraum (C) die zentrale Nadel (6) zurückfährt und den Innenraum der äußeren Hohlnadel freigibt, um durch Absaugen über einen zweiten Kanal (2b), der mit einer geeigneten Vakuumquelle verbunden und gegenüber dem ersten Kanal axial nach hinten verschoben ist, die Entfernung der Luft, die in dem genannten Hohlraum (C) eingeschlossen ist, zu bewirken, wohingegen die gleichzeitige Axialverschiebung der beiden Nadeln (6, 7) in Richtung Spritzgießmundstück (1) die Materialförderung mit Nachdruck sichert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kanäle (2a, 2b) schräg nach hinten geneigt und/oder voreinander versetzt in Richtung der zwei konzentrischen Nadeln (6, 7) orientiert sind.

3. Vorrichtung nach einem der beiden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (2b) dafür geeignet ist, wahlweise genauso an eine Quelle eines oberflächenverbessernden Produkts (I.M.C.) wie an eine Druckluftquelle angeschlossen zu werden.