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Dokumentenidentifikation DE102005048787A1 04.05.2006
Titel Verfahren zum Spritzgießen mit Druckspeicher
Anmelder ENGEL AUSTRIA GmbH, Schwertberg, AT
Erfinder Lampl, Alfred, Dipl.-Ing. Dr., Schwertberg, AT
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Anmeldedatum 12.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048787
Offenlegungstag 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse B29C 45/47(2006.01)A, F, I, 20051012, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 45/20(2006.01)A, L, I, 20051012, B, H, DE   B29C 45/77(2006.01)A, L, I, 20051012, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zum Spritzgießen mit einem hydraulischen Spritzzylinder und Druckspeicher, bei dem unter Druck stehende Kunststoffschmelze aus einem absperrbaren Vorraum (1) nach Öffnen einer Absperrung (6) in einen Formhohlraum (4) gespritzt wird und diesen unter Druck füllt, wobei das Schmelzevolumen des Vorraumes (1), das Ölvolumen des Spritzzylinders (2) und das Gasvolumen des Druckspeichers (3) gemeinsam verdichtet werden, bis im Vorraum (1) der notwendige Vorspanndruck erreicht wird und anschließend nach dem Öffnen der Absperrung (6) die gleichzeitige Expansion der komprimierten Stoffe erfolgt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzgießen mit Druckspeicher, bei dem unter Druck stehende Kunststoffschmelze aus einem absperrbaren Vorraum nach Öffnen der Absperrung in einen Formhohlraum gespritzt wird und diesen unter Druck füllt. Der für dünnwandige Formteile notwendige schnelle Einspritzvorgang wird durch die in der Schmelze, dem Hydrauliköl, den elastisch verformten Maschinenteilen und im Druckspeicher während der Kompressionsphase gespeicherte Energie bewerkstelligt. Während dem Druckaufbau sind der Hydraulikzylinder und der Druckspeicher verbunden und erzeugen im Vorraum der Schnecke bei geschlossener Verschlussdüse den erforderlichen hohen Vorspanndruck.

Stand der Technik ist die Verwendung von Spritzgießmaschinen mit Druckspeicherbetrieb für die Herstellung von dünnwandigen Spritzgussteilen. Üblicherweise wird jedoch vor Spritzbeginn nur der Druckspeicher vorgespannt und zur Energiespeicherung verwendet. Die Kunststoffschmelze im Vorraum und das Hydrauliköl im Spritzzylinder sind drucklos. Durch den hohen Druckverlustbeiwert der Werkzeugkavitäten und die sich ausbildende erstarrte Randschicht im Werkzeug nimmt der Füllwiderstand und der notwendige Einspritzdruck während dem Füllvorgang rasch zu. Daher wird die zunächst drucklose Schmelze und das Hydrauliköl verdichtet und dafür ein Teil der aufgebrachten Einspritzenergie verbraucht. Der Wert der gemessenen Fließfrontgeschwindigkeit weicht aus diesem Grunde stark vom berechneten Wert ab (bis 1/6 kleiner).

In der europäischen Patentanmeldung EP 1 074374 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem nur die Schmelze im Schneckenvorraum verdichtet wird und nach dem Öffnen der Absperrung den Werkzeughohlraum füllt. Dieses Verfahren kann nur für die Herstellung von Teilen mit geringem Gewicht verwendet werden, da das mögliche Speichervolumen und der Vorspanndruck eng begrenzt sind. Es wird nur die druckabhängige Kompressibilität der Schmelze und die elastische Verformung der Maschinenteile bei der Werkzeugfüllung durch Expansion der Schmelze ausgenützt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von extrem dünnwandigen Spritzgussteilen mit größerem Gewicht und längeren Fließwegen. Notwendig sind Spritzgießmaschinen, die mit einer steuerbaren Verschlussdüse ausgerüstet sind und die für den Verfahrensablauf notwendigen Bauteile der Hydraulikanlage samt den erforderlichen Drucksensoren aufweisen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung, die nur die verfahrenswesentlichen Teile des Spritzaggregates zeigt, dargestellt und beschrieben (1).

Bei der dargestellten Einrichtung wird die Kunststoffschmelze im Massezylinder 9 durch die Schnecke 10 plastifiziert und gelangt in den Vorraum 1, der über Kanäle mit der steuerbaren Verschlussdüse 5 fast bis zum Werkzeug reicht. Die werkzeugseitige Öffnung der Verschlussdüse 5 ist durch eine Absperrung 6 verschließbar. Das Zurückströmen der Schmelze in die Schneckengänge wird durch die Rückströmsperre 11 verhindert. Die Absperrung kann zum Beispiel über eine Verschlussnadel 6 erfolgen, die über einen Hebel 7 und eine Verbindungslasche 8 von einem Luftzylinder bewegt wird. Im Werkzeug 23 befindet sich die Kavität 4, deren Volumen wesentlich kleiner ist als das Volumen des Vorraumes 1. Der für die Werkzeugfüllung notwendige hohe Druck (bis 3500 bar) wird bei geschlossener Veschlussdüse durch die Hydraulikpumpe 18 über den Hydraulikzylinder 11 mit Spritzkolben 12 aufgebaut. Gleichzeitig wird bei geöffnetem Schieber 16 der Druckspeicher 15 druckbeaufschlagt. In dieser Kompressionsphase wird also Energie in der Schmelze im Vorraum 1, im Öl des Spritzzylindervolumens 2 und im Gasvolumen 3 des Druckspeichers 15 gespeichert. Nach dem Öffnen der gesteuerten Verschlussdüse 5 erfolgt die gleichzeitige Expansion der komprimierten Stoffe und die Werkzeugkavität wird dadurch sehr schnell gefüllt. Der Druck im Vorraum 1, im Spritzzylindervolumen 2 und im Druckspeichervolumen 3 sinkt bis die Kavität volumetrisch gefüllt ist und ein Druckausgleich zwischen Kavität und Vorraum stattgefunden hat. Vor dem Umschalten auf Nachdruck wird der Steuerschieber 16 geschlossen und im Druckspeicher der Enddruck der Füllung gehalten. Der Schieber 16 öffnet erst wieder, wenn in der Kompressionsphase im Spritzzylinder 11 der im Druckspeicherbereich vorhandene Druck erreicht wird. Der Druckvergleich erfolgt durch die Sensoren DS3 21 und DS2 22 und die Steuereinheit 19 gibt das Signal für die Verstellung des Schiebers 16. Der Drucksensor DS1 20 im Vorraum 1 registriert den Schmelzedruck während der Verdichtung- und der Expansionsphase.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass in der Kompressionsphase des Verfahrens eine gleichzeitige Verdichtung von Kunststoffschmelze, Hydrauliköl und Druckgas erfolgt und die gesamte gespeicherte Energie nach dem Öffnen der Schlussdüse durch Expansion zur raschen Werkzeugfüllung vorhanden ist. Sehr kurze Füllzeiten für dünnwandige Spritzgussteile bei geringen Schwankungen der Qualitätsmerkmale sind erreichbar. Wählt man zweckmäßigerweise zuerst den Vorspannsdruck (meistens 2000-3000 bar) und das Volumen im Vorraum 1 (wesentlich größer als der Werkzeughohlraum 4), sind auch der Druck und das Volumen im Spritzzylinder und Druckspeicher festgelegt. Mit einem Rechenprogramm kann dann der Druckverlauf im Vorraum 1 und der Volumenstrom der Schmelze zum Werkzeughohlraum während der Expansion berechnet werden. Durch einen Vergleich mit der berechneten optimalen Füllzeit für das dünnwandige Spritzgussteil kann die Annahme überprüft werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Spritzgießen mit einem hydraulischen Spritzzylinder und Druckspeicher, bei dem unter Druck stehende Kunststoffschmelze aus einem absperrbaren Vorraum (1) nach Öffnen einer Absperrung (6) in einen Formhohlraum (4) gespritzt wird und diesen unter Druck füllt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzevolumen des Vorraumes (1), das Ölvolumen des Spritzzylinders (2) und das Gasvolumen des Druckspeichers (3) gemeinsam verdichtet werden, bis im Vorraum (1) der notwendige Vorspanndruck erreicht wird und anschließend nach dem Öffnen der Absperrung (6) die gleichzeitige Expansion der komprimierten Stoffe erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher (15) und dem Spritzzylinder (11) ein Absperrschieber vorhanden ist, der beim Umschalten auf Nachdruck die Verbindung zwischen Druckspeicher (15) und Spritzzylinder (11) unterbricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (16) die Verbindung zwischen Druckspeicher (15) und Spritzzylinder (11) herstellt, wenn während der Kompressionsphase im Spritzzylinder (11) der im Druckspeicher (15) vorhandene Druck erreicht wird, wobei die Druckabgleichung durch die Drucksensoren (21, 22) über die Steuerung (19) erfolgt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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