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Verfahren zum anzußlosen Spritzen von Thermoplastteilen
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Beim Spritzen von Thermoplastteilen wird häufig mit einem Angußkegel,
Verteiler oder ähnlichem gearbeitet, d.h. von dem verspritzten Material ist ein
bestimmter Prozentsatz Abfall. Dieser Abfall kann zwar wieder eingeschmolzen werden,
Jedoch ist dies nicht grundsätzlich möglich. Vor allem darf dieser Abfall bei Präzisionsteilen
mit hohen mechanischen und physikalischen Eigenschaften nicht wieder eingeschmolzen
werden, da es sich meistens nicht vermeiden läßt, daß dieser Abfall durch Maschinenöl
und Staub verschmutzt wird. Ferner besteht auch eine große Gefahr der Vermischung
mit anderen Werkstoffen. Außerdem ist eine gewisse Schädigung des Materials bei
mehrmaligem Aufschmelzen festzustellen, so daß die Materialhersteller nur eine geringe
Beimischung von gemahlenen Angüssen für vertretbar halten; um diesen Materialverlust
zu vermeiden, wurden einige Direktanspritzverfahren entwickelt, und zwar sind das
vorwiegend Heißkanal- und Isolierkanal-Systeme.
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Bei einem Heißkanalverfahren wird mit einer Naschinendüse in ein beheiztes
Verteilersystem gespritzt, welches Bestandteil des Werkzeuges ist. Das Material
wird hierbei im flüssigen Zustand bis zur Formhöhlung geführt und dort erst in einem
kleinen Angußpunkt bis unter die Schmelztemperatur abgekühlt. Dieser Vorgang ist
nicht leicht zu beherrschen und bedingt wegen des hohen Wärmeübergangs zwischen
Form und Werkzeug und der notwendigen Isoliermaßnahmen eine gewisse Baugröße der
Angußbuchsen. Da zwischen Materialkanal und Form eine große Temperaturdifferenz
(bis 100 0) eingehalten werden muß, ist immer eine Kühlung der Angußbuchsen notwendig.
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Bei zu hoher Formtemperatur braucht der Spritzling zu lange zum Abkühlen
und wird daher wegen der langen Standzeit des Werkzeuges meist zu teuer. Wird zu
wenig abgekühlt, so können beim Spritzling
Verformungen beim Ausstoßen
auftreten, was zu einer sehr hohen Ausschußquote führt.
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Beim Isolierkanalverfahren treten ähnliche Verhältnisse auf. Bei diesem
Verfahren wird jedoch die Kanaltemperatur durch einen sehr dicken Querschnitt aufrechterhalten,
d.h. der Kunststoff isoliert sich selbst, denn es wird nur durch die Seele des Kanals
gespritzt.
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In dem Verbindungskegel zwischen Verteilung und Formhöhlung ist meist
noch ein kleiner Zusatzheizstab eingesetzt, der das zu schnelle Erstarren bei kleinen
Störungen verhindert. Diese beiden Systeme sind bei Werkstoffen, die keinen exakten
Schmelzpunkt haben und die auf unterschiedliche Formtemperaturen innerhalb eines
Formnestes nur gering reagieren, allgemein mit Erfolg eingesetzt. Bei teilkristallinen
Werkstoffen, die wegen ihrer hohen mechanischen und physikalischen Qualitäten für
Präszisionsteile vor allem in der Feinwerktechnik eingesetzt werden, wird weiterhin
meist mit einem kalten Anguß gearbeitet. Wie zuvor ausgeführt, kann aber der dadurch
auftretende Abfall meist nicht mehr weiterverarbeitet werden, so daß die auf diese
Weise hergestellten Spritzlinge relativ teuer sind.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem auch hochwertige Werkstoffe mit höchster Qualität und ohne Abfall verarbeitet
werden können. Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zum angußlosen
Spritzen von Thermoplastteilen und ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder
mehreren bis zum Spritzling in die Form reichenden Spritzdüsen nach Ausführung des
Spritzvorganges durch entsprechendes Abkühlen der Düsenspitzen ein ein Abreißen
an der Spritzlingsoberfläche zulassender Verschlußpfropfen erstarrt, der nach dem
Abreißvorgang wieder aufgeschmolzen wird und dadurch einen neuen Spritzvorgang gestattet.
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Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch realisieren, daß die Düsenspitze
bzw. mehrere in einem Heißkanalblock vorgesehene Spritzdüsen zur Ausführung des
Spritzvorganges in die Spritzform eingeschoben und gegen Anlageflächen der Spritzform
gedrückt werden und daß nach dem Spritzvorgang die Düsen noch so lange im
Wärmekontakt
mit der Spritzform gehalten werden, bis durch Absinken der Temperatur an den Düsenspitzen
durch künstliche Kühlung und/oder durch natürlichen Temperaturausgleich zwischen
Form und Düsen innerhalb der Düsenspitzen ein erstarrter Pfropfen entsteht, wonach
die Düsen von den Anlageflächen unter Abreißen der Angüsse an der Oberfläche des
Spritzlings abgehoben und die Pfropfen durch die zur Düsenspitze nachströmende Wärme
wieder aufgeschmolzen werden.
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Vorzugsweise sind die Düsenspitze bzw. mehrere in einem Heißleiterblock
vorgesehene Düsenspitzen mit einer zusätzlichen Heizung und Kühlung versehen, wobei
Heizung und Kühlung zyklusabhängig so gesteuert werden, daß mit Sicherheit innerhalb
eines Spritzzyklus die erforderliche Schmelztemperatur bzw. die erforderliche Kühlung
zur Pfropfenbildung erreicht werden.
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Damit das Abreißen der Angüsse mit Sicherheit unmittelbar an der Spritzlingsoberfläche
erfolgt, ist es vorteilhaft, daß die DUsenspitze bzw. die Düsenspitzen an ihrer
Materialaustrittsseite eine oder mehrere verengte Austrittsstellen aufweisen. Vorzugsweise
sind die Spritzform und die Düsenspitze bzw. Düsenspitzen an ihren in Berührung
kommenden Anlageflächen zylindrisch oder kegelig ausgebildet. Derartige Flächen
ermöglichen einen raschen Temperaturausgleichs- und Abkühlvorgang für die Düsenspitze
bzw.-spitzen.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß das abzukühlende Metallvolumen der Düsenspitze
möglichst klein gehalten wird, um ein unnötiges Erwärmen der Spritzform zu verhindern.
Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Düsen klein gehalten werden können und daher
das erfindungsgemäße Verfahren zum Spritzen kleinster Teile besonders geeignet ist,
was mit den bisher bekannten Heißkanal- und Isolierkanal-Systemen aus vorstehenden
Gründen nicht möglich ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Abreißvorgang und
der Spritzvorgang von einem in der Düsenspitze eingebauten Wärmefühler gesteuert
bzw. überwacht werden.
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Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele eines Abreiß-Heißkanal-Systems
dargestellt sind, wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:
Figur
1 ein Abreiß-Heißkanal-System mit Einfachform und Figur 2 ein Abreiß-Heißkanal-System
mit Mehrfachform oder Mehrfachanguß.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 wird eine Spritzdüse 1 einer
allgemein mit 2 bezeichneten Spritzgid3maschine unmittelbar zum Spritzen verwendet.
Die Düse 1 ist an einem DUsenhalter 3 eines Spritzzylinders 4 eingeschraubt. Mit
5 ist eine Düsen-Heizung und mit 6 eine Schneckenheizung angedeutet. Der Düsenkanal
7 ist durch eine Düsennadel 8 verschließbar. Am vorderen Ende des Düsenkanals ist
eine Engstelle 9 vorgesehen zur Erleichterung des Abreißvorganges. Die Düsenspitze
ist mit einem Wärmefühler 10 versehen, mit dem die Temperatur an der Düsenspitze
überwacht werden kann. An einem Gehäuseteil 11 der Spritzgießmaschine 2 liegt über
eine wärmedämmende Dichtung 12 ein feststehender Teil 13 des einen Teil der Form
bildenden Werkzeuges an. In dem Teil 13 ist eine Formplatte 14 eingelassen, die
einen Anlegekegel 15 für die Düse 1 aufweist. Die entsprechende Anlagefläche 16
der Düse 1 ist so ausgebildet, daß ein möglichst guter Wärmeübergang# stattfinden
kann. Mit Wärmefühlern 17 und 18 kann sowohl die Temperatur in dem Anlagekegel 15
als auch die Werkzeugtemperatur überwacht werden. Ein beweglicher Teil 19 des Werkzeuges
trägt in einer entsprechenden Ausnehmung einen Formeinsatz 20, der zur Bildung einer
Formhöhlung 21 mit der Formplatte 14 zusammenwirkt. Mit 22 sind Formstifte und mit
23 und 24 Auswerfer bezeichnet. Mit Pfeil 25 ist die Schließrichtung des Werkzeuges
angedeutet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich nun folgender Ablauf:
Nach dem Schließen der Form, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, wird die Düse
1 in den Anlegekegel 15 der Formplatte 14 gepreßt, wobei die beiden Kegelfächen
15 und 16 so ausgebildet sind, daß die Stirnfläche der Düse 1 direkt bis zum Spritzling
reicht und einen Teil der Formhöhlung 21 bildet. Danach wird in üblicher Weise der
Spritzvorgang unter Zurückziehen der Düsennadel 8 ausgeführt. Nach Ausführung des
Spritzvorganges, der innerhalb von wenigen Sekunden stattfindet, sinkt die Temperatur
an
der Düsenspitze um ca. 40 ,~ der Temperaturdifferenz zwischen Form und Düse ab.
Dabei wird der Schmelzpunkt des Kunststoffes unterschritten und es entsteht so ein
kleiner erstarrter Pfropfen innerhalb der Düse hinter der verengten Austrittsstelle
9. Dieser natürliche Abkühleffekt kann im Bedarfsfalle auch noch durch eine zusätzliche
Düsenspitzenkühlung erreicht bzw. untersetzt werden.
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Sobald die Temperatur unter dem Schmelzpunkt abgesunken ist, wird
die Düse 1 von der Formplatte 14 abgehoben und, da die Oberfläche des Spritzlings
bereits erstarrt ist, der Anguß an der Oberfläche des Spritzlings abgerissen. Durch
einen Hinterschnitt an der Austrittsstelle der Düse verbleibt der Pfropfen in dieser.
Der Abreißvorgang ist ähnlich wie bei einem Dreiplattenwerkzeug. Während der Spritzling
weiter in der Form 8 abkühlt, um nach genügender Erstarrung ausgestoßen zu werden,
wird die Düsenspitze wieder aufgeheizt. Das geschieht einfach durch nachströmende
Wärme aus der übrigen Düse 1 und der Düsenheizung 5. Es kann aber auch unabhängig
davon eine zusätzliche Düsenspitzenheizung vorgesehen sein, welche dann entsprechend
dem Arbeitszyklus angesteuert wird. Hierzu kann beispielsweise der Wärmefühler 10
in der Düsenspitze verwendet werden. Bis der Spritzling abgekühlt und ausgestoßen
wird, ist der kleine Pfropfen in der Düse wieder aufgeschmolzen und der nächste
Spritzzyklus kann beginnen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten
Spritzverfahren folgende Vorteile: Durch die kurze Anlegezeit und kleine Wärmekapazität
der Düse findet ein relativ schneller Temperaturausgleich zwischen Düse und Spritzform
statt, so daß nur ein Bruchteil der Wärme von der Düse in die Form gelangt, als
bei den bekannten Heißkanal-bzw. Isolierkanal-Systemen. Dadurch ergibt sich auch
eine viel gleichmäßigere Formtemperatur von Formoberteil zu -unterteil, d.h. der
Verzug der Teile wird auf ein Minimum reduziert. Durch entsprechende Ausbildung
der Engstelle 9 kann der Abreißpunkt so klein gehalten werden, wie bei einem normalen
Dreiplattenwerkzeug. Da keine Isoliermaßnahmen zwischen Düsenspitze und Form erforderlich
sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch noch bei relativ kleinen Teilen angewendet
werden, da die Düsenspitze bzw. Düse sehr klein dimensioniert werden kann. Bei den
bekannten
Systemen richtet sich die Zykluszeit häufig nach der Entformbarkeit
des Angusses, der entsprechend groß dimensioniert sein muß; da dieser bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren entfällt, ist eine Verkürzung des Spritzzyklus möglich. Ferner entfällt
der bei den bekannten Verfahren benötigte Aufwand zum Trennen von Spritzlingen und
Angüssen.
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Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Mehrfachform oder
einem Mehrfachanguß. Gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in
Figur 1 versehen. Mit 1 ist die Düse bezeichnet, die nun nicht unmittelbar an die
Form sondern an einer Einmündung 26 eines Heißkanalblockes 27 angelegt ist. über
Angußkanäle 28 wird das Material zu den eigentlichen Spritzdüsen 30 geleitet, von
denen in Figur 2 nur eine einzige dargestellt ist. Diese Düse 30 ist ähnlich wie
die Düse 1 nach Figur 1 ausgebildet, wobei die Düsenspitze ebenfalls unmittelbar
mit einer Angußplatte 14 zusammenwirkt, welche ebenfalls einen Teil der Form bildet
Mit 31 ist die spezielle Heizung für den Heißkanalblock 27 bezeichnet. Mit Hilfe
der zylindrischen Ansätze 32 und 32a, die in den Bohrungen 33 und 33a des Werkzeugteiles
29 und des Zentrierringes 34 gleiten, ist der Heißkanalblock 27 axial beweglich
geführt. Nach dem Schließen der Form werden die in den Heißkanalblock 27 eingesetzten
Düsen in axialer Richtung vorgeschoben und in die Anlagekegel der Angußplatten 14
gedrückt und sodann der Spritzvorgang ausgeführt.
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Innerhalb von wenigen Sekunden sinkt die Temperatur der Düsenspitzen
um ca. 40 96 der Temperaturdifferenz zwischen Form und Düse ab. Dabei wird der Schmelzpunkt
unterschritten und es entsteht ein erstarrter Pfropfen innerhalb der Düsen. Nun
werden die Düsen 30 durch axiales Bewegen des Heißkanalblockes 27 in Pfeilrichtung
35 von der Form abgehoben, wodurch der in den Düsen verbleibende Anguß an der Spritzlingsoberfläche
abgerissen wird.
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Die Axialbewegung des Heißleiterblockes 27 kann von der axialen Schneckenbewegung
abgeleitet werden, wobei es zweckmäßig ist, daß die Düse 1 leicht von ihrer Anlagefläche
am Heißkanalblock abgehoben wird und damit eine gewisse Druckentlastung in den Kanälen
28 entsteht. Das überschüssige Material kann tannin den die Düse 1 umgebenden Raum
36 ausweichen; oder die Druckentlastung wird dadurch bewirkt, daß Düse 1 in vührungsring
32a
eingepaßt ist, und bei einer Hubbewegung von Düse gegenüber
Heißkanalblock vor der Düse ein Druckentlastungsraum 37 entsteht.
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2 Figuren 6 Patentansprüche