DE19947984A1 - Spritzgiessmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Spritzgießmaschine (1) zur Herstellung von Kunststoffteilen (2), beispielsweise Zahnbürstenkörpern, Gehäuseteilen, Schalungs- oder Verkleidungselementen, weist eine Spritzgießform (3) und eine im Bereich einer Einspritzöffnung (7) der Spritzgießform (3) mündende Einspritzdüse (8) zum Einspritzen des Kunststoffmaterials (9) in den Formhohlraum (6) der Spritzgießform (3) sowie eine Einspritzdüse zum Injizieren von Gas oder Flüssigkeit in den Formhohlraum (6) auf. Die Einspritzdüse (8) ist mittels einer axial verstellbaren Verschlußnadel öffen- und schließbar. Zum Einspritzen des Kunststoffmaterials (9) und zum Injizieren des Gases beziehungsweise der Flüssigkeit ist eine gemeinsame Einspritzdüse (8) vorgesehen, die einen Kanal (13) für das Kunststoffmaterial (9) und einen Gas- beziehungsweise Fluid-Kanal (14) aufweist, die wahl- oder wechselweise öffen- beziehungsweise schließbar sind. Die Einspritzdüse weist eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Verschlußnadel (10) sowie eine insbesondere koaxial innerhalb der äußeren Verschlußnadel (10) axial verschiebbar gelagerte innere Verschlußnadel (11) auf. Die äußere Verschlußnadel (10) weist in ihrem dem Formhohlraum (6) zugewandten Endbereich eine mittels der inneren Verschlußnadel (11) wahl- oder wechselweise öffen- und schließbare Austrittsöffnung (18) auf (Figur 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Kunststoffteilen, beispielsweise Zahnbürstenkörpern, Gehäuseteilen, Schalungs- oder Verkleidungselementen, mit einer Spritzgießform und einer im Bereich einer Einspritzöffnung der Spritzgießform mündenden Einspritzdüse zum Einspritzen des Kunststoffmaterials in den Formhohlraum der Spritzgießform, welche Einspritzdüse mittels einer axial verstellbaren Verschlußnadel öffen- und schließbar ist, sowie mit einer Einspritzdüse zum Injizieren von Gas oder Flüssigkeit in den Formhohlraum.

Beim Spritzgießen von Kunststoffteilen, insbesondere von dickwandige­ ren Teilen mit einer Dicke von mehr als etwa 2 bis 3 mm, tritt beim Abkühlen des Spritzteils in der Spritzgießform thermischer Schwund auf, das heißt das Kunststoffmaterial zieht sich zusammen, was an dem fertigen Spritzgießteil oft inakzeptable Einformungen verursacht und dieses somit unbrauchbar macht.

Man hat daher bereits Spritzgießmaschinen der eingangs genannten Art zum Gasinjektionsspritzen geschaffen. Dabei wird nach dem Einspritzen des Kunststoffmaterials Gas, beispielsweise Stickstoff, an einer Gas-Einspritzdüse in den Formhohlraum der Spritzgießform injiziert. Das Kunststoffmaterial wird dabei unter Bildung eines gasgefüllten Innenhohlraums innerhalb des Spritzgieß­ teils an die Innenwandungen des Formhohlraums zum Anliegen gebracht. Der Gasdruck wird bis zum Erstarren zumindest der äußeren, an der Spritzgießform anliegenden Kunststoff-Außenhaut aufrecht erhalten, so daß ein Zusammenziehen des Kunststoffmaterials durch thermischen Schwund vermieden ist und an dem fertigen Spritzgießteil keine dadurch verursachten Einformungen, Lunker oder dergleichen Einfallstellen vorhanden sind. Weitere Vorteile des Gasinjektions­ spritzens bestehen in dem aus dem gasgefüllten Innenhohlraum resultierenden reduzierten Materialbedarf sowie der damit verbundenen reduzierten Abkühl- und Zykluszeit.

Nachteilig bei den bisher bekannten Vorrichtungen zum Gasinjektions­ spritzen ist jedoch, daß an dem fertigen Spritzgießteil ein Loch an der Stelle zurückbleibt, an der das Gas mittels der Gas- Einspritzdüse injiziert wurde. Dieses Injektionsloch stellt ebenfalls eine oftmals inakzeptable Beeinträchtigung des Spritzgießteils dar.

In der DE 195 00 138 A1 ist eine Spritzgießmaschine beschrieben, bei der das Spritzen des Kunststoffmaterials und das Injizieren des Gases in einer ersten Spritzgießform erfolgen. Der so gespritzte Grundkörper wird in eine zweite Spritzgießform übergeben, wo durch Einspritzen weiteren Kunststoffmaterials der Grundkörper zumindest bereichsweise umspritzt und das Gas-Injektionsloch verschlossen wird. Diese Vorrichtung mit zwei Spritzgießformen, die beispielsweise als Wendewerkzeug ausgebildet sein können, ist jedoch aufwendig und kostenintensiv. Zwar ist in der DE 195 00 138 A1 auch eine Vorrichtung mit nur einer Spritzgießform beschrieben, in der Schieber angeordnet sind, die zum Spritzen einer zweiten Kunststoff­ komponente, mit der auch das Gas-Injektionsloch verschlossen werden kann, zurückgezogen werden können, jedoch ist auch diese Ausführungs­ form konstruktiv aufwendig. Nachteilig bei allen in der DE 195 00 138 A1 vorbeschriebenen Ausführungsformen ist zudem, daß das zusätzliche Kunststoffmaterial, mit dem der Grundkörper zum Teil großflächig umspritzt und das Gas-Injektionsloch verschlossen wird, beim Abkühlen thermischem Schwund unterliegt und an der außen sichtbaren Umspritzung wieder Lunker und Einfallstellen auftreten können, die die Qualität des Spritzgießteils reduzieren oder diesen unbrauchbar machen können.

Somit verbleibt als Vorteil bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der DE 195 00 138 A1 lediglich der reduzierte Materialbedarf durch die Gasinjektion beim Spritzen des Grundkörpers. Die Bildung einer Oberfläche ohne Lunker oder Einfallstellen ist durch das anschließende Umspritzen des Grundkörpers ohne Gasinjektion nicht gewährleistet.

Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Spritzgießmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Spritzgießteile in einer einzigen Form gespritzt werden können, bei denen Lunker oder dergleichen Einfallstellen an der Außenseite sicher vermieden sind und die kein störendes Injektionsloch aufweisen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere darin, daß zum Einspritzen des Kunststoffmaterials und zum Injizieren des Gases beziehungsweise der Flüssigkeit eine gemeinsame Einspritzdüse vorgesehen ist, die einen Kanal für das Kunststoff­ material und einen Gas- beziehungsweise Fluid-Kanal aufweist, die wahl- oder wechselweise öffen- beziehungsweise schließbar sind.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann zunächst der Kanal für das Kunststoffmaterial geöffnet werden und Kunststoffmaterial durch die Einspritzdüse in den Formhohlraum gespritzt werden. Anschließend wird der Kanal für das Kunststoffmaterial verschlossen und der Gas­ beziehungsweise Fluid-Kanal geöffnet, über den dann Gas oder eine Flüssigkeit durch dieselbe Einspritzdüse in den mit Kunststoff­ material gefüllten Formhohlraum beziehungsweise die plastische Seele des Kunststoffmaterials injiziert wird. Dadurch wird das Kunststoff­ material unter Bildung eines gasgefüllten - gegebenenfalls flüssigkeitsgefüllten - Innenhohlraums an die Wandungen der Spritzgießform gepreßt. Sobald die an den Wandungen der Spritzgieß­ form anliegende Außenfläche des Kunststoffmaterials durch Abkühlung eine ausreichende Festigkeit erreicht hat und nicht mehr verformbar ist, kann der Gas- beziehungsweise Fluid-Kanal verschlossen werden. Dadurch ist ein Kunststoff-Hohlkörper gebildet, der an seiner Außenseite frei von Lunkern oder sonstigen Einfallstellen ist. Das bei der Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion entstandene Loch im Kunststoffkörper wird verschlossen, indem nach dem Schließen des Gas- beziehungsweise Fluid-Kanals der Kanal für das Kunststoff­ material erneut geöffnet und Kunststoffmaterial in das Injektions­ loch gespritzt wird. Nach dem Schließen des Kunststoffmaterial-Kanals und dem Erstarren des in das Injektionsloch eingespritzten Kunststoffmaterials, was aufgrund der geringen Abmessungen des Injektionsloches nur eine kurze Zeit beansprucht, kann die Spritzgießform, bei geschlossener äußerer und innerer Ver­ schlußnadel, geöffnet und der fertige Kunststoffkörper in an sich bekannter Weise ausgeworfen werden.

Das -an sich bekannte - Injizieren von Flüssigkeit anstelle von Gas hat im wesentlichen den Vorteil einer geringeren Zykluszeit, da Flüssigkeit die Wärme des gespritzten Kunststoffmaterials besser ableiten kann als Gas und der Kunststoffkörper schneller erstarrt. Die injizierte Flüssigkeit kann nach dem Erstarren des Kunststoff­ körpers in diesem verbleiben oder, vorzugsweise über denselben Kanal, über den die Flüssigkeit zuvor injiziert wurde, abgesaugt werden.

Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine ermöglicht somit das Herstellen von Spritzgießteilen, beispielsweise Zahnbürstenkörpern, Gehäuseteilen, Schalungs- oder Verkleidungselementen, wobei durch die Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion einerseits teures Kunststoffmaterial eingespart und andererseits eine gute Oberflächen­ beschaffenheit ohne Lunker oder Einfallstellen erreicht wird. Durch den bei der Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion entstehenden Innenhohlraum in dem Spritzgießteil und der daraus resultierenden reduzierten Wandstärke verringert sich auch die Abkühlzeit, so daß die Zykluszeit beim Spritzen verkürzt ist und mehr Spritzgießteile pro Zeiteinheit produziert werden können. Darüberhinaus kann das bei der Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion entstehende Injektions­ loch in dem Spritzgießteil auf einfache Art verschlossen werden, ohne daß hierzu konstruktiv aufwendige Vorrichtungen, beispiels­ weise Wendewerkzeuge, erforderlich sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgieß­ maschine sieht vor, daß die Einspritzdüse eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Verschlußnadel sowie eine insbesondere koaxial innerhalb der äußeren Verschlußnadel axial verschiebbar gelagerte innere Verschlußnadel aufweist und daß die äußere Verschlußnadel in ihrem dem Formhohlraum zugewandten Endbereich eine mittels der inneren Verschlußnadel wahl- oder wechselweise öffen- und schließbare Austrittsöffnung aufweist. Durch diese Nadel-in-Nadel-Konstruktion ist ein besonders platzsparender Aufbau der Einspritzdüse möglich, was insbesondere bei Spritzgießmaschinen für kleinere Spritzgieß­ teile, beispielsweise Zahnbürstenkörper, vorteilhaft ist. Dabei ist zwischen einer Innenwandung der Einspritzdüse und der Außenwandung der äußeren Verschlußnadel ein Hohlkanal gebildet, durch den eine der Komponenten - Kunststoff oder Gas/Flüssigkeit - dem Formhohlraum zugeführt werden kann und dessen Verbindung mit der Austrittsöffnung der Einspritzdüse durch Axialverschieben der äußeren Verschlußnadel wahl- oder wechselweise öffen- und schließbar ist. Die zweite in den Formhohlraum einzubringende Komponente wird durch die innere Verschlußnadel zugeführt, wobei diese Komponente bei in Offenstellung befindlicher innerer Verschlußnadel durch die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel hindurch an die Austrittsöffnung der Einspritzdüse gelangt. Allein durch Axialverschieben der inneren und der äußeren Verschlußnadel kann somit jeweils eine der Materialzuführungen freigegeben werden beziehungsweise beide Materialzuführungen verschlossen werden.

Es ist zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser der inneren Ver­ schlußnadel im wesentlichen dem Innendurchmesser der äußeren Verschlußnadel entspricht und die innere Verschlußnadel dichtend in der äußeren Verschlußnadel geführt ist, und wenn die innere Verschlußnadel als Hohlnadel ausgebildet ist und in ihrem dem Formhohlraum zugewandten Endbereich einen in Offenstellung in die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel mündenden Ausström­ bereich aufweist. Dadurch ist auf einfache Weise und ohne zusätzliche Führungselemente die axiale Verschiebbarkeit der inneren Ver­ schlußnadel in der äußeren Verschlußnadel ermöglicht. Eine der beiden in den Formhohlraum einzuführenden Komponenten - Kunststoffmaterial oder Gas/Flüssigkeit - kann in der Innenhöhlung der inneren Verschlußnadel zugeführt und durch den Ausströmbereich der inneren Verschlußnadel und die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel in den Formhohlraum eingebracht werden. Durch die dichtende Führung der inneren Verschlußnadel in der äußeren Verschlußnadel ist vermieden, daß die über die innere Verschlußnadel zugeführte Komponente unkontrolliert entweicht und der Austritt ausschließlich durch die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel ist sichergestellt.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die innere Verschlußnadel als Gas- beziehungsweise Fluid-Injektionsnadel und die äußere Verschlußnadel als Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist und daß dazu die Gas- beziehungsweise Flüssigkeits-Zuführung mit der Innenhöhlung der inneren Verschlußnadel und der Kunststoff­ material-Verteiler der Spritzgießmaschine mit dem zwischen Einspritzdüse und äußerer Verschlußnadel gebildeten Zuführungskanal verbunden ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die innere Verschlußnadel einen in ihrer Schließstellung in die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel eingreifenden und über diese überstehenden Verschlußzapfen aufweist, der in Schließstellung der äußeren Verschlußnadel in die Austritts­ öffnung der Einspritzdüse eingreift und bündig mit dieser abschließt, und wenn die Austrittsöffnungen der Einspritzdüse und der äußeren Verschlußnadel den gleichen Querschnitt aufweisen. Mit dem Verschlußzapfen kann einerseits die Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel und damit die innere Verschlußnadel verschlossen werden. Andererseits bildet der Verschlußzapfen bei geschlossener innerer und äußerer Verschlußnadel einen bündigen Verschluß der Austrittsöffnung der Einspritzdüse, so daß nach dem zweiten Einspritzen von Kunststoffmaterial zum Verschließen des Injektions­ loches die Einspritzdüse mit dem Verschlußzapfen verschlossen werden kann und das fertige Spritzgießteil auch an der Einspritz­ beziehungsweise Angußstelle eine zumindest weitgehend glatte und optisch einwandfreie Oberfläche aufweist.

Es ist zweckmäßig, wenn der zentrale Innenhohlraum der inneren Verschlußnadel in einen Querkanal mündet, der zum dem Formhohlraum zugewandten Ende der inneren Verschlußnadel beabstandet ist, und wenn die innere Verschlußnadel im Bereich des Querkanals einen querschnittsreduzierten Ausströmbereich aufweist, der bei geöffneter innerer Verschlußnadel mit der Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel verbunden ist.

Eine weiterführende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine sieht vor, daß die innere Verschlußnadel an ihrem dem Formhohlraum zugewandten Ende eine mit der Austrittsöffnung der äußeren Verschlußnadel etwa fluchtende Ausnehmung aufweist, in der ein Stopfkolben axial verschiebbar gelagert ist, der zwischen einer dem Formhohlraum abgewandten, die Ausnehmung rückseitig begrenzenden ersten Position und einer zweiten, die Ausnehmung durchgreifenden Stopfposition, in der der Stopfkolben in die Austrittsöffnung der Einspritzdüse eingreift und bündig mit dieser abschließt, verstellbar ist. In der ersten Position des Stopfkolbens ist durch die Ausnehmung ein Reservoir gebildet, das bei in Offenstellung befindlicher äußerer Verschlußnadel mit dem Zuführkanal für das Kunststoffmaterial verbunden ist. Beim Spritzen des Kunststoffmaterials in die Spritzgießform füllt sich somit auch das Reservoir mit Kunststoffmaterial und beim Schließen der äußeren Verschlußnadel bleibt das Reservoir mit Kunststoffmaterial gefüllt. Die innere Verschlußnadel kann geöffnet, Gas beziehungsweise Flüssigkeit in den Formhohlraum injiziert und die innere Ver­ schlußnadel wieder verschlossen werden. Anschließend kann das in dem Reservoir gesammelte Kunststoffmaterial durch Axialverschiebung des Stopfkolbens in das Injektionsloch gestopft werden, wodurch dieses verschlossen wird. Durch das bündige Abschließen des Stopfkolbens mit der Austrittsöffnung der Einspritzdüse ist die Bildung einer glatten und optisch einwandfreien Oberfläche des Spritzgießteils sichergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, daß zum Verschließen des Injektionsloches die äußere Verschlußnadel beziehungsweise die Kunststoffmaterial-Zuführung nicht erneut geöffnet werden muß. Durch geeignete Dimensionierung der das Reservoir bildenden Ausnehmung kann gerade die zum Verschließen des Injektionsloches erforderliche Menge Kunststoff­ material bereitgehalten werden, so daß das Dosieren des Kunststoff­ materials beim Verschließen des Injektionsloches vereinfacht und das Einspritzen einer über das notwendige Maß hinausgehende Menge von Kunststoffmaterial vermieden ist.

Diese Ausführungsform ist konstruktiv einfach realisierbar, wenn die Ausnehmung als Fortsatz des Innenhohlraums der inneren Verschlußnadel ausgebildet ist, wenn der Stopfkolben axial verschieblich innerhalb des Innenhohlraums und der Ausnehmung gelagert ist und wenn vorzugsweise der Querschnitt des Stopfkolbens dem Querschnitt der Ausnehmung dichtend angepaßt und kleiner als der Querschnitt der Innenhöhlung der inneren Verschlußnadel ist. Die Ausnehmung bildet dabei die Führung für den Stopfkolben, wobei der dem Formhohlraum zugewandte Reservoir-Bereich gegenüber dem Innenhohlraum der inneren Verschlußnadel abgedichtet ist, so daß einerseits kein Kunststoffmaterial in den Innenhohlraum der inneren Verschlußnadel gelangen kann und andererseits ein Ausströmen von Gas beziehungsweise Flüssigkeit aus dem Innenhohlraum durch die Ausnehmung vermieden ist. Da der Querschnitt des Stopfkolbens kleiner ist als der Querschnitt der Innenhöhlung der inneren Verschlußnadel, verbleibt in der Innenhöhlung trotz des darin geführten Stopfkolbens ein offener Kanal für das zu injizierende Gas beziehungsweise die Flüssigkeit.

Gemäß einem anderen Vorschlag weist die innere Verschlußnadel an ihrem dem Formhohlraum zugewandten Ende eine Injektionskanüle auf, die zur Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion in den Formhohlraum der Spritzgießform einführbar ist. Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen das Gas beziehungsweise die Flüssigkeit jeweils durch den Angußpunkt an der Austrittsöffnung der Einspritzdüse injiziert wird, kann bei dieser Ausführungsform die Injektions­ kanüle in das in den Formhohlraum eingespritzte Kunststoffmaterial einstechen und das Gas beziehungsweise die Flüssigkeit bezüglich des Querschnitts des Formhohlraums etwa vom Mittelpunkt ausgehend injiziert werden. Dadurch wird eine günstige Druckverteilung erreicht, wodurch das Kunststoffmaterial in allen Bereichen der Spritzgießform gleichmäßig und vollständig an die Formwandungen gedrängt und eine über das gesamte Spritzgießteil im wesentlichen konstante Wandungsstärke des Kunststoffkörpers erreicht wird.

Es ist zweckmäßig, wenn der Innenhohlraum der Injektionskanüle in einen seitliche Ausströmöffnungen aufweisenden Querkanal mündet, der zum dem Formhohlraum zugewandten Ende der Injektionskanüle beabstandet ist, und wenn die Injektionskanüle in eine Abschluß­ stellung positionierbar ist, in der das dem Formhohlraum zugewandten Ende der Injektionskanüle in die Austrittsöffnung der Einspritzdüse eingreift und bündig mit dieser abschließt. Die Injektionskanüle kann dadurch nach dem Verschließen des Injektionsloches mit Kunststoffmaterial in die Austrittsöffnung der Einspritzdüse eingeführt werden, um in vorbeschriebener Weise eine glatte und optisch einwandfreie Oberfläche des Spritzgießteils auch im Bereich der Angußstelle zu erzielen.

Die Steuerung der Verschlußnadeln sowie gegebenenfalls des Stopfkolbens kann einfach auf an sich bekannte Weise über Kernzüge als Folgesteuerung durchgeführt werden.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt jeweils in Schnittdarstellung:

Fig. 1 einen Teil einer Spritzgießmaschine mit einer zwei Formplatten mit jeweils einem Formeinsatz aufweisenden Spritzgießform und mit einer Einspritzdüse, die eine äußere und eine koaxial darin geführte innere Ver­ schlußnadel zum Einspritzen von Kunststoffmaterial beziehungsweise zum Injizieren von Gas oder Flüssigkeit in den Formhohlraum der Spritzgießform aufweist,

Fig. 2 eine Detailansicht des Einspritzbereichs der Spritzgieß­ maschine aus Fig. 1 mit geöffneter äußerer und ge­ schlossener innerer Verschlußnadel zum Einspritzen von Kunststoffmaterial in den Formhohlraum,

Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 mit geschlossener äußerer und geöffneter innerer Verschlußnadel zum Injizieren von Gas in den Formhohlraum,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 2 und 3 mit geöffneter äußerer und geschlossener innerer Verschlußnadel nach der Gasinjektion zum Einspritzen von Kunststoffmaterial in das Injektionsloch,

Fig. 5 die Anordnung gemäß Fig. 2 bis 4 mit geschlossener äußerer und innerer Verschlußnadel nach dem Einspritzen von Kunststoffmaterial in das Injektionsloch,

Fig. 6 eine Anordnung ähnlich der aus Fig. 2 bis 5, wobei die innere Verschlußnadel an ihrem dem Formhohlraum zu­ gewandten Ende eine Ausnehmung aufweist, in der ein Stopfkolben axial verschiebbar gelagert ist, mit geöffneter äußerer und geschlossener innerer Ver­ schlußnadel zum Einspritzen von Kunststoffmaterial in den Formhohlraum und mit im oberen Totpunkt befindlichem Stopfkolben,

Fig. 7 die Anordnung aus Fig. 6 mit geschlossener äußerer und geöffneter innerer Verschlußnadel zum Injizieren von Gas in den Formhohlraum,

Fig. 8 die Anordnung aus Fig. 6 und 7 mit geschlossener äußerer und innerer Verschlußnadel und mit im unteren Totpunkt befindlichem Stopfkolben zum Verschließen des Injektions­ loches,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform mit geöffneter äußerer und geschlossener innerer Verschlußnadel zum Einspritzen von Kunststoffmaterial in den Formhohlraum, wobei die innere Verschlußnadel an ihrem dem Formhohlraum zugewandten Ende eine Injektionskanüle aufweist,

Fig. 10 die Anordnung aus Fig. 9 mit geschlossener äußerer und geöffneter innerer Verschlußnadel zum Injizieren von Gas in den Formhohlraum, wobei die Injektionskanüle in den Formhohlraum eingreift, und

Fig. 11 die Anordnung aus Fig. 9 und 10 mit geschlossener äußerer und innerer Verschlußnadel nach dem Verschließen des Injektionsloches.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Spritzgießmaschine zur Herstellung von Kunststoffteilen 2 weist gemäß Fig. 1 eine Spritzgießform 3 mit zwei Formplatten 4 auf, in die jeweils ein Formeinsatz 5 eingebettet ist. Die Formeinsätze 5 umschließen gemeinsam einen Formhohlraum 6 für das zu spritzende Kunststoffteil 2. Eine Einspritzdüse 8 mündet mit ihrer Austrittsöffnung 7 in den Formhohlraum 6, mit der einerseits Kunststoffmaterial 9 und andererseits Gas, oder alternativ eine Flüssigkeit, in den Formhohlraum 6 eingebracht werden kann. Durch das Injizieren von Gas oder Flüssigkeit in das zuvor in den Formhohlraum 6 eingespritzte Kunststoffmaterial wird dieses an die Wandungen der Formeinsätze 5 gepreßt, so daß eine glatte und optisch einwandfreie Oberfläche des Kunststoffteils 2 ohne Lunker oder dergleichen, durch thermischen Schwund verursachte Einfallstellen erzielt wird. Zudem reduziert sich die erforderliche Menge an teurem Kunststoffmaterial und die Abkühlzeit des Kunststoffteils 2 nach dem Spritzen ist, insbesondere bei Verwendung einer Flüssigkeit, die gegenüber Gas eine bessere Wärmeleitfähigkeit besitzt, verkürzt.

Zum Zuführen des Kunststoffmaterials 9 und, in diesem Ausführungsbei­ spiel, des Gases weist die Einspritzdüse 8 eine äußere Verschlußnadel 10 sowie eine innere Verschlußnadel 11 auf, die wahl- oder wechselweise öffen- beziehungsweise schließbar sind.

Die äußere Verschlußnadel 10 ist als Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet. Dazu ist der Kunststoffmaterial-Verteiler 12 der Spritzgießmaschine 1 mit dem zwischen Einspritzdüse 8 und äußerer Verschlußnadel 10 gebildeten Zuführungskanal 13 verbunden. In Offenstellung der äußeren Verschlußnadel 10 (Fig. 2) ist der Zuführungskanal 13 mit der Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8 verbunden. In ihrer Schließstellung (Fig. 3) unterbricht die äußere Verschlußnadel 10 die Verbindung zwischen Zuführungskanal 13 und Austrittsöffnung 7.

Die äußere Verschlußnadel 10 ist als Hohlnadel ausgebildet, in der die ebenfalls als Hohlnadel ausgebildete innere Verschlußnadel 11 koaxial verschiebbar gelagert ist. Die innere Verschlußnadel 11 ist als Gas- beziehungsweise Fluid-Injektionsnadel ausgebildet und ihre Innenhöhlung 14 ist dazu mit der Gas- beziehungsweise Flüssigkeitszuführung 15 (Fig. 1) der Spritzgießmaschine 1 verbunden. Die zentrale Innenhöhlung 14 der inneren Verschlußnadel 11 mündet in einen Querkanal 16 (Fig. 2 bis 5), der zum dem Formhohlraum 6 zugewandten Ende der inneren Verschlußnadel 11 beabstandet ist. Im Bereich des Querkanals 16 weist die innere Verschlußnadel 11 einen querschnittsreduzierten Ausströmbereich 17 auf, der bei geöffneter innerer Verschlußnadel 11 (Fig. 3) mit einer Austritts­ öffnung 18 der äußeren Verschlußnadel 10 verbunden ist.

Zum Verschließen der Austrittsöffnung 18 weist die innere Verschlußnadel 11 einen Verschlußzapfen 19 auf, der in Schließ­ stellung der inneren Verschlußnadel 11 (Fig. 1, 2, 4, 5) in die Austrittsöffnung 18 der äußeren Verschlußnadel 10 eingreift.

Der Außendurchmesser d1 der inneren Verschlußnadel 11 (Fig. 3) entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser d2 der äußeren Verschlußnadel 10, wodurch die innere Verschlußnadel 11 ohne zusätzliche Führungselemente in der äußeren Verschlußnadel 10 axialverschiebbar geführt ist. Darüberhinaus ist dadurch der Ausströmbereich 17 der inneren Verschlußnadel 11 in die dem Formhohlraum 6 entgegengesetzte Richtung abgedichtet, so daß ein Ausströmen von Gas beziehungsweise Flüssigkeit in den Bereich zwischen äußerer Verschlußnadel 10 und innerer Verschlußnadel 11 oberhalb des Ausströmbereichs 17 vermieden ist und der Auslaß ausschließlich durch die Austrittsöffnung 18 erfolgt.

Anhand der Fig. 2 bis 5 ist ein Herstellungsprozess mit den einzelnen Einspritzvorgängen detailliert erläutert.

In Fig. 2 befindet sich die äußere Verschlußnadel 10 in ihrer Offenstellung und das Kunststoffmaterial 9 kann durch den Kunststoff-Zuführungskanal 13 und die Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8 in den Formhohlraum 6 der Formeinsätze 5 eingespritzt werden. Anschließend wird die äußere Verschlußnadel 10 durch Absenken (Pf1) in ihre Schließstellung gebracht, wobei die Verbindung zwischen dem Kunststoff-Zuführungskanal 13 und der Einspritzöffnung 7 mit Hilfe der äußeren Verschlußnadel 10 unterbrochen wird.

Danach wird gemäß dem Pfeil Pf2 die innere Verschlußnadel 11 in ihre Offenstellung gebracht (Fig. 3). Dabei wird der Verschlußzapfen 19 aus der Austrittsöffnung 18 der äußeren Verschlußnadel 10 gehoben und Gas wird unter Druck in den Formhohlraum 6 injiziert. Dabei wird das Kunststoffmaterial unter Bildung eines Innenhohlraums 20 in der Kunststoffmasse derart an die Wandungen der Formeinsätze 5 gepreßt, daß die Außenfläche dieses Kunststoffteils 2 frei von Lunkern oder dergleichen Oberflächenfehlern ist. Der Gasdruck wird solange aufrecht erhalten, bis zumindest die Außenhaut des Kunststoffteils 2 erstarrt ist, so daß Oberflächenfehler durch thermischen Schwund des Kunststoffmaterials vermieden sind. Durch Absenken der inneren Verschlußnadel 11 (Pf3) wird die Austrittsöff­ nung 18 der äußeren Verschlußnadel 10 wieder verschlossen.

Um das Injektionsloch 21 in dem Kunststoffteil 2 zu verschließen, wird der Kunststoff-Zuführungskanal 13 durch Anheben der äußeren Verschlußnadel 10 (Pf4) erneut geöffnet (Fig. 4) und Kunststoff­ material in das Injektionsloch 21 eingespritzt. Durch erneutes Schließen der äußeren Verschlußnadel 10 (Fig. 5) gelangt der Verschlußzapfen 19 in die Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8, mit der er in dieser Stellung bündig abschließt. Dadurch kann sich der zuletzt eingespritzte Kunststoff-Pfropfen praktisch übergangslos an das übrige Kunststoffmaterial anformen, so daß der Kunststoff­ körper 2 auch im Bereich der Angußstelle eine optisch einwandfreie, geschlossene Oberfläche aufweist.

Nach dem Erstarren zumindest der Außenhaut des Kunststoffkörpers 2 können die Formplatten 4 der Spritzgießform 3 geöffnet und der Kunststoffkörper 2 in an sich bekannter Weise entformt werden. Mit dieser Spritzgießmaschine 1 ist es somit auf einfache Art möglich, ein Kunststoffteil 2 mit einer Oberfläche, die frei von Lunkern und sonstigen Einfallstellen ist, herzustellen, bei dem Kunststoffmaterial eingespart und die Zykluszeit durch verkürzte Abkühlzeiten reduziert werden kann. Darüberhinaus ist es auf einfache Art möglich, das bei der Gas- beziehungsweise Flüssigkeits- Injektion entstehende Injektionsloch zu verschließen, um eine geschlossene Oberfläche des Kunststoffteils zu erhalten.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine. Die innere Verschlußnadel 11 weist dabei an ihrem dem Formhohlraum 6 zugewandten Ende als Fortsatz der Innenhöhlung 14 eine Ausnehmung 22 auf, in der ein Stopfkolben 23 axial verschiebbar gelagert ist. Wie in den Fig. 6 bis 8 gut zu erkennen ist, ist der Querschnitt des Stopfkolbens 23 kleiner als der Querschnitt der Innenhöhlung 14 der inneren Verschlußnadel 11. Dadurch verbleibt trotz des darin geführten Stopfkolbens 23 in der Innenhöhlung 14 ein Zuführbereich für Gas beziehungsweise Flüssigkeit. Dagegen ist der Querschnitt des Stopfkolbens 23 dem Querschnitt der Ausnehmung 22 dichtend angepaßt, so daß das Gas beziehungsweise die Flüssigkeit nur durch den Querkanal 16 und den Ausströmbereich 17, jedoch nicht durch die Ausnehmung 22 entweichen kann.

In Fig. 6 befindet sich die äußere Verschlußnadel 10 in ihrer Offenstellung und Kunststoffmaterial 9 wird in den Formhohlraum 6 eingespritzt. Der Stopfkolben 23 befindet sich dabei in einer dem Formhohlraum 6 abgewandten, die Ausnehmung 22 rückseitig begrenzenden ersten Position. Dadurch bildet die Ausnehmung 22 ein mit dem Zuführungskanal 13 verbundenes Reservoir, das beim Einspritzen des Kunststoffmaterials 9 in den Formhohlraum 6 ebenfalls mit Kunststoffmaterial gefüllt wird. Nach dem Schließen der äußeren Verschlußnadel 10 (Fig. 7) bleibt das Reservoir mit Kunststoff gefüllt und bei geöffneter innerer Verschlußnadel 11 kann Gas beziehungsweise Flüssigkeit durch den Ausströmbereich, um das Reservoir herum, in den Formhohlraum 6 injiziert werden.

Bei geschlossener äußerer Verschlußnadel 10 und innerer Ver­ schlußnadel 11 (Fig. 8) wird der Stopfkolben 23 in eine zweite, die Ausnehmung 22 durchgreifenden Stopfposition, in der der Stopfkolben 23 in die Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8 eingreift und bündig mit dieser abschließt, verstellt. Dabei wird das in dem Reservoir gelagerte Kunststoffmaterial in das Injektions­ loch 21 gestopft. Da der Querschnitt der Ausnehmung 22 dem Querschnitt der Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8 angepaßt ist, füllt der in dem Reservoir gespeicherte Kunststoff-Pfropfen das Injektionsloch 21 formschlüssig aus und das Injektionsloch 21 wird mit dem Kunststoff-Pfropfen vollständig verschlossen.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die äußere Verschlußnadel 10 zum Verschließen des Injektionsloches 21 nicht erneut geöffnet werden muß, wodurch die Zykluszeit reduziert werden kann. Zudem ist durch die Dimensionierung der Ausnehmung 22 und des mit ihr gebildeten Reservoirs die Menge des zum Verschließen des Injektions­ loches 21 verwendeten Menge an Kunststoffmaterial präzise auf die jeweils erforderliche Menge dosierbar, so daß beim Verschließen des Injektionsloches 21 vermieden ist, mehr Kunststoffmaterial als notwendig einzuspritzen, und Kunststoffmaterial eingespart werden kann.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen eine dritte Ausführunsgform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine, bei der die innere Ver­ schlußnadel 11 an ihrem dem Formhohlraum 6 zugewandten Ende eine Injektionskanüle 24 aufweist. Nach dem Einspritzen des Kunststoff­ materials in den Formhohlraum 6 (Fig. 9) kann bei geschlossener äußerer Verschlußnadel 10 die innere Verschlußnadel 11 durch Absenken geöffnet und die Injektionskanüle 24 dabei in die plastische Seele im Formhohlraum 6 eingeführt werden (Fig. 10). Der Innenhohlraum 25 der Injektionskanüle 24 mündet in einen Querkanal 16, der seitliche Austrittsöffnungen 26 aufweist. Durch diese Austrittsöff­ nungen 26 kann das Gas beziehungsweise die Flüssigkeit aus einer zentral Position innerhalb des Formhohlraums 6 injiziert werden. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Verteilung des an die Wandungen. der Formeinsätze 5 gepreßten Kunststoffmaterials sichergestellt und die Qualität und Stabilität des Kunststoffteils 2 kann weiter verbessert werden.

Nach dem Erstarren des Kunststoffmaterials zumindest an der Außenhaut kann die Injektionskanüle 24 wieder aus dem Formhohlraum 6 zurückgezogen und die äußere Verschlußnadel 10 zum Verschließen des Injektionsloches erneut geöffnet werden. Fig. 11 zeigt die Spritzgießform nach dem Verschließen des Injektionsloches bei geschlossener äußerer Verschlußnadel 10 und geschlossener innerer Verschlußnadel 11. In dieser Abschlußstellung der Injektionskanüle 24 greift deren dem Formhohlraum 6 zugewandtes Ende in die Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8 ein und schließt bündig mit ihr ab, wodurch entsprechend der Anordnung gemäß Fig. 5 eine gute Oberflächenbeschaffenheit des Kunststoffteils 2 im Bereich der Einspritzöffnung erreicht wird.

In Fig. 9 und 11 ist erkennbar, daß die Austrittsöffnungen 26 bei geschlossener innerer Verschlußnadel 11 im Bereich der Wandungen der Austrittsöffnung 18 der äußeren Verschlußnadel 10 angeordnet und von diesen begrenzt sind. Somit ist ein ungewolltes Austreten von Gas beziehungsweise Flüssigkeit bei in Schließstellung befindlicher innerer Verschlußnadel 11 sowie ein Eindringen von Kunststoffmaterial in die Austrittsöffnungen 26 vermieden.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 8 erfolgt die Gas- beziehungsweise Flüssigkeitsinjektion zwar dezentral im Bereich der Austrittsöffnung 7 der Einspritzdüse 8. Da in diesem Bereich nahe den Wandungen der Formeinsätze 5 das Kunststoffmaterial schneller abkühlt und dann eine erhöhte Festigkeit aufweist als im Inneren der plastischen Seele, ist auch bei diesen Ausführungs­ formen sichergestellt, daß das Kunststoffmaterial gleichmäßig verdrängt wird und insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung 7 keine übermäßige Verdrängung erfolgt, so daß die Qualität des Kunststoffkörpers nicht beeinträchtigt ist.

Bei den in den Figuren gezeigten Einspritzvorgängen wird der Formhohlraum 6 zunächst vollständig mit Kunststoffmaterial ausgefüllt. Durch die Gas- beziehungsweise Flüssigkeitsinjektion wird dieses Kunststoffmaterial verdichtet und durch thermischen Schwund verursachter Volumenverlust durch die Bildung des Innenhohlraums 20 ausgeglichen. Es ist jedoch auch möglich, den Formhohlraum 6 nicht vollständig mit Kunststoffmaterial auszufüllen, und diese geringere Menge an Kunststoffmaterial dann durch die Injektion unter Bildung eines Innenhohlraums 20 an die Wandungen der Formeinsätze 5 zu verdrängen. Dadurch kann der Bedarf an teurem Kunststoffmaterial weiter reduziert werden.

Durch Austauschen der Formeinsätze 5 ist es jeweils möglich, an derselben Spritzgießmaschine 1 unterschiedliche Spritzgießteile, beispielsweise verschieden geformte Zahnbürsten, herzustellen.

Claims (12)

1. Spritzgießmaschine (1) zur Herstellung von Kunststoffteilen (2), beispielsweise Zahnbürstenkörpern, Gehäuseteilen, Schalungs- oder Verkleidungselementen, mit einer Spritzgieß­ form (3) und einer im Bereich einer Einspritzöffnung der Spritzgießform (3) mündenden Einspritzdüse (8) zum Einspritzen des Kunststoffmaterials (9) in den Formhohlraum (6) der Spritzgießform (3), welche Einspritzdüse (8) mittels einer axial verstellbaren Verschlußnadel öffen- und schließbar ist, sowie mit einer Einspritzdüse zum Injizieren von Gas oder Flüssigkeit in den Formhohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einspritzen des Kunststoffmaterials (9) und zum Injizieren des Gases beziehungsweise der Flüssigkeit eine gemeinsame Einspritzdüse (8) vorgesehen ist, die einen Kanal für das Kunststoffmaterial (9) und einen Gas- beziehungsweise Fluid- Kanal aufweist, die wahl- oder wechselweise öffen- beziehungs­ weise schließbar sind.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (8) eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Verschlußnadel (10) sowie eine insbesondere koaxial innerhalb der äußeren Verschlußnadel (10) axial verschiebbar gelagerte innere Verschlußnadel (11) aufweist und daß die äußere Verschlußnadel (10) in ihrem dem Formhohlraum (6) zugewandten Endbereich eine mittels der inneren Verschlußnadel (11) wahl- oder wechselweise öffen- und schließbare Austritts­ öffnung (18) aufweist.

3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser (d1) der inneren Ver­ schlußnadel (11) im wesentlichen dem Innendurchmesser (d2) der äußeren Verschlußnadel (10) entspricht und die innere Verschlußnadel (11) dichtend in der äußeren Verschlußnadel (10) geführt ist, und daß die innere Verschlußnadel (11) als Hohlnadel ausgebildet ist und in ihrem dem Formhohlraum (6) zugewandten Endbereich einen in Offenstellung in die Austritts­ öffnung (18) der äußeren Verschlußnadel (10) mündenden Ausströmbereich (17) aufweist.

4. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Verschlußnadel (11) als Gas­ beziehungsweise Fluid-Injektionsnadel und die äußere Ver­ schlußnadel (10) als Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist und daß dazu die Gas- beziehungsweise Flüssigkeits-Zuführung (15) mit der Innenhöhlung (14) der inneren Verschlußnadel (11) und der Kunststoffmaterial-Verteiler (12) der Spritzgieß­ maschine (1) mit dem zwischen Einspritzdüse (8) und äußerer Verschlußnadel (10) gebildeten Zuführungskanal (13) verbunden ist.

5. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Verschlußnadel (11) einen in ihrer Schließstellung in die Austrittsöffnung (18) der äußeren Verschlußnadel (10) eingreifenden und über diese überstehenden Verschlußzapfen (19) aufweist, der in Schließstellung der äußeren Verschlußnadel (10) in die Austrittsöffnung (7) der Einspritzdüse (8) eingreift und bündig mit dieser abschließt, und daß die Austrittsöffnungen (7, 18) der Einspritzdüse (8) und der äußeren Verschlußnadel (10) den gleichen Querschnitt aufweisen.

6. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Innenhöhlung (14) der inneren Verschlußnadel (11) in einen Querkanal (16) mündet, der zum dem Formhohlraum (6) zugewandten Ende der inneren Ver­ schlußnadel (11) beabstandet ist, und daß die innere Ver­ schlußnadel (11) im Bereich des Querkanals (16) einen querschnittsreduzierten Ausströmbereich (17) aufweist, der bei geöffneter innerer Verschlußnadel (11) mit der Austritts­ öffnung (18) der äußeren Verschlußnadel (10) verbunden ist.

7. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Verschlußnadel (11) an ihrem dem Formhohlraum (6) zugewandten Ende eine mit der Austritts­ öffnung (18) der äußeren Verschlußnadel (10) etwa fluchtende Ausnehmung (22) aufweist, in der ein Stopfkolben (23) axial verschiebbar gelagert ist, der zwischen einer dem Formhohlraum (6) abgewandten, die Ausnehmung (22) rückseitig begrenzenden ersten Position und einer zweiten, die Ausnehmung (22) durchgreifenden Stopfposition, in der der Stopfkolben (23) in die Austrittsöffnung (7) der Einspritzdüse (8) eingreift und bündig mit dieser abschließt, verstellbar ist.

8. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (22) als Fortsatz des Innenhohlraums (14) der inneren Verschlußnadel (11) ausgebildet ist, daß der Stopfkolben (23) axial verschieblich innerhalb des Innenhohlraums (14) und der Ausnehmung (22) gelagert ist und daß vorzugsweise der Querschnitt des Stopfkolbens (23) dem Querschnitt der Ausnehmung (22) dichtend angepaßt und kleiner als der Querschnitt der Innenhöhlung (14) der inneren Verschlußnadel (11) ist.

9. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Verschlußnadel (11) an ihrem dem Formhohlraum (6) zugewandten Ende eine Injektionskanüle (24) aufweist, die zur Gas- beziehungsweise Fluid-Injektion in den Formhohlraum (6) der Spritzgießform (3) einführbar ist.

10. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhohlraum (25) der Injektionskanüle (24) in einen seitliche Ausströmöffnungen (26) aufweisenden Querkanal (16) mündet, der zum dem Formhohlraum (6) zugewandten Ende der Injektionskanüle (24) beabstandet ist, und daß die Injektionskanüle (24) in eine Abschlußstellung positionierbar ist, in der das dem Formhohlraum (6) zugewandten Ende der Injektionskanüle (24) in die Austrittsöffnung (7) der Einspritzdüse (8) eingreift und bündig mit dieser abschließt.

11. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgießmaschine (1) zum gleich­ zeitigen Spritzen mehrerer Kunststoffteile (2) in mehreren Formhohlräumen (6) ausgebildet ist, wobei jedem Formhohlraum (6) jeweils eine Einspritzdüse (8) mit wahl- oder wechselweise öffen- beziehungsweise schließbaren Kunststoff-Kanal und Gas- beziehungsweise Fluid-Kanal zugeordnet ist.

12. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle zum Zuführen von Kunststoff als Heißkanäle ausgebildet sind und daß den einzelnen Heißkanälen ein gemeinsamer Heißkanal-Verteiler und den Gas­ beziehungsweise Fluid-Kanälen eine gemeinsame Gas- beziehungs­ weise Flüssigkeits-Zuführung zugeordnet ist.